這篇材料工程師論文發表了結構型雷達吸波材料的性能特點及其應用進展，論文介紹了雷達隱身的基本原理，在隱身技術中最重要的是隱身材料，這種材料受到了世界各國的高度重視，在現代戰爭中雷達探測武器有著重要的作用，可以最大限度的降低探測系統發現和識別目標的能力。

　　關鍵詞：材料工程師論文,結構型雷達,雷達隱身

　　一、雷達隱身的基本原理

　　雷達是利用電磁波發現目標并測定其位置的設備。電磁波在傳播過程中遇到障礙物將產生反射和繞射，統稱散射，是雷達能發現目標的依據。電磁波具有恒速、定向傳播的規律，則是測定目標距離和方向的依據。

　　雷達隱身的基本原理是當雷達波輻射到隱身材料表面加以滲透，隱身材料自身可將雷達波能量轉換成其他形式能量(如機械能、電能或熱能)，并加以吸收，從而消耗掉雷達波部分能量，使其回波殘缺而不完整，從而極大地破壞掉雷達探測概率[1]。

　　武器雷達散射信號的大小用雷達

　　散射截面(Radar cross section，RCS)來表示，用字母σ表示，單位為m2。R C S是在單位立體角內接收機天線處散射回波的功率面密度與目標處單位立體角內入射波功率面密度之比，即：

　　σ=4πr2Ir/Ii

　　式中：σ— 雷達散射截面

　　積;r—目標到接收天線的距離;I r—接收天線處散射回波的功率面密度;Ii—目標處入射波的功率面密度。

　　因為σ的數值變化很大，一般用相對于σ的分貝數來表示，即σ´=10logσ，單位為dB·m2。雷達距離方程：

　　rr=Kσ1/4

　　式中：r r— 雷達的探測距離;K— 比例系數，取決于雷達性能;σ—RCS值。

　　目標的σ值為原來的10%時，r r縮減為原來的56%，目標的σ值為原來的1%時，r r縮減為原來的32%。由此可看出雷達隱身不可估量的作用。

　　隱身技術的核心就是減少R C S值，其方法主要有：

　　①外形技術。通過外形設計來消除或減弱散射源，尤其是強散射源;②阻抗加載技術。通過加載阻抗的散射場和武器的總散射場互相干涉來減少RCS值;

　�、鄄牧霞夹g。通過材料吸收或透過雷達波來減少RCS值。

　　二、雷達吸波材料的主要類型吸收雷達波的材料稱為雷達吸波材料，透過雷達波的材料稱為雷達透波材料。它可以和吸收材料構成多層吸波體，也可以在武器的某些部位作為雷達隱身材料。

　　雷達吸波材料按工藝方法可分為涂覆型、貼片型和結構型3種。涂敷型吸波材料是一種吸波的高分子復合涂料，即吸波涂料。貼片型吸波材料是將不同的多層材料制成薄片形式，用膠黏劑或其他方法粘貼到被隱蔽的物體上。結構型吸波材料是一種多功能的樹脂基增強塑料，具備復合材料質輕高強的特點，可用作武器裝備的結構件，又能吸收或透過電磁波，起到吸波隱身的作用。

　　結構型吸波材料和吸波體在隱身武器上的應用已相當廣泛，它能同時兼顧吸波又能承受載荷。在200 ～300℃溫度下，既能保證吸波性能的穩定，又能減輕武器特別是飛行器的質量。所以在各種雷達隱身材料中，它已位居榜首[2]。

　　1. 結構型吸波材料的組成和種類結構型吸波材料是一種既能吸波又能承載的材料，主要類型有塑料型、陶瓷型、復合材料型3類。吸波塑料有2類：一類是由普通塑料和吸波劑復合而成的，它和塑料吸波片基本相似，不同的是所采用的塑料屬于工程塑料，這樣才能有較好的力學性能;另一類是導電高分子，如聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯等。

　　(1)碳- 碳增強塑料

　　美國威廉斯國際公司研發的碳-碳增強塑料用于高溫部位，能很好地抑制紅外輻射并吸收雷達波。在發動機部位使用致密的碳泡沫層來吸收發動機排氣熱輻射，還可制成機翼的前緣、機頭和機尾。

　　(2)含鐵氧體的玻璃纖維增強塑料此種材料質輕、強度和剛度高，日本將它裝備在空對艦導彈(A S M -1)的尾翼上。其彈翼也會使用這種材料來進行改裝，隱身性能將大幅度提高。(3)填充石墨的增強塑料

　　美國在石墨-熱塑性增強塑料和石墨-環氧樹脂增強塑料的研究方面取得了很大進展，這些材料在低溫下還能保持韌性。

　　(4)玻璃纖維增強塑料

　　美國道爾化學公司研制的材料(型號為F i b a l o g)，是在塑料中加入玻璃纖維制成的。這種材料較為堅硬，可以作為飛機蒙皮和一些內部構件，無需加入金屬加強筋，就具有較好的雷達吸波特性。

　　(5)碳纖維增強塑料

　　美國空軍材料實驗室研制的纖維增強塑料能吸收輻射熱，而不反射輻射熱，既能降低雷達波特性，又能降低紅外線特征，用它可制作發動機艙蒙皮、機翼前緣和機身前段。

　　(6)碳化硅纖維、碳化硅- 碳纖維增強塑料

　　碳化硅纖維中含硅，吸波特性好，能減弱發動機的紅外信號。此外，碳化硅纖維還具有耐高溫、相對密度小、韌性好、強度大、電阻率高等優點，是國外發展最快的吸波材料之一，但目前還存在一些問題，如電阻率過高等。通過人工設計來調整碳和碳化硅的比例，控制其電阻率，就可制成耐高溫、抗氧化、具有優異力學性能和良好吸波性能的碳化硅-碳復合纖維、碳化硅-碳復合纖維與環氧樹脂制成的增強塑料。由碳化硅-碳纖維和接枝酰亞胺基團與環氧樹脂共聚改性為基體而組成的結構材料，吸波性能都很優異。

　　(7)混雜纖維增強塑料

　　混雜纖維增強塑料是通過增加纖維之間的混雜比例和結構設計形式制造而成、滿足特殊性能要求或綜合性能良好的增強塑料。目前我國已制造出吸波性能良好的混雜纖維增強塑料，廣泛用于飛機制造中。

　　(8)特殊碳纖維增強的碳- 熱塑性樹脂基增強塑料

　　這種材料具有極好的吸波性能，能使頻率在0.1M H z～50G H z之間的脈沖大幅度衰減，現在已用于先進戰斗機(A T F)的機身和機翼，型號為APC(HTX)。此外APC-2是CelionG40-700碳纖維與熱塑性聚醚醚

　　酮(P E EK)復絲混雜紗單向增強的品級，特別適宜于制造直升機的旋翼和導彈殼體，美國隱身直升機L H X已經采用了這種增強塑料。

　　(9)導電增強塑料

　　導電增強塑料是在非金屬聚合物或樹脂類物質中加入導電纖維、薄皮、納米級金屬粉末而制成的。當雷達波透過時，部分能量被吸收，因而反射的雷達波能量大為衰減，從而成為有效的吸波材料，其吸收頻帶可通過加入物質的種類和多少來調節�；烊氲奈镔|可以是聚丙烯腈纖維、鍍鎳碳纖維、不銹鋼纖維、薄鋁片、鐵氧體、鎳、鈷粉末等，這種復合材料可用作飛機或導彈的結構材料[3]。

　　結構型吸波體一般是由多種材料制成的多層復合結構，主要有疊層結構、層片復合結構和夾芯復合結構。它除了采用結構型吸波材料為主要材料外，還需采用透波材料、電阻片和電路模擬吸波材料等。材料根據實際需要，除了做成實心或空心的板(片)材外，還可以制成各種形狀(如：薄片、平板、曲面、蜂窩、波紋、中空、框架等，表面可做成光滑、粗糙和絨毛)。除此之外，還可制成吸波塑料泡沫。

　　2. 聚氨酯泡沫塑料吸波結構材料

　　(1)聚氨酯泡沫塑料吸波材料的制造方法

　　吸波材料基體材料的選擇應遵循以下原則：

　　①吸波劑的納入量大，粘度小，質量小。

　�、谟幸欢ǖ目箟簭姸龋�抗老化，不變形，耐高低溫。

　　③能使制成的吸波材料的阻燃性達到國家標準要求。

　�、艹尚凸に嚭唵�。聚氨酯泡沫塑料與吸波劑和阻燃劑的相容性良好，能夠進行連續化生產，并且制成的吸波材料在物理性能和阻燃性能方面表現優異，因此，聚氨酯泡沫塑料就成為吸波體基體材料的首選。聚氨酯泡沫塑料吸波材料分為軟質和硬質2種。

　　硬質聚氨酯泡沫塑料( R P U F )吸波材料是將吸波劑加入硬質聚氨酯泡沫體系中，再注入特定形狀的模具中，通過反應發泡制成的。這種吸波產品的生產工藝簡單、質量穩定且可機械化生產。

　　軟質聚氨酯泡沫塑料吸波材料是先將原料經過反應發泡，切割成預定的形狀，然后再浸漬吸波劑，最后烘干成產品。這種吸波產品在生產中不需要特定形狀的模具，可以根據需要任意切割;但是浸漬吸波劑需要人工來完成，生產效率低，吸波劑的浸入量也不能準確地得到控制，從而會造成產品質量不穩定[4]。

　　(2)聚氨酯泡沫塑料吸波材料的性能和應用

　　RPUF是指在一定負荷作用下不發生明顯形變、當負荷過大發生形變后不能恢復至初始狀態的泡沫塑料[5]。RPUF質量輕、絕熱、吸音隔音效果好、密封性能好、耐化學藥品、高緩沖抗震、比模量和比強度高、有較好的化學穩定性等優點;同時合成它的主要原材料聚多元醇的結構多變[6]，使其性能在大范圍內變化，而且加工方式靈活，又可以模塑成型，還可以現場噴涂。

　　RPUF有如此多的性能優點，受到人們的普遍關注從而發展迅速，它在民事和軍事領域都有廣泛的應用范圍。①在民事領域

　　a .在易碎式結構材料中的應用,如：在大型炮發射筒的口蓋、生化武器破擊炮的彈殼、深海導彈發射系統的隔水罩等方面;

　　b .在防寒隔熱工程中的應用,如：在擴裝式集裝箱掩蔽部、海軍雷達天線罩等方面;

　　c .在電子方艙中的應用如：在地面戰術電子設備等方面[7]。

　　②在軍事領域

　　a .防偵查偽裝：以聚氨酯為基體，經過調配顏色、添加不同助劑和發射率的填料而得到防光學偵察、防熱紅外偵察和防雷達偵察的復合材料，將其應用于地面重要軍事偽裝工程，模擬天然地表形態，達到“隱真示假”的偽裝目的[8]。

　　b.聲隱身：開孔型的RPUF有較好的吸聲、隔聲性能，它綜合了一般多孔型材料的吸聲機理和柔性材料的阻尼吸聲機理，是一類很受歡迎的新型聲學材料，具有廣闊的應用前景。

　　c .吸波材料：R P U F作為雷達吸收材料，其目的是改變雷達的輻射分布，使雷達接收到的反射波大幅度減少。吸波材料的應用已遠遠超出軍事上隱身與反隱身、對抗與反對抗的范圍，更廣泛地應用于人體安全防護、微波暗室消除設備、通訊及導航系統的電磁干擾、安全信息保密、改善整機性能、提高信噪比、電磁兼容以及波導或同軸吸收元件等許多方面[9-12]。

　　三、結語

　　目前雷達隱身材料的研究已取得了突破性的進展，也已進入實用化階段，但各國仍在進一步研究“薄、輕、寬、強”的新型吸波材料在各類武器和裝備上的深入應用。全球聚氨酯行業發展速度非常迅猛，特別是在新材料、新工藝、新設備、新應用等方面有了長足的進步。RPUF具有優良的物理性能、力學性能、聲學性能、電學性能、耐化學性能，逐步作為結構材料用于支撐和填充等方面，在軍事領域的應用前景將日趨廣闊。

　　10.3969/j.issn.1008-892X.2017.05.010

　　參考文獻

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　　[8] 程剛，陳宏書，胡志毅，等.硬質聚氨酯泡沫塑料在偽裝工程中的應用研究[J].材料導報，2010，24(專輯15)：200-206.

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　　Electron Commun Jpn，2000，83(9):86.

　　[10] Leland R W，Charles D H，Ronald W S.lectromagnetic radiation suppression cover：US，814546[P]1989-02-24.

　　推薦閱讀：《有機硅材料》(雙月刊)創刊于1987年，是由中國氟硅有機材料工業協會有機硅專業委員會、中藍晨光化工研究院、國家有機硅工程技術研究中心共同主辦的有機硅專業技術期刊。