上海大学 12 ～ 13学年 秋 季学期研究生课程考试
课程名称： 材料成形工程 课程编号： 09SAS9010
论文题目: 吸波材料之于军事 研究生姓名: 谢明亮 学 号: 12721440
论文评语:
成 绩: 任课教师: 林柳兰
评阅日期:
吸波材料之于军事
谢明亮
（上海大学 机电工程与自动化学院，上海200072）
摘要：隐身技术是通过应用特殊的材料和结构来达到降低可探测性的技术，吸波材料就是其中一种重要的军事隐身功能材料。本文在讨论吸波材料工作原理的基础上，综述了目前吸波材料的研究进展，较详细地介绍了铁氧体、高温吸波材料、纳米吸波材料、手性材料、智能隐身材料等几种吸波涂层材料的研究现状和军事应用。
关键词：隐身技术；军事；吸波材料
Wave Absorbing Materials in Military
XIE Ming Liang
(School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072)
Abstract：Stealth technology is to reduce the detectability of technique through the use of special materials and structure, wave absorbing materials is an important military stealth material.This paper This paper discusses the working principle of microwave absorbing materials,before reviewing the current research progress in microwave absorbing materials.This paper introduces some kinds of radar absorbing coating materials current research status in detail and their applications in military,including ferrite, heat absorbing material, nanometer absorbing material, chiral material, intelligent stealth material.
Key words: stealth technology; military; absorbing material
引 言
在入侵巴拿马、海湾战争以及刚刚结束的入侵南联盟的战争中,美国的F-117 战斗攻击机执行了几千架次的空袭任务,却只损失了一架战机;而B-2 隐身轰炸机从美国本土长途奔袭到南联盟执行轰炸任务却未受丝毫威胁。创造这一奇迹的原因之一就是隐身技术的应用最大限度地保护了战机,隐身技术在提高现代兵器的突防能力方面正发挥着越来越重要的作用。
现代战争中，由于探测技术和精确制导武器越来越先进，对兵器的生存提出了空前的挑战，隐身成为兵器能否战时生存的重要技术要件。为了隐真求存，世界各国十分重视隐身技术的研究，隐身技术由此得到了飞速的发展。隐身技术通过应用特殊的材料和结构来达到可探测性低的目的，能有效地降低大型兵器的可探测的特征信号，提高作战平台（进攻平台和防护平台）的效能，提高目标的生存和突防能力。它是一门综合了电子工程、材料、红外、激光、发动机、气动力学等多种技术学科的应用科学技术[1]。
不同功能的武器系统可能面临着不同的威胁，其隐身的重点和实现的技术途径也不尽相同． 对于常规战术飞行器来说，它面临的主要威胁来自雷达探测，因此雷达目标特征信号控制是其隐身的重点; 对于潜艇来讲，它面临的主要威胁是声纳探测，因此声频特征信号控制是其重点． 在红外特征信号控制技术中，减弱动力系统排气装置的红外辐射强度是其关键． 实际上，所有武器系统可能会面临多种探测系统的威胁，因而需要综合采用多种隐身技术来提高其生存与突防能力． 这些技术的实施必须考虑武器系统各方面的性能要求，这些要求既有兼容之处，又存在矛盾． 因此，隐身技术的发展就是隐身技术本身及其与相关
技术学科之间相互磨合统一的过程，这个过程产生了隐身科学。 [2]
1 原 理
吸波材料的机理本质是电磁波与物质相互作用，就象黑色物体能有效吸收热能一样; 吸波材料是指能够通过自身的吸波能力吸收入射电磁波，同时通过能量转换将电磁能消耗掉或使电磁波因干涉而消失，从而减小目标雷达散射截面( RCS) 的材料。
吸波材料根据损耗介质吸收机理的不同，可分为两大类。一是电损耗型，如碳化硅纤维、碳纳米管及各种导电性高聚物等，一般具有较高的电损耗正切角，主要依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化衰减、吸收电磁波; 二是磁损耗型，如铁氧体粉、羰基铁和磁性纤维等，一般具有较高的磁损耗正切角，主要依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁化机制衰减、吸收电磁波。根据成型工艺和承载能力，可分为涂覆型吸波材料( 吸波涂层) 和结构型吸波材料两大类。结构型应用吸波材料( RadarAbsorbing Material，RAM)通常是将吸收剂分散在特种纤维( 如玻璃纤维、石英纤维等) 增强的结构材料中所形成的结构复合材料，其典型特点是既能承载同时又可减小目标RCS; 而涂覆型RAM 是将吸收剂与粘结剂混合后涂覆于目标表面形成吸波涂层。涂覆型RAM以其涂覆方便灵活可调节、吸收性能好等优点而受到世界许多国家的重视，几乎所有隐身武器系统上都使用了涂覆型RAM。 [3-4]2 吸波材料的研究现状
对吸波材料的主要要求是: ( 1)频带宽——即衰减在
2.1 铁氧体吸波材料
铁氧体是双复介质材料，具有磁吸收和电吸收两种功能，其对电磁波的吸收主要通过极化效应和自然共振。铁氧体吸波材料主要包括镍锌铁氧体、锰锌铁氧体和钡系铁氧体等，在高频下有较高的磁导率和较大的电阻率，且电磁波易于进入并快速衰减，有强烈的铁磁共振吸收和磁导率的频散效应，吸收强，吸收频带宽，是目前研究比较成熟的吸波材料[5-8]。
美国研制的铁氧体吸波涂料在厘米波到分米波段可使雷达吸波反射衰减到20 dB，美国在SR-1 高空侦察机上就使用了铁氧体吸波涂层。日本研制的铁氧体和氯丁橡胶或氯磺化聚乙烯等的吸波涂层，当厚度为1.7mm～2.5mm 时，对5 GHz～10 GHz 的雷达波反射衰减达30 dB。日本研制出一种双层结构宽频高效吸波涂料，由阻抗变换层和低阻抗谐振层组成，可吸收1 GHz ～ 2 GHz 的雷达波，吸收率为20 dB，是目前较好的吸波涂料。
2.2 纤维吸波材料
纤维吸波材料包括导电纤维、铁纤维、镍纤维、钴纤维及其合金纤维等。最早是碳纤维用于各种损耗和屏蔽中, 后来在双层磁性吸波涂层的低层, 掺入不同含量、不同尺度mm 级的Cu 纤维, 发现纤维的加入有利于改善低频吸收特性。
新型的多晶铁纤维吸收剂是一种轻质的磁性雷达波吸收剂，这种多晶铁纤维为羰基铁单
丝，直径1μm～5μm ，长度50μm～500μm ,纤维密度低,结构为各向同性或各向异性。通过磁损耗或涡流损耗的双重作用来吸收电磁波能量，因此，这种吸收剂可在很宽的频带内实现高吸收率,质量减轻40 %～60 % ,克服了大多数磁性吸收剂存在的严重缺点。据报道，吸收剂体积占空比为25 %，厚度为1 mm 的多晶铁纤维吸波涂层,在2 GHz～5 GHz 频率范围内吸收率大于5 dB，在5 GHz～20 GHz 宽频带内吸收率可达10 dB。目前,GAMMA 公司用这种新型吸收剂制成的吸波涂层已应用于法国国家战略防御部队的导弹和飞行器，同时正在验证用于法国下一代战略导弹弹头的可能性。
2.3 纳米吸波材料
纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级( 1 nm～100 nm) 的材料，独特的结构使其具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应，使它的光、电、磁、热等物理性质和吸收、催化等化学性质发生质的变化，不仅磁损耗增大，而且兼具吸波、透波、偏振等多种功能，同时具备了宽频带、兼容性好、质量小和厚度薄等特点,美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。
美国研制的被称作超黑色纳米材料，吸波率高达99%。美国已研制出的一种纳米吸波复合材料，成功应用于F-117A 隐身战斗机的机身、机翼和V 形垂尾外表面。在1991 年的海湾战争中，F-117A 出动1 000多架次无一受损，达到了很好的隐身效果。美国大黄蜂隐身飞机也使用了一种新型纳米吸波材料。法国研制成的纳米CoNi 超微粉宽频微波吸收涂层，厚度约为8 nm，复磁导率在0.1 GHz ～ 18 GHz 频率范围内均大于6，与粘接剂复合而成的RAM 的电阻率大于5 Ω·cm，在50 MHz ～ 50 GHz 频率范围内吸波性能较好。
2.4 手性材料
手性是指物体与其镜像不存在几何对称性，而且不能使用任何方法使物体与镜像相重合。手性材料主要分为本征手性材料和结构手性材料，本征手性材料是由于自身的几何形状就使其具有手性而成为手性材料，可以用金属或非金属制造结构，如螺旋线等。结构手性材料是通过其各向异性的不同部分与其它部分形成一定角度关系而产生手性行为使其成为手性材料，可利用纤维铺设或泡沫微孔结构形成，如云母板[9]等。
手性材料与普通材料相比,有两个优势：一是调整手性参数比调整介电参数和磁导率容易，大多数材料的介电参数和磁导率很难在较宽的频带上满足无反射要求；二是手性材料的频率敏感性比介电参数和磁导率小，容易实现宽频吸收。尽管理论研究认为手性材料与一般的材料相比具有很大的优势，但目前没有令人信服的实践依据证明，因此，还需要对手性吸波材料的机理及应用进行深入分析研究，并进行试验论证。
2.5 高温吸波材料
通常,飞行器和武器的某些特殊部位如头锥、发动机进气道和喷嘴等部位需要耐高温、耐高速热气流的冲击,为满足这些特殊部位的隐身要求,目前国内外正在积极开发耐高温吸波材料。主要的耐高温吸波材料包括: 陶瓷纤维、陶瓷基复合材料和C/ C 材料。
国外高温吸波材料的研制主要集中在陶瓷基复合材料，碳化硅是制作多波段高温吸波材料的主要组分，法国ADE 公司研制的以SiC 为主体的掺杂体的Alkard S C 陶瓷吸收体，最高使用温度1 000 ℃，在35 GHz 频带内反射率从-10 dB 线性下降。法国马特拉防御公
司研制的应用于1 000 ℃高温的Matrabsorb系列500 的陶瓷基材料，可以用作亚声速导弹喷管或进气道等某些部位的面层。美国在F-117隐身飞机尾喷管的研制中，采用陶瓷基材料制备的结构吸波材料，可承受高达1 093 ℃的高温。
2.6 智能隐身材料
普通的隐身材料功能单一只能被动的抑制目标的特征信号,而智能隐身材料是20 世纪80 年代发展起来并备受重视的新型高技术材料,它具有感知功能和信息处理功能,可通过自我指令对信号做出最佳响应的功能材料。这种材料能感知和分析不同方位到达的电磁波特性或光波特性,并作出最佳响应,以达到隐身的目的。智能隐身材料是智能材料与隐身材料的有机结合,这种结合大大提高了隐身材料的功能,使其具有了智能材料的感知、回馈、控制、执行能力,将极大地推动隐身材料的发展。
2.6.1 智能蒙皮
美国空军于1985 年首先提出了光纤智能蒙皮隐身的概念和计划,目前,美国空军正致力于采用光纤传感器作隐身飞机灵巧蒙皮的研究。在这种光纤灵巧蒙皮内嵌入保型雷达、导航设备、目标搜索和各种传感器元件，使光纤数字电路遍布飞机机翼内。这种战斗机不仅可以隐身，而且灵敏度高、易操纵并可自动校正飞行。
图1 F-35 正在等待安装碳纤维机身蒙皮
智能蒙皮技术的着眼点在于提高飞机的综合性能,这种技术具有很多的优点:飞机表层不仅能承受载荷和维持外形,而且具有通讯、隐身、电子对抗、火控、飞控等功能;部分或全部替代原来离散的电子设备,增加功能;大大减轻了质量;极大的提高了飞机的战场生存能力。
2.6.2 可见光及红外智能隐身
在现代电子对抗日趋激烈的背景下,可见光和红外智能隐身是为应对新探测手段而发展起来的。
美国还在研制一种可见光伪装智能材料,是在聚氨酯分子中嵌入高活性的丁二炔链段,在适当的条件下,丁二炔聚合成聚丁二炔,形成具有自由电子的共轭结构,从而改变了整个材料的颜色和光强度。在此基础上,在材料系统中加入传感器和控制器,使用带有SiC 光探测器的窄带通滤波器可以识别环境的波长和光强度,再将输出信号经模拟数字转换器传输结微处理器进行识别和数据处理,并发出控制指令以改变材料的颜色和色强度,从而达到隐身的效果。
北京理工大学的张升康等人设计了一种红外智能隐身材料系统，这种系统由红外传感器、电致变温材料和微处理器组成，该系统实现了目标热像随背景自适应变化的功能。图2为隐身材料系统的简化结构图。
图2 红外智能隐身材料系统的示意图
2.6.3 雷达波智能隐身
目前探测航空目标的主要手段是各种雷达设备,因此雷达波隐身仍然是目前隐身技术发展的重点。雷达波智能隐身是雷达波隐身发展的一个重要方向。
英国Tennat 和Chamber s 研究了用PIN 二极管控制主动的FSS(频率选择表面) 实现了自适应的雷达吸波结构[24 ] ,吸收体是建立在Salisbury screen 配置基础上的平面结构(图3) 。
图3 单层平面吸波体和传输线等价网
雷达波智能隐身的一大热点是DARAM(dynami2 cally adaptive radar2absorbing material s) ,对DARAM而言,虽然DARAM 具有诸多优点且在实现智能隐身方面切实可行,然而要具有智能隐身功能还需要满足两个条件[26 ] : (1) 足够快的反应时间; (2) 能有效地整合到电子对抗系统中。
3 吸波材料在军事上的应用
由于外形隐身和电子对抗技术的局限性，各国军方对隐身材料的研究和应用非常重视。作为新的军用材料，隐身材料在现代兵器领域中应用日趋广泛
3.1 飞机隐身
飞机隐身是为了躲避地空导弹和空空导弹的探测和攻击并夺取制空权。飞机的隐身主要包括雷达隐身和红外隐身。雷达隐身技术不断进步的一个重要标志是飞行器雷达反射面积
２( RCS)的不断减小，其先进水平当以美国Ｆ-22为代表，其( RCS)已达-40ｄＢ／ｍ，仅为
一平方米的万分之一；红外隐身的标志则是尽可能降低飞机与背景的温度差异，降低飞机发动机尾气的红外辐射梯度，尤其是降低飞机在超音速飞行时，由于气动加热所导致的机翼前缘红外辐射。
俄罗斯Ｓ－37“金雕”战斗机采用了类似Ｆ－22的平滑流线型外形、尾翼向内倾斜、内部武器吊舱、隐形进气道和二元矢量喷管等设计，前掠翼几乎全部采用复合材料制成，机体外涂刷雷达吸波材料，具有非常高的隐形性能和机动性能。英、德、意正在联合开发具有一定隐形性能的“欧洲战斗机”；英、法、德、意、荷５国正在联合研制ACA隐形战斗机；日本也正在研发TV隐形无人机、Ｆ-１隐形战斗机；以色列、印度、瑞典、韩国等在隐形技术装备的发展上，也都取得了长足的进步。
3.2 导弹隐身
导弹的隐身主要包括：1）采用具有低雷达雷达散射截面( RCS)
外形。在确定导弹外形
时可采用化镜面反射为边缘绕射，变边缘绕射为爬行波，变后向散射为非后向散射，消除角反射器效应等措施来降低导弹系统的雷达信号特征。将长球形弹头改为２５°橄榄体弹头就可使RCS缩减３０分贝。2）进气与排气。进气道可能成为迎面可见度最强部件，进气道中进气效率好的外露进气道将会产生大的RCS。对于超低空导弹，将进气道布置在弹身下部或上部遮挡起来是一可行的方案。这种弯曲进气道若装有导流片，则可以大大地减少发动机对RCS的影响。
目前最先进的美国的AGM-129巡航导弹，采用大曲率半径流线型弹体、外表光滑、翼身融合体尺寸较小，埋入式进气道和二维开缝式排气装置，整个导弹的雷达散射截面积只有
２0.005ｍ。
3.3 装甲车辆隐身
装甲车辆红外隐身技术就是对装甲车辆进行处理，设法减少或消除装甲车辆与背景之间的亮度差别或温度差别，使装甲车辆与背景的红外线特征相适应。装甲车辆的隐身主要采用低红外辐射薄膜材料、红外隐身涂料、合理结构设计等。
美国陆军推出了“未来作战系统”，为降低雷达信号特征，预计在2015年开始列装一种全新坦克，大量采用复合材料和涂料来有效降低反射雷达波能量；相关技术将在未来的装甲侦察车、装甲人员输送车、步兵战车等车辆上也大量应用，目前已推出M-113隐形装甲车。英国陆军目前正在抓紧研制具有隐形性能的全塑料车体坦克。该车体采用电发动机驱动，车体低矮光滑涂有防红外涂层，表面能够根据环境不同改变颜色，用电磁炮发射超速动能穿甲弹可击穿任何坦克的新式装甲。
3.4 舰艇隐身
作为海上（海面和海水中）特定环境下的目标——舰艇，它的可探测性特征除了敌方探测雷达的散射回波和舰艇自身的红外辐射之外，还有舰艇的噪声等信息。因此，对舰艇的探测，主要是采用雷达、声纳和红外信号来探索和发现目标。
3.4.1 水面舰艇
由于水面舰艇需要保护的面积大而且对承重要求不高，各国多采用涂覆型吸波材料。舰艇的应用比飞机相对广泛，面对的威胁条件更为复杂，所以舰艇用吸波涂料的吸收频率更广，需要达到８～１８ＧＨｚ。理论上全面采用吸波涂料的水面舰艇，无需对其结构和布局进行大的改变，就能够将雷达发现距离降低一半。国外目前开发的舰艇用吸波材料主要是采用锂－镉、锂－锌、镊－镉铁氧体和陶瓷铁氧体等铁磁型材料，铁磁－介电复合型吸波材料也已经开始应用。
3.4.2 潜艇
潜艇由于具有隐蔽性与突发攻击能力的特点而成为现代海军的主战力量。降低潜艇水下辐射噪声和声目标强度,既可以减小敌艇发现我艇的距离,提高我艇的隐蔽性,还可增大我艇发现敌艇的距离,增强我艇对敌艇实施先敌攻击的能力;同时增加我艇发现敌方来袭鱼雷的距离,缩短敌方鱼雷声自导作用距离,提高我艇的生存能力。因此,潜艇的声隐身性能,对于提
高潜艇的综合作战能力具有事半功倍的效果。 随着声纳探测技术的不断发展和探测能力的不断提高,作为海军常规和战略武器装备的潜艇的隐蔽性受到了严重的挑战。研究表明,潜艇舵和稳定翼是主要的噪声源之一。
英国最强大的攻击型核潜艇———英国皇家海军“机敏”号已于2010 年8 月27 日加入海军服役。“机敏”号核潜艇采用了整舱浮筏技术、新型消声瓦技术和模块化的精细建造技术,比它之前所有的潜艇更为安静,这意味着它能隐蔽地执行任务,尽管它比目前英国海军舰队中的其他攻击型潜艇排水量大50%,但是几乎在任何环境中均能保持不被探测到。
法国“凯旋”级潜艇采用了先进的一体化压水堆装置,具有较好的自然循环能力。整舱浮筏和桁架浮筏减振技术,极大地隔离了机械设备的振动噪声。同时,采用了全电力推进,取消了齿轮箱,尾部采用泵喷推进,减少了尾部的噪声源。
国外先进的声隐身技术很多,但大都体现在降低辐射噪声和目标强度2个方面。在降低辐射噪声方面,对振动噪声源头的降低非常重视,而且取得了很好的效果。另外,与我国目前重点控制机械噪声不同,国外在水动力噪声控制方面也做了大量工作。国外潜艇声隐身技术的发展重点体现在研发新型大功率反应堆、电力推进和新型推进技术、主动隔振技术和加大下潜深度方面。
4 结 语
任何吸波材料都只能使用于特定的频率, 由于现代战争已形成海上、地面、空中以及太空立体作战体系, 使用的电磁频率覆盖了声频、微波、红外以及远红外范围。此外民用上, 吸波材料在消除电磁辐射对人体的危害、微波暗室以及提高电子产品的抗电磁干扰能力等方面发挥了重要作用。因而必须开发出应用于各种频率的吸波材料。
隐身技术是一门新兴的国防高科技，产生于军事斗争，又服务于军事斗争，内涵丰富，综合性强，是一门多学科的系统工程。洞察隐身科学的产生、发展、应用，乃至战斗力的形成这一全过程，可以抓住它的发展特点及其发展规律。只有把握住隐身技术的特点和赖以支持的武器系统的要求，将武器系统隐身特性设计所涉及的相关因素加以有机地组合、分解和集成，综合利用相关学科的基本知识和原理，充分发掘和利用系统所蕴含的各学科之间可能存在的相互作用所产生的协同效应，才能达到实现武器系统隐身的目的。 当然，武器系统的隐身必须考虑使用对象和使用环境条件来进行，同时还应注意到隐身与反隐身、隐身与探测之间的矛盾，只有综合考虑这些矛盾的相互制约与发展，才能促进隐身科学的发展。 参考文献:
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上海大学 12 ～ 13学年 秋 季学期研究生课程考试
课程名称： 材料成形工程 课程编号： 09SAS9010
论文题目: 吸波材料之于军事 研究生姓名: 谢明亮 学 号: 12721440
论文评语:
成 绩: 任课教师: 林柳兰
评阅日期:
吸波材料之于军事
谢明亮
（上海大学 机电工程与自动化学院，上海200072）
摘要：隐身技术是通过应用特殊的材料和结构来达到降低可探测性的技术，吸波材料就是其中一种重要的军事隐身功能材料。本文在讨论吸波材料工作原理的基础上，综述了目前吸波材料的研究进展，较详细地介绍了铁氧体、高温吸波材料、纳米吸波材料、手性材料、智能隐身材料等几种吸波涂层材料的研究现状和军事应用。
关键词：隐身技术；军事；吸波材料
Wave Absorbing Materials in Military
XIE Ming Liang
(School of Mechatronics Engineering and Automation, Shanghai University, Shanghai 200072)
Abstract：Stealth technology is to reduce the detectability of technique through the use of special materials and structure, wave absorbing materials is an important military stealth material.This paper This paper discusses the working principle of microwave absorbing materials,before reviewing the current research progress in microwave absorbing materials.This paper introduces some kinds of radar absorbing coating materials current research status in detail and their applications in military,including ferrite, heat absorbing material, nanometer absorbing material, chiral material, intelligent stealth material.
Key words: stealth technology; military; absorbing material
引 言
在入侵巴拿马、海湾战争以及刚刚结束的入侵南联盟的战争中,美国的F-117 战斗攻击机执行了几千架次的空袭任务,却只损失了一架战机;而B-2 隐身轰炸机从美国本土长途奔袭到南联盟执行轰炸任务却未受丝毫威胁。创造这一奇迹的原因之一就是隐身技术的应用最大限度地保护了战机,隐身技术在提高现代兵器的突防能力方面正发挥着越来越重要的作用。
现代战争中，由于探测技术和精确制导武器越来越先进，对兵器的生存提出了空前的挑战，隐身成为兵器能否战时生存的重要技术要件。为了隐真求存，世界各国十分重视隐身技术的研究，隐身技术由此得到了飞速的发展。隐身技术通过应用特殊的材料和结构来达到可探测性低的目的，能有效地降低大型兵器的可探测的特征信号，提高作战平台（进攻平台和防护平台）的效能，提高目标的生存和突防能力。它是一门综合了电子工程、材料、红外、激光、发动机、气动力学等多种技术学科的应用科学技术[1]。
不同功能的武器系统可能面临着不同的威胁，其隐身的重点和实现的技术途径也不尽相同． 对于常规战术飞行器来说，它面临的主要威胁来自雷达探测，因此雷达目标特征信号控制是其隐身的重点; 对于潜艇来讲，它面临的主要威胁是声纳探测，因此声频特征信号控制是其重点． 在红外特征信号控制技术中，减弱动力系统排气装置的红外辐射强度是其关键． 实际上，所有武器系统可能会面临多种探测系统的威胁，因而需要综合采用多种隐身技术来提高其生存与突防能力． 这些技术的实施必须考虑武器系统各方面的性能要求，这些要求既有兼容之处，又存在矛盾． 因此，隐身技术的发展就是隐身技术本身及其与相关
技术学科之间相互磨合统一的过程，这个过程产生了隐身科学。 [2]
1 原 理
吸波材料的机理本质是电磁波与物质相互作用，就象黑色物体能有效吸收热能一样; 吸波材料是指能够通过自身的吸波能力吸收入射电磁波，同时通过能量转换将电磁能消耗掉或使电磁波因干涉而消失，从而减小目标雷达散射截面( RCS) 的材料。
吸波材料根据损耗介质吸收机理的不同，可分为两大类。一是电损耗型，如碳化硅纤维、碳纳米管及各种导电性高聚物等，一般具有较高的电损耗正切角，主要依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化衰减、吸收电磁波; 二是磁损耗型，如铁氧体粉、羰基铁和磁性纤维等，一般具有较高的磁损耗正切角，主要依靠磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁化机制衰减、吸收电磁波。根据成型工艺和承载能力，可分为涂覆型吸波材料( 吸波涂层) 和结构型吸波材料两大类。结构型应用吸波材料( RadarAbsorbing Material，RAM)通常是将吸收剂分散在特种纤维( 如玻璃纤维、石英纤维等) 增强的结构材料中所形成的结构复合材料，其典型特点是既能承载同时又可减小目标RCS; 而涂覆型RAM 是将吸收剂与粘结剂混合后涂覆于目标表面形成吸波涂层。涂覆型RAM以其涂覆方便灵活可调节、吸收性能好等优点而受到世界许多国家的重视，几乎所有隐身武器系统上都使用了涂覆型RAM。 [3-4]2 吸波材料的研究现状
对吸波材料的主要要求是: ( 1)频带宽——即衰减在
2.1 铁氧体吸波材料
铁氧体是双复介质材料，具有磁吸收和电吸收两种功能，其对电磁波的吸收主要通过极化效应和自然共振。铁氧体吸波材料主要包括镍锌铁氧体、锰锌铁氧体和钡系铁氧体等，在高频下有较高的磁导率和较大的电阻率，且电磁波易于进入并快速衰减，有强烈的铁磁共振吸收和磁导率的频散效应，吸收强，吸收频带宽，是目前研究比较成熟的吸波材料[5-8]。
美国研制的铁氧体吸波涂料在厘米波到分米波段可使雷达吸波反射衰减到20 dB，美国在SR-1 高空侦察机上就使用了铁氧体吸波涂层。日本研制的铁氧体和氯丁橡胶或氯磺化聚乙烯等的吸波涂层，当厚度为1.7mm～2.5mm 时，对5 GHz～10 GHz 的雷达波反射衰减达30 dB。日本研制出一种双层结构宽频高效吸波涂料，由阻抗变换层和低阻抗谐振层组成，可吸收1 GHz ～ 2 GHz 的雷达波，吸收率为20 dB，是目前较好的吸波涂料。
2.2 纤维吸波材料
纤维吸波材料包括导电纤维、铁纤维、镍纤维、钴纤维及其合金纤维等。最早是碳纤维用于各种损耗和屏蔽中, 后来在双层磁性吸波涂层的低层, 掺入不同含量、不同尺度mm 级的Cu 纤维, 发现纤维的加入有利于改善低频吸收特性。
新型的多晶铁纤维吸收剂是一种轻质的磁性雷达波吸收剂，这种多晶铁纤维为羰基铁单
丝，直径1μm～5μm ，长度50μm～500μm ,纤维密度低,结构为各向同性或各向异性。通过磁损耗或涡流损耗的双重作用来吸收电磁波能量，因此，这种吸收剂可在很宽的频带内实现高吸收率,质量减轻40 %～60 % ,克服了大多数磁性吸收剂存在的严重缺点。据报道，吸收剂体积占空比为25 %，厚度为1 mm 的多晶铁纤维吸波涂层,在2 GHz～5 GHz 频率范围内吸收率大于5 dB，在5 GHz～20 GHz 宽频带内吸收率可达10 dB。目前,GAMMA 公司用这种新型吸收剂制成的吸波涂层已应用于法国国家战略防御部队的导弹和飞行器，同时正在验证用于法国下一代战略导弹弹头的可能性。
2.3 纳米吸波材料
纳米材料是指材料组分的特征尺寸处于纳米量级( 1 nm～100 nm) 的材料，独特的结构使其具有量子尺寸效应、宏观量子隧道效应、小尺寸和界面效应，使它的光、电、磁、热等物理性质和吸收、催化等化学性质发生质的变化，不仅磁损耗增大，而且兼具吸波、透波、偏振等多种功能，同时具备了宽频带、兼容性好、质量小和厚度薄等特点,美、俄、法、德、日等国都把纳米材料作为新一代隐身材料加以研究和探索。
美国研制的被称作超黑色纳米材料，吸波率高达99%。美国已研制出的一种纳米吸波复合材料，成功应用于F-117A 隐身战斗机的机身、机翼和V 形垂尾外表面。在1991 年的海湾战争中，F-117A 出动1 000多架次无一受损，达到了很好的隐身效果。美国大黄蜂隐身飞机也使用了一种新型纳米吸波材料。法国研制成的纳米CoNi 超微粉宽频微波吸收涂层，厚度约为8 nm，复磁导率在0.1 GHz ～ 18 GHz 频率范围内均大于6，与粘接剂复合而成的RAM 的电阻率大于5 Ω·cm，在50 MHz ～ 50 GHz 频率范围内吸波性能较好。
2.4 手性材料
手性是指物体与其镜像不存在几何对称性，而且不能使用任何方法使物体与镜像相重合。手性材料主要分为本征手性材料和结构手性材料，本征手性材料是由于自身的几何形状就使其具有手性而成为手性材料，可以用金属或非金属制造结构，如螺旋线等。结构手性材料是通过其各向异性的不同部分与其它部分形成一定角度关系而产生手性行为使其成为手性材料，可利用纤维铺设或泡沫微孔结构形成，如云母板[9]等。
手性材料与普通材料相比,有两个优势：一是调整手性参数比调整介电参数和磁导率容易，大多数材料的介电参数和磁导率很难在较宽的频带上满足无反射要求；二是手性材料的频率敏感性比介电参数和磁导率小，容易实现宽频吸收。尽管理论研究认为手性材料与一般的材料相比具有很大的优势，但目前没有令人信服的实践依据证明，因此，还需要对手性吸波材料的机理及应用进行深入分析研究，并进行试验论证。
2.5 高温吸波材料
通常,飞行器和武器的某些特殊部位如头锥、发动机进气道和喷嘴等部位需要耐高温、耐高速热气流的冲击,为满足这些特殊部位的隐身要求,目前国内外正在积极开发耐高温吸波材料。主要的耐高温吸波材料包括: 陶瓷纤维、陶瓷基复合材料和C/ C 材料。
国外高温吸波材料的研制主要集中在陶瓷基复合材料，碳化硅是制作多波段高温吸波材料的主要组分，法国ADE 公司研制的以SiC 为主体的掺杂体的Alkard S C 陶瓷吸收体，最高使用温度1 000 ℃，在35 GHz 频带内反射率从-10 dB 线性下降。法国马特拉防御公
司研制的应用于1 000 ℃高温的Matrabsorb系列500 的陶瓷基材料，可以用作亚声速导弹喷管或进气道等某些部位的面层。美国在F-117隐身飞机尾喷管的研制中，采用陶瓷基材料制备的结构吸波材料，可承受高达1 093 ℃的高温。
2.6 智能隐身材料
普通的隐身材料功能单一只能被动的抑制目标的特征信号,而智能隐身材料是20 世纪80 年代发展起来并备受重视的新型高技术材料,它具有感知功能和信息处理功能,可通过自我指令对信号做出最佳响应的功能材料。这种材料能感知和分析不同方位到达的电磁波特性或光波特性,并作出最佳响应,以达到隐身的目的。智能隐身材料是智能材料与隐身材料的有机结合,这种结合大大提高了隐身材料的功能,使其具有了智能材料的感知、回馈、控制、执行能力,将极大地推动隐身材料的发展。
2.6.1 智能蒙皮
美国空军于1985 年首先提出了光纤智能蒙皮隐身的概念和计划,目前,美国空军正致力于采用光纤传感器作隐身飞机灵巧蒙皮的研究。在这种光纤灵巧蒙皮内嵌入保型雷达、导航设备、目标搜索和各种传感器元件，使光纤数字电路遍布飞机机翼内。这种战斗机不仅可以隐身，而且灵敏度高、易操纵并可自动校正飞行。
图1 F-35 正在等待安装碳纤维机身蒙皮
智能蒙皮技术的着眼点在于提高飞机的综合性能,这种技术具有很多的优点:飞机表层不仅能承受载荷和维持外形,而且具有通讯、隐身、电子对抗、火控、飞控等功能;部分或全部替代原来离散的电子设备,增加功能;大大减轻了质量;极大的提高了飞机的战场生存能力。
2.6.2 可见光及红外智能隐身
在现代电子对抗日趋激烈的背景下,可见光和红外智能隐身是为应对新探测手段而发展起来的。
美国还在研制一种可见光伪装智能材料,是在聚氨酯分子中嵌入高活性的丁二炔链段,在适当的条件下,丁二炔聚合成聚丁二炔,形成具有自由电子的共轭结构,从而改变了整个材料的颜色和光强度。在此基础上,在材料系统中加入传感器和控制器,使用带有SiC 光探测器的窄带通滤波器可以识别环境的波长和光强度,再将输出信号经模拟数字转换器传输结微处理器进行识别和数据处理,并发出控制指令以改变材料的颜色和色强度,从而达到隐身的效果。
北京理工大学的张升康等人设计了一种红外智能隐身材料系统，这种系统由红外传感器、电致变温材料和微处理器组成，该系统实现了目标热像随背景自适应变化的功能。图2为隐身材料系统的简化结构图。
图2 红外智能隐身材料系统的示意图
2.6.3 雷达波智能隐身
目前探测航空目标的主要手段是各种雷达设备,因此雷达波隐身仍然是目前隐身技术发展的重点。雷达波智能隐身是雷达波隐身发展的一个重要方向。
英国Tennat 和Chamber s 研究了用PIN 二极管控制主动的FSS(频率选择表面) 实现了自适应的雷达吸波结构[24 ] ,吸收体是建立在Salisbury screen 配置基础上的平面结构(图3) 。
图3 单层平面吸波体和传输线等价网
雷达波智能隐身的一大热点是DARAM(dynami2 cally adaptive radar2absorbing material s) ,对DARAM而言,虽然DARAM 具有诸多优点且在实现智能隐身方面切实可行,然而要具有智能隐身功能还需要满足两个条件[26 ] : (1) 足够快的反应时间; (2) 能有效地整合到电子对抗系统中。
3 吸波材料在军事上的应用
由于外形隐身和电子对抗技术的局限性，各国军方对隐身材料的研究和应用非常重视。作为新的军用材料，隐身材料在现代兵器领域中应用日趋广泛
3.1 飞机隐身
飞机隐身是为了躲避地空导弹和空空导弹的探测和攻击并夺取制空权。飞机的隐身主要包括雷达隐身和红外隐身。雷达隐身技术不断进步的一个重要标志是飞行器雷达反射面积
２( RCS)的不断减小，其先进水平当以美国Ｆ-22为代表，其( RCS)已达-40ｄＢ／ｍ，仅为
一平方米的万分之一；红外隐身的标志则是尽可能降低飞机与背景的温度差异，降低飞机发动机尾气的红外辐射梯度，尤其是降低飞机在超音速飞行时，由于气动加热所导致的机翼前缘红外辐射。
俄罗斯Ｓ－37“金雕”战斗机采用了类似Ｆ－22的平滑流线型外形、尾翼向内倾斜、内部武器吊舱、隐形进气道和二元矢量喷管等设计，前掠翼几乎全部采用复合材料制成，机体外涂刷雷达吸波材料，具有非常高的隐形性能和机动性能。英、德、意正在联合开发具有一定隐形性能的“欧洲战斗机”；英、法、德、意、荷５国正在联合研制ACA隐形战斗机；日本也正在研发TV隐形无人机、Ｆ-１隐形战斗机；以色列、印度、瑞典、韩国等在隐形技术装备的发展上，也都取得了长足的进步。
3.2 导弹隐身
导弹的隐身主要包括：1）采用具有低雷达雷达散射截面( RCS)
外形。在确定导弹外形
时可采用化镜面反射为边缘绕射，变边缘绕射为爬行波，变后向散射为非后向散射，消除角反射器效应等措施来降低导弹系统的雷达信号特征。将长球形弹头改为２５°橄榄体弹头就可使RCS缩减３０分贝。2）进气与排气。进气道可能成为迎面可见度最强部件，进气道中进气效率好的外露进气道将会产生大的RCS。对于超低空导弹，将进气道布置在弹身下部或上部遮挡起来是一可行的方案。这种弯曲进气道若装有导流片，则可以大大地减少发动机对RCS的影响。
目前最先进的美国的AGM-129巡航导弹，采用大曲率半径流线型弹体、外表光滑、翼身融合体尺寸较小，埋入式进气道和二维开缝式排气装置，整个导弹的雷达散射截面积只有
２0.005ｍ。
3.3 装甲车辆隐身
装甲车辆红外隐身技术就是对装甲车辆进行处理，设法减少或消除装甲车辆与背景之间的亮度差别或温度差别，使装甲车辆与背景的红外线特征相适应。装甲车辆的隐身主要采用低红外辐射薄膜材料、红外隐身涂料、合理结构设计等。
美国陆军推出了“未来作战系统”，为降低雷达信号特征，预计在2015年开始列装一种全新坦克，大量采用复合材料和涂料来有效降低反射雷达波能量；相关技术将在未来的装甲侦察车、装甲人员输送车、步兵战车等车辆上也大量应用，目前已推出M-113隐形装甲车。英国陆军目前正在抓紧研制具有隐形性能的全塑料车体坦克。该车体采用电发动机驱动，车体低矮光滑涂有防红外涂层，表面能够根据环境不同改变颜色，用电磁炮发射超速动能穿甲弹可击穿任何坦克的新式装甲。
3.4 舰艇隐身
作为海上（海面和海水中）特定环境下的目标——舰艇，它的可探测性特征除了敌方探测雷达的散射回波和舰艇自身的红外辐射之外，还有舰艇的噪声等信息。因此，对舰艇的探测，主要是采用雷达、声纳和红外信号来探索和发现目标。
3.4.1 水面舰艇
由于水面舰艇需要保护的面积大而且对承重要求不高，各国多采用涂覆型吸波材料。舰艇的应用比飞机相对广泛，面对的威胁条件更为复杂，所以舰艇用吸波涂料的吸收频率更广，需要达到８～１８ＧＨｚ。理论上全面采用吸波涂料的水面舰艇，无需对其结构和布局进行大的改变，就能够将雷达发现距离降低一半。国外目前开发的舰艇用吸波材料主要是采用锂－镉、锂－锌、镊－镉铁氧体和陶瓷铁氧体等铁磁型材料，铁磁－介电复合型吸波材料也已经开始应用。
3.4.2 潜艇
潜艇由于具有隐蔽性与突发攻击能力的特点而成为现代海军的主战力量。降低潜艇水下辐射噪声和声目标强度,既可以减小敌艇发现我艇的距离,提高我艇的隐蔽性,还可增大我艇发现敌艇的距离,增强我艇对敌艇实施先敌攻击的能力;同时增加我艇发现敌方来袭鱼雷的距离,缩短敌方鱼雷声自导作用距离,提高我艇的生存能力。因此,潜艇的声隐身性能,对于提
高潜艇的综合作战能力具有事半功倍的效果。 随着声纳探测技术的不断发展和探测能力的不断提高,作为海军常规和战略武器装备的潜艇的隐蔽性受到了严重的挑战。研究表明,潜艇舵和稳定翼是主要的噪声源之一。
英国最强大的攻击型核潜艇———英国皇家海军“机敏”号已于2010 年8 月27 日加入海军服役。“机敏”号核潜艇采用了整舱浮筏技术、新型消声瓦技术和模块化的精细建造技术,比它之前所有的潜艇更为安静,这意味着它能隐蔽地执行任务,尽管它比目前英国海军舰队中的其他攻击型潜艇排水量大50%,但是几乎在任何环境中均能保持不被探测到。
法国“凯旋”级潜艇采用了先进的一体化压水堆装置,具有较好的自然循环能力。整舱浮筏和桁架浮筏减振技术,极大地隔离了机械设备的振动噪声。同时,采用了全电力推进,取消了齿轮箱,尾部采用泵喷推进,减少了尾部的噪声源。
国外先进的声隐身技术很多,但大都体现在降低辐射噪声和目标强度2个方面。在降低辐射噪声方面,对振动噪声源头的降低非常重视,而且取得了很好的效果。另外,与我国目前重点控制机械噪声不同,国外在水动力噪声控制方面也做了大量工作。国外潜艇声隐身技术的发展重点体现在研发新型大功率反应堆、电力推进和新型推进技术、主动隔振技术和加大下潜深度方面。
4 结 语
任何吸波材料都只能使用于特定的频率, 由于现代战争已形成海上、地面、空中以及太空立体作战体系, 使用的电磁频率覆盖了声频、微波、红外以及远红外范围。此外民用上, 吸波材料在消除电磁辐射对人体的危害、微波暗室以及提高电子产品的抗电磁干扰能力等方面发挥了重要作用。因而必须开发出应用于各种频率的吸波材料。
隐身技术是一门新兴的国防高科技，产生于军事斗争，又服务于军事斗争，内涵丰富，综合性强，是一门多学科的系统工程。洞察隐身科学的产生、发展、应用，乃至战斗力的形成这一全过程，可以抓住它的发展特点及其发展规律。只有把握住隐身技术的特点和赖以支持的武器系统的要求，将武器系统隐身特性设计所涉及的相关因素加以有机地组合、分解和集成，综合利用相关学科的基本知识和原理，充分发掘和利用系统所蕴含的各学科之间可能存在的相互作用所产生的协同效应，才能达到实现武器系统隐身的目的。 当然，武器系统的隐身必须考虑使用对象和使用环境条件来进行，同时还应注意到隐身与反隐身、隐身与探测之间的矛盾，只有综合考虑这些矛盾的相互制约与发展，才能促进隐身科学的发展。 参考文献:
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