航空飞行器的隐身衣——雷达吸波材料技术介绍

21世纪，随着雷达技术的飞速发展，未来局部战争对飞机、导弹和舰艇的生存和防御能力构成了极大的威胁。据统计，在各种可能对飞机构成威胁的武器装备中，雷达的威胁达到了60% 以上。隐身武器的发展和应用将是未来战争的决定性因素。

隐身技术，即低可探测技术，并不是完全看不见，而是通过对飞机结构和材料的设计，降低雷达的探测能力，缩短威胁雷达对我机的探测距离，从而提高飞机的防御和攻击性能。雷达的探测距离是由其自身性能、大气传播系数和目标雷达的RCS决定的。威胁雷达的探测性能和大气传播系数是不可控的，只能通过减小目标雷达的截面积来缩短威胁雷达对我机的探测范围，提高我机的生存和防御性能。

降低雷达反射截面RCS通常由两种途径实现：1.外形隐身：通过对飞行器外形进行结构设计，避免飞行器外形出现任何较大平面和垂直交叉面，飞行器外形设计为一种平滑过度曲线形体，以消除镜面反射和角反射。美国F-117战斗机属于典型的外形隐身飞机，为获得良好的隐身效果，机身被设计为多面体结构，使得反射的雷达波偏离接收方向，其雷达反射截面仅为0.01~0.001㎡。虽然外形隐身可以极大地降低雷达反射截面，但过多的外形设计会影响飞机的空气动力性能。F-117隐身飞机怪异的外形设计以牺牲一部分机动性能为代价，导致了其一旦被发现就很容易被击落；并且F-117的载弹量非常少，执行任务期间，还需要F-111对敌方通信系统进行干扰，掩护其行动，辅助作战计划的完成，致使作战成本增加，效率降低。这也导致了F-117的提前退役。第二代隐身飞机B-2隐身轰炸机在外形设计的基础上大量应用了雷达吸波材料，在很大程度上降低了敌方探测雷达的回波。B-2的RCS仅为0.1㎡，其隐身性能可与F-117媲美，而作战能力却与庞大的B-1B轰炸机类似。因此以雷达吸波材料进行辅助，可在确保飞机机动性能的前提下拥有良好的隐身效果。第三代隐身飞机F-22综合平衡了隐身性能、超音速巡航、敏捷性、可靠性等特点，较好的解决了隐身外形与空气动力学的矛盾，并且在机体边缘和腔体内部使用了大量的吸波材料，结构表面也涂覆了吸波涂层，能够在较宽频带范围内吸收电磁波，飞机的RCS为0.1㎡。

那么这些吸波材料是如何吸收雷达波的呢？与光波类似，雷达波在不同介质中传播时，也会发生反射、折射与透射。吸波材料就是要让电磁波在尽可能少地被反射与透射。要减少反射就需要电磁波在材料中传播的阻抗与其在自由空间的阻抗尽可能匹配，让电磁波尽可能多地进入材料；另一方面，减少透射，即要使得进入材料内部的电磁波尽可能多的被耗散吸收。不同的吸波材料有不同的吸收机理，大致可以分为以下几种：

1.磁损耗类型: 由磁滞损耗、涡流损耗和磁性材料的残余损耗，通过控制材料的磁导率来控制材料的吸收性能。2.导电损耗类型: 主要通过导电材料内部电流的电磁场变化，从而将电磁能转化为热能。一般来说，导电材料的电导率越大，损耗容量越大。以碳材料为代表的导电损耗吸波材料自20世纪80年代以来被广泛用作雷达吸波材料。在第二次世界大战期间，石墨被填充到飞机外壳的蜂巢结构中以吸收雷达波。3.介质损耗类型: 主要取决于传播过程中的电磁波，不同材料的导电性，导致材料内部电子/原子核的相对位移，引起电荷重排，从而将电磁能转化为热能。与导电损耗和磁损耗吸收材料相比，介质吸收材料具有更好的抗氧化性能和高温性能，主要表现为半导体集成陶瓷材料。

当特定波长的雷达波投射到隐身飞机表面时，从材料两面反射回来的雷达波会发生干涉，相互抵消。B-2发动机机体上喷涂的吸波涂料就是利用了这种干扰抵消的吸波机理。此外，近年来还出现了许多新型雷达隐身材料，如特殊结构隐身材料、雷达智能隐身材料、等离子体隐身材料等。但由于技术成熟度与应用需求差距较大，目前仍处于研发和产业化的初级阶段，已单项应用的新型雷达吸波材料技术尚未形成规模。

未来战场环境问题日趋恶劣，隐身技术应用研究方法仍需我们不断提高深化，雷达吸波材料需要从其吸波强度、吸收频率范围、重量、环境适应性等方面可以进行分析改进。目前，纳米复合材料、手性特征材料、智能建筑材料、多频谱等新型雷达吸波材料的研究已在世界经济范围内展开，强吸收、宽频带隐身材料的研究是隐身材料作为未来社会发展的一个企业主要工作方向。