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1、结构吸波材料基本内容 一，隐身技术简 介 二，结构吸波材料简介 三，影响吸波复合材料性能的主要因素 四，结构型吸波复合材料的优化设计 方法 五，前景展望一，隐身技术简介隐身技术简介 隐形技术俗称隐身技术，准确的术语应该是 “低可探测技术” 。 即通过研究利用各种不同的技术手段来改变 己方目标的可探测性信息特征，最大程度地 降低对方探测系统发现的概率，使己方目标 ，己方的武器装备不被敌方的探测系统发现 和探测到。隐身技术简介 隐身技术作为提高武器系统的生存能力和 突防能力的有效手段，越来越受到世界各 国的高度重视，世界各国都在努力发展隐 身技术。F-117AB-2隐身技术简介F-22T-50歼-
2、20隐身技术简介外形设计因受到气 动要求的制约,其作 用潜力有限雷达吸波涂层 吸波材料是指能够有效的吸收入射雷达波 并使其散射衰减的一类功能材料，它可以 降低作战武器系统的雷达散射截面(RCS) ，从而降低被雷达发现 的可能性。二，结构吸波材料简介结构吸波材料 结构型吸波材料是在先进复合材料基础上 发展起来的双功能复合材料,它既能吸波又 能承载,可成型各种形状复杂的部件,如机翼 、尾翼、进气道等,具有涂覆材料无可比拟 的优点,是当代吸波材料主要发展方向。2.1吸波原理 吸波原理入射波反射波折射波2.1吸波原理 对电磁波进行有效的吸收的条件： (1)使电磁波最大限度进入到材料内部，以减 少电磁波
3、的直接反射。介质对电磁波的 反射系数为：Z和Z0分别是介质的特性阻抗和自由空间的波阻抗2.1吸波原理 (2) 电磁波进入材料内部后，要设法对入 射的电磁波进行有效的吸收和衰减。能量损耗: tanD= tanDE + tanDM = Ed/Ec+ Ld/LcDL为感应电场D相对于外加电场的滞后相位；DM为感应磁场B相对于外加磁场的滞后相位；Ed为在外加电场下，材料的电偶极矩产生重拍引起的损耗的 量度；Ld为在外加磁场下，材料的磁偶极矩产生重拍引起的损耗量 度；Ec和Lc分别为材料在电场和磁场作用下产生极化和磁化的程 度。2.2新型结构吸波材料的分类热塑性混杂纱吸波复合材料 把热塑性PEEK、PE
4、K、PPS、PEKK、PET、 PBT、LCP等树脂纺成单丝或复丝，分别与不同 的特殊纤维（如碳纤维、玻璃纤维、石英纤维 、芳酰胺纤维、陶瓷纤维等）按一定比例交替混 杂成纱束，再混杂纱编 织成各种织物、轻质夹 芯或粗网格布。然后将混杂织物与同类的树脂制 成复合材料，具有优良的吸透波性能，又兼具复 合材料质量轻、比强度高、韧性好等特点。用它 来制造隐身飞机机身、机翼、导弹壳体等部件， 能大大减少隐身飞行器雷达散射截面（RCS）。热塑性混杂纱吸波复合材料 采用异型碳纤维 和PEEK等树脂的单丝 或 复丝混杂织 物制成的复合材料，对雷达波 的吸收非常有效。 美国海军采用混杂纱 PEEK结构隐身材料
5、制造潜水艇艇身，潜水能力可相当于最新 钛壳潜水艇，而且对吸收和屏蔽电磁波效 果很好。SiC纤维 与PEEK混杂增强的结构 材料，特别适宜制造隐身巡航导弹 的头锥 、火箭发动 机壳体等部件。多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料 国外利用计算机辅助设计 每一层的介电性 能，采用自动铺层 、数控缠绕 、编织 等新 技术，把复合材料制成多层结 构和多层夹 芯结构，这种结构具有很好的吸波性能， 同时大大减轻结 构质量，特别适宜制造隐 身飞机蒙皮。多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料 英国Plessey公司和美国杜邦公司都开发 Nomex蜂窝结 构吸波材料。 Plessey公司研制的K-RAM是一种新
6、型的可 承受高应力的宽频结 构型雷达吸收材料， 其主要性能特点是力学强度高。 日本东丽 工业公司和美国赫格里斯公司联 合开发下一代隐身飞机APC-2/Nomex蜂窝 结构材料。耐高温结构型吸波复合材料耐高温结构型吸波复合材料 在耐高温结构型吸波复合材料中，以陶瓷 基复合材料最具优势 。它具有高比强度、 高比模量、抗烧蚀 、耐氧化等优点，并且 基体和增强相的介电性能可调，容易实现 介电性能匹配，具有较强的可设计 性。耐高温结构型吸波复合材料 国外先后开发了SiC纤维 、A12O3纤维 、 Si3N4纤维 和硼硅酸铝纤维 。这些连续纤 维都象棉纱一样可以缠绕 或编织 成各种织 物。目前，SiC纤维
7、 是发展最快和最成熟的 吸波材料。SiC纤维 特别耐高温，可在 1200下长期工作。其突出优点是强度大 、韧性好和热膨胀率低，密度与硼相当， 重要的是还具有吸波特性。 目前，洛克希德公司己用SIC纤维编织 物 增强铝板，制造隐身战斗机YF-2的4个直 角尾翼。耐高温结构型吸波复合材料 C/C材料也是一种优良的耐高温结构型吸波 复合材料。它具有稳定的化学键，抗高温 烧蚀 性能好，强度高，韧性大，还具有优 良的吸波性能，它能很好地减少红外信号 和雷达信号。C/C材料是目前美国航天材料 开发的重点内容之一。 目前，C/C材料美国已用于远程导弹 、火 箭喷管及头锥 和航天飞机机翼前缘。C/C 材料做人
8、造卫星，可使卫星免遭激光攻击 。智能结构型吸波复合材料 智能结构型吸波复合材料是用具有独特物 理和化学性质的材料作传感器,在具有传感 和驱动 功能的材料中加上控制功能，赋予 材料具有感知功能（信号感受功能或传感 器功能）、信息处理功能（处理器功能） 、自我指令并对信号作出最佳响应的功能 （作动器功能或执行功能）。 目前这种材料已被广泛应用于军事与航空 领域，它将在隐身方面有突出作用与应用 。三，影响吸波复合材料性 能的主要因素影响吸波复合材料性能的主要因素3.1吸波复合材料的电物理性能 复介电常数和复磁导率:复介电常数和复磁 导率是吸波复合材料电磁特性的两个基本 参数,它们的合理性和实用性是评
9、价吸波复 合材料性能优劣的主要依据。 能量损耗是由复介电常数和复磁导率的虚 部决定的。因此,制备吸波复合材料时必须 充分考虑复介电常数和复磁导率的影响。3.1吸波复合材料的电物理性能介质损耗角正切tan是表征吸波复合材料 的一个重要的电磁参数,在实践中应用较 为广泛。3.2吸波复合材料的热物理性能 材料的热物理性能是影响吸波性能稳定性 的重要因素之一,吸波复合材料的热稳 定性 与许多因素有关,如材料的成分、物理化学 性能、机械性能、以及制品的形状、尺寸 和工作条件等因素。 因此,改善吸波复合材料的耐热冲击性,克服 其高温下性能恶化,提高其热稳 定性是吸波 复合材料研究的一个重要方向。3.3微波
10、吸收剂电磁参数的匹配与最佳比 吸波复合材料一般由基体材料和吸波剂复 合而成。其中吸收剂的性能、数量及匹配 选择 是吸波材料设计 中的重要环节 。 从物理学和材料学的角度来考虑,在试制新 型吸波剂时应该 首先满足对吸收剂提出的 电磁特性的具体要求。如波长范围、频带 、反射系数等。除此之外,还应满 足其他条 件,如真空和结构方面的限制以及耐热冲击 等。四，结构型吸波复合材料 的优化设计方法结构型吸波复合材料的优化设计方法 对武器系统进 行设计时 ，一般都将提出较 具体的设计 目标或者设计 指标。例如，在 某个频段或频率点附近，需要设计 达到的 反射率或RCS值，或在现有的材料参数里 ，去找到一组满
11、 足要求的反射率或最低 RCS值的电磁参数组合，这就需要对结 构 型吸波材料参数进行优化设计 。结构型吸波复合材料的优化设计方法4.1遗传算法 遗传 算法的基本思想是： 从一个初始群体（一组后选解）开始进行 迭代，在每次迭代的过程中都按后选解的 优劣进行排序，保留其中优秀的部分，通 过一些遗传 操作如杂交、变异等运算，产 生新一代后选解，重复这个过程，直到满 足某个收敛条件为止。4.2单纯形法 单纯 形法的基本思想是： 先计算出若干点上的目标函数值，例如， 在各搜索变量的n维空间中，算出n+1个点( 它们构成一个单纯 形的各个顶点)的函数值 ；然后进行比较，通过单纯 形的迭代计算 ，舍去其中最
12、坏点，代之以新的点，构成 一个新的单纯 形；再进行各点函数值比较 ；逐步逼近最优点，从而完成单纯 形的最 优化搜索。单纯形法是一种求解无约束最优 化问题的直接搜索法。它的特点 是只用到目标函数,而不必求目标 函数的导数,也不用给出搜索变量 的明显解析表达式。4.3罚函数法 罚函数法是一种不用对目标函数求导数的 直接优化方法。虽然整体最优解的求出在 多层吸波材料的优化设计 中是至关重要的 ，但获得较好的局部最优解，对各层材料 的选取和材料整体结构设计 也有很重要的 参考价值。所以，好的优化方法应该 既能 求出整体最优解，也能获得局部最优解， 罚函数调用的适应性随机搜索法满足这一 要求。在多层吸波
13、材料的优化设计中 ，随参数维数的增加,适当的增 加随机探测和搜索次数，优化 总能收敛得到整体最优解，而 在改变初始点的同时，减少随 机探测和搜索次数，则能得到 局部最优解。五，前景展望前景展望 随着现代科技突飞猛进的发展,吸波复合材 料无论在制备技术方面还是在性能及应用 方面都有了大幅度的提高,正朝着复合化、 智能化、宽频 化方向飞速发展。5.1复合化 根据目前吸波材料的发展现状,一种类型的 材料很难满 足日益提高的隐身技术所提出 的“薄、宽、轻、强”的综合要求,因此需要 根据具体要求将不同种类的粉体进行各种 形式的复合以获得最佳吸波性能。5.2智能化 智能型吸波复合材料和结构是20世纪80年
14、 代逐渐形成并倍受重视的新兴高技术领 域, 它是同时具有感知功能、信息处理功能、 自我指令并对信号做出最佳响应的功能材 料系统或结构,目前这种新兴的智能材料和 结构已在军事和航天领域得到了越来越广 泛的应用。 同时,这种根据环境变化调节 自身结构和 性能并对环 境做出最佳响应的思路,使智能 隐身目标和实现 成为可能。5.3宽频化 在同一目标上使用的材料不应是单功能多 层结 构,而希望成为多功能材料,实现 四个 或五个波段以上的多功能隐身材料一体化 设计 。随着先进探测器的相继问 世,吸波复 合材料必将发展成能兼容米波、厘米波、 毫米波、红外和激光等多波段的吸波复合 材料。 随着航空电子技术的迅速发展，对吸波材 料的吸波性能要求越来越高，结构型吸波 材料作为一种多功能复合材料，将会得到 愈来愈广泛的应用。谢谢观看！欢迎老师和同学们批评指正！
