隐身复合材料课件.ppt

1、结构吸波材料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-117AF-117AB-2B-2隐身技术简

2、介F-22F-22T-50T-50歼歼-20-20隐身技术简介隐身技术雷达吸波涂层结构吸波材料外形技术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 吸波原理入射波入射波反射波反射波折射波折

3、射波2.1吸波原理 对电磁波对电磁波进行有效进行有效的的吸收的条件：吸收的条件：(1)(1)使电磁波最大限度使电磁波最大限度进入到材料内部进入到材料内部，以，以减减少电磁波的直接反射少电磁波的直接反射。介质对电磁波的介质对电磁波的反射系数为：反射系数为：Z Z和和Z Z0 0分别是介质的特性阻抗和自由空间的波阻抗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)(2)电磁波进入材料内部后，要设法对入电磁波进入材料内部后，要设法对入射的电磁波射的电磁波进行有效的吸收和衰减进行有效的吸收和衰减。能量损耗能量损耗:tanD=tanDtanD=tanDE E+tanD+tanDM M=E=E

4、d d/E/Ec c+L+Ld d/L/Lc c D DL L为感应电场为感应电场D D相对于外加电场的滞后相位；相对于外加电场的滞后相位；D DM M为感应磁场为感应磁场B B相对于外加磁场的滞后相位；相对于外加磁场的滞后相位；E Ed d为在外加电场下，材料的电偶极矩产生重拍引起的损耗为在外加电场下，材料的电偶极矩产生重拍引起的损耗的量度；的量度；L Ld d为在外加磁场下，材料的磁偶极矩产生重拍引起的损耗为在外加磁场下，材料的磁偶极矩产生重拍引起的损耗量度；量度；E Ec c和和L Lc c分别为材料在电场和磁场作用下产生极化和磁化的程分别为材料在电场和磁场作用下产生极化和磁化的程度。度

5、。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多层结构型和多层夹芯结构型吸波复合材料耐高温结构型吸波复合材料智能结构型吸波复合材料热塑性混杂纱吸波复合材料 把热塑性PEEK、PEK、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

6、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

7、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材料陶瓷纤维陶瓷基复合材料C/C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、A12O

8、3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

9、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三，影响吸波复合材料性能的主要因素能的主要因素影响吸波复合材料性能的主要因素吸波复合材料的电物理性能吸波复合材料的热物理性能微波吸收剂电磁参数的

10、匹配与最佳比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在仅取决于电损耗的情况下,介质损耗角正切由复介电常数决定。在取决于磁损耗的情况下,介质损耗角正切是由复磁导率决定。对于一些具有电损耗和磁损耗的情况下介质的损耗角正切为两者之和。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

11、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

12、制以及耐热冲击等。四，结构型吸波复合材料四，结构型吸波复合材料的优化设计方法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常用的优化方法遗传算法单纯形法罚函数法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

13、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

14、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

15、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！谢谢观看！欢迎老师和同学们批评指正！