吸波复合材料课件.ppt

1、许许 健健背景介绍背景介绍吸波复合材料的应用吸波复合材料的应用吸波复合材料的分类吸波复合材料的分类 溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法结构型吸波材料结构型吸波材料展展 望望 溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法 溶胶溶胶- -凝胶法凝胶法涂覆型吸波材料涂覆型吸波材料Contents背背 景景军用隐身技术军用隐身技术(stealthy technique)(stealthy technique)的基本概念的基本概念 军用隐身就是使敌方的各种探测系统军用隐身就是使敌方的各种探测系统( 如雷达、红如雷达、红外、电子、可见光及声波等探测系统等外、电子、可见光及声波等探测系统等)发现不了我方发现不了我方的武器，无法实施拦

2、截和攻击。的武器，无法实施拦截和攻击。 隐身技术是一项高技术综合体，目的是使敌方探隐身技术是一项高技术综合体，目的是使敌方探测器接收到的信号降低到零。它主要包括两个方面，测器接收到的信号降低到零。它主要包括两个方面，即即外形设计技术外形设计技术、隐身材料隐身材料的使用的使用，并使这两种技术，并使这两种技术有机结合。有机结合。 隐身材料声隐身材料:包括吸声材料，隔声材料，消声材料等，主要用于潜艇的螺旋桨和外壳的消声瓦，避开敌方的声纳系统。红外隐身材料就是要降低物体的红外辐射或者使物体的红外辐射与背景基本达到一致，难以被敌人的红外探测器发。红外隐身材料主要用于飞机蒙皮，坦克外壳等部位。可见光隐身材

3、料一般采用颜色与环境一致的保护色材料，形成与背景颜色接近的迷彩图案，用于战斗机、坦克、装甲车等军用装备。激光隐身材料用来对抗激光制导武器、激光雷达等，这些材料对激光的反射率低而吸收率高。雷达隐身材料（也称吸波材料）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。隐隐 身身 材材 料料吸波材料的早期应用SR-71 （黑鸟）吸波材料的快速发展 F-117AF-117A（夜鹰）战斗机在海湾战争中取得的巨大成绩促使（夜鹰）战斗机在海湾战争中取得的巨大成绩促使吸波材料快速的发展。吸波材料快速的发展。F-117A“F-117A“夜鹰夜鹰”隐形战斗机隐形战斗机外形像一个堆积起来的复杂多面体，

4、大部分表面向后倾斜，具有外形像一个堆积起来的复杂多面体，大部分表面向后倾斜，具有大后掠机翼和大后掠机翼和V V形垂尾。这种外形能使反射雷达波改变方向，产形垂尾。这种外形能使反射雷达波改变方向，产生散射，敌方雷达很难收到反射信号。生散射，敌方雷达很难收到反射信号。F F117117的机身、机翼和垂的机身、机翼和垂尾大量采用了玻璃纤维、碳纤维等雷达隐身材料。尾大量采用了玻璃纤维、碳纤维等雷达隐身材料。 军军 用用 领领 域域LOGO防辐射键盘防辐射键盘防辐射天线防辐射天线铁氧体电磁吸收环（用于铁氧体电磁吸收环（用于通信，导航，电磁兼容）通信，导航，电磁兼容）民民 用用 领领 域域吸吸 波波 材材

5、料料 的的 介介 绍绍电电 磁磁 波波 吸吸 收收 原原 理理 吸吸 波波 材材 料料 的的 分分 类类分类分类涂覆型涂覆型涂料涂料(如铁氧体如铁氧体)结构型结构型 碳纤维骨架和碳纤维骨架和碳基体（碳粒、碳基体（碳粒、碳化硅粉等）碳化硅粉等）组成的复合材组成的复合材料料贴片（塑料、橡胶贴片（塑料、橡胶和陶瓷）和陶瓷）非隐身材料与隐身材料比较示意图非隐身材料与隐身材料比较示意图 雷达依据目标反射的电磁波来跟踪目标。根据反射信号的强雷达依据目标反射的电磁波来跟踪目标。根据反射信号的强弱、方位、时间等信息可计算出敌方目标的方位、运动速度等。弱、方位、时间等信息可计算出敌方目标的方位、运动速度等。目标

6、的反射信号越强，雷达就越容易探测到目标。目标的反射信号越强，雷达就越容易探测到目标。雷达隐身材料雷达隐身材料（也称（也称吸波材料吸波材料）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达）能吸收雷达波，使反射波减弱甚至不反射雷达波，从而达到隐身的目的。吸波材料主要是通过电磁能转化为热波，从而达到隐身的目的。吸波材料主要是通过电磁能转化为热能而耗散或者使电磁波因干涉而抵消。能而耗散或者使电磁波因干涉而抵消。 雷达系统雷达系统电磁波频谱的划分电磁波频谱的划分 频段 波长范围 频率范围极高频(EHF) 0.11 cm 30 300 GHz特高频(SHF) 1 10 cm 3 30 GHz超高频(UHF) 1

7、0 100 cm 0.3 3 GHz甚高频(VHF) 1 10 m 30 300 MHz高频(HF) 10 100 m 3 30 MHz中频(MF) 0.1 1 km 0.3 3 MHz低频(LF) 1 10 km 30 300 kHz甚低频(VLF) 10 100 km 3 30 kHz超低频(ULF) 0.1 1 Mm 0.3 3 kHz特低频(SLF) 1 10 Mm 30 300 Hz极低频(ELF) 10 100 Mm 3 30 Hz要求隐身材料要求隐身材料具备宽频带吸具备宽频带吸波特性，即用波特性，即用同一种隐身材同一种隐身材料对抗多种波料对抗多种波段的电磁波源段的电磁波源的探测。

8、的探测。兼容化兼容化需要将多种材需要将多种材料进行各种料进行各种形式的复合以形式的复合以满足满足”薄、宽、薄、宽、轻、强轻、强”等综等综合性能。合性能。复合化复合化智能型材料是智能型材料是一种具有感知一种具有感知功能、信息处功能、信息处理功能、自我理功能、自我指令并对信号指令并对信号作出最佳响应作出最佳响应功能的材料。功能的材料。智能化智能化 雷达吸波复合材料至少有三层雷达吸波复合材料至少有三层( (有的达几十层有的达几十层) )。最外。最外层是透波层通常由涂覆透波树脂涂层的特殊碳纤维编织层是透波层通常由涂覆透波树脂涂层的特殊碳纤维编织物编成；中间层为电磁损耗层，由低介电性能的特殊碳纤物编成；

9、中间层为电磁损耗层，由低介电性能的特殊碳纤维，石英纤维，玻璃纤维或混杂纤维与电磁损耗填加物组维，石英纤维，玻璃纤维或混杂纤维与电磁损耗填加物组成。中间层还可以设计成波纹形，角锥形，蜂窝夹芯成。中间层还可以设计成波纹形，角锥形，蜂窝夹芯( (单层单层或多层蜂窝夹芯层或多层蜂窝夹芯层) )，泡沫夹芯等。最内层，泡沫夹芯等。最内层( (底板基板层底板基板层) )必须具有反射雷达波的特性，一般由碳纤维复合材料或金必须具有反射雷达波的特性，一般由碳纤维复合材料或金属材料组成。中层间的吸波填料可以是无规则球形粒子，属材料组成。中层间的吸波填料可以是无规则球形粒子，无规则纤维或片状填料。使用球形填料较多，它

10、有利于改无规则纤维或片状填料。使用球形填料较多，它有利于改进结构性能和热特性。进结构性能和热特性。飞机上采用的一些吸波结构形式飞机上采用的一些吸波结构形式（1 1）波纹夹层结构）波纹夹层结构波纹板可用吸波材料组成，波纹板可用吸波材料组成， 也可在波纹板上涂覆吸波涂料。波纹板也可在波纹板上涂覆吸波涂料。波纹板为两个斜面相交的结构有利于多次吸波。为两个斜面相交的结构有利于多次吸波。(2)(2)角锥夹层结构角锥夹层结构作为夹层的角锥是吸波材料，也可涂驻波涂料。角锥四个斜面相交。作为夹层的角锥是吸波材料，也可涂驻波涂料。角锥四个斜面相交。角锥高度角锥高度( (吸收体厚度吸收体厚度) )不同，有效吸波范

11、围不同。把碳粉或金属粉分不同，有效吸波范围不同。把碳粉或金属粉分散于橡胶中压制成的角锥空心结构，其吸波范围随角锥高度变化。角散于橡胶中压制成的角锥空心结构，其吸波范围随角锥高度变化。角锥夹层的顶角一般在锥夹层的顶角一般在4040。左右。左右。(3)(3)吸波材料充填结构吸波材料充填结构在透波材料制造的蜂窝夹芯中充填暧波材料在透波材料制造的蜂窝夹芯中充填暧波材料 吸波材料可以是絮状、泡吸波材料可以是絮状、泡沫状、球状或沫状、球状或 纤维状等。一般将空心球作为吸收体效果较好纤维状等。一般将空心球作为吸收体效果较好. .(4)(4)蜂窝夹芯结构蜂窝夹芯结构上面是蜂窝，下面是吸波材料，蜂窝由透波材料制

12、成，吸上面是蜂窝，下面是吸波材料，蜂窝由透波材料制成，吸波材料是多层的波材料是多层的用胶接或机械方法把事先制备的吸波材料和复合材料组合成用胶接或机械方法把事先制备的吸波材料和复合材料组合成层状体，总厚度控制在雷达波长的一半层状体，总厚度控制在雷达波长的一半(5)(5)多层吸波结构多层吸波结构纳米吸波复合材料的应用纳米吸波复合材料的应用一、结构型纳米复合材料一、结构型纳米复合材料结构型纳米吸波复合材料是将吸收剂分散在由结构型纳米吸波复合材料是将吸收剂分散在由特种纤维特种纤维( (如石英纤维、玻璃纤维等如石英纤维、玻璃纤维等) )增强的结增强的结构复合材料中所形成的结构复合材料，它具有构复合材料中

13、所形成的结构复合材料，它具有承载和吸收雷达波的双重功能。承载和吸收雷达波的双重功能。上图是一种用于飞机机翼前缘的吸波复合结构。它的蒙皮由玻璃纤上图是一种用于飞机机翼前缘的吸波复合结构。它的蒙皮由玻璃纤维增强塑料制成，厚维增强塑料制成，厚0 0。76mm76mm，其气动外形由未填充吸收剂的刚性泡沫，其气动外形由未填充吸收剂的刚性泡沫材料来保证；刚性泡沫体的内侧涂敷填充了铝粉的涂层，可以使部分材料来保证；刚性泡沫体的内侧涂敷填充了铝粉的涂层，可以使部分入射的电磁波散射到其他方向，而不回到雷达接收站；泡沫材料中填入射的电磁波散射到其他方向，而不回到雷达接收站；泡沫材料中填充有吸收剂，并且呈一定的梯度

14、以便更好地衰减入射电磁波；整个结充有吸收剂，并且呈一定的梯度以便更好地衰减入射电磁波；整个结构主要由翼梁支撑。构主要由翼梁支撑。上图所示的飞行器机翼前缘为宽频吸波结构。该结构吸波材料为上图所示的飞行器机翼前缘为宽频吸波结构。该结构吸波材料为3 3层结构，层结构，其内外蒙皮很薄其内外蒙皮很薄(0(05 51 15mm)5mm)，内蒙皮由电阻织物构成的增强塑料制，内蒙皮由电阻织物构成的增强塑料制造，在结构受力的内蒙皮图造，在结构受力的内蒙皮图2 2飞行器机翼前缘吸波复合结构通常采用镀金飞行器机翼前缘吸波复合结构通常采用镀金属的玻璃布制成，在内外蒙皮之间填充轻质吸波材料，在制造过程中加属的玻璃布制成

15、，在内外蒙皮之间填充轻质吸波材料，在制造过程中加入吸波成分，夹层中填料浓度可改变，以便获得良好匹配。入吸波成分，夹层中填料浓度可改变，以便获得良好匹配。上图是用于喷气发动机进气道的吸波栅格结构。其中，吸波带由玻上图是用于喷气发动机进气道的吸波栅格结构。其中，吸波带由玻璃纤维增强的并浸渍有吸收剂的树脂基复合材料制成，防护层为一璃纤维增强的并浸渍有吸收剂的树脂基复合材料制成，防护层为一般玻璃钢材料。整个栅格结构固定在进气道唇口部位，可以有效地般玻璃钢材料。整个栅格结构固定在进气道唇口部位，可以有效地衰减入射雷达波。衰减入射雷达波。 通常是吸收剂与粘结剂混合后涂敷于目标表面形成吸波复合涂层。将这通常

16、是吸收剂与粘结剂混合后涂敷于目标表面形成吸波复合涂层。将这种涂层涂敷于目标表面即可制成涂敷型纳米吸波复合材料，目前研究较多的种涂层涂敷于目标表面即可制成涂敷型纳米吸波复合材料，目前研究较多的多层涂敷型吸波材料是由电损耗和磁损耗材料复合而成的多层涂敷型吸波材料是由电损耗和磁损耗材料复合而成的2 2层和层和3 3层吸波涂层。层吸波涂层。为应对不同雷达的不同工作方式，现在的隐身飞机已经开始有选择地用纳米为应对不同雷达的不同工作方式，现在的隐身飞机已经开始有选择地用纳米吸波材料，即将纳米粉体均匀分散到飞机表面涂料当中，以增强吸收雷达电吸波材料，即将纳米粉体均匀分散到飞机表面涂料当中，以增强吸收雷达电磁波的效率。一些发达国家正在进行主动抵消技术的研究，即利用吸波材料磁波的效率。一些发达国家正在进行主动抵消技术的研究，即利用吸波材料先吸收大部分雷达波，剩下少量的反射波再利用主动抵消技术将其全部抵消，先吸收大部分雷达波，剩下少量的反射波再利用主动抵消技术将其全部抵消，这样雷达就会完全失去作用。这样雷达就会完全失去作用。