隱形飛機的奧秘 －雷達吸波結構復合材料
時間:2005-08-30
雷達吸波結構復合材料簡稱吸波復合材料，主要指纖維增強吸波復合材料和夾層結構吸波復合材料。纖維增強吸波復合材料一般由玻璃纖維、芳綸纖維、碳纖維等增強，樹脂基體中填充吸收劑或直接由本身吸收雷達波性能好的纖維與樹脂構成。夾層結構吸波復合材料是用透波性能好、強度高的復合材料做成面板，其夾芯制成蜂窩、波紋或角錐結構，在夾芯壁上涂覆吸波涂層或在夾芯中填充輕質泡沫型吸收材料，構成夾層結構吸波材料。
1、吸波復合材料的優點
吸波復合材料不僅具有一般復合材料比重低、比強度高、比模量高的力學優點，同時還能有效地吸收和衰減雷達波，使反射信號顯著降低這種特點就決定了吸波復合材料在有效吸收衰減雷達波使飛機隱身的同時，本身還是一種結構材料，起著承載和減重的作用。減重對隱身飛機來講有著更為特殊的意義。因為隱身飛機外涂的吸波材料如鐵氧體等，一般不能承載且增加重量；若能通過采用吸波復合材料抵消吸波涂料增加的重量，則可獲得更好的吸波效果且不會影響飛機的其他性能。
復合材料從制造工藝上能夠實現復雜外形結構的大面積精確整體成型，從而更好地保證飛機的氣動外形。如號稱“飛翼”的B-2，高度的翼身融合，外形曲面極其復雜，若采用金屬結構，將極為困難；但采用復合材料結構，則只要模具能制造出來，成型就不成問題，從而使制造工藝上的難題迎刃而解。
2、目前應用的主要吸波復合材料
（1）碳-碳復合材料
美國威廉斯國際公司研制的碳-碳復合材料適用于高溫部位，能很好地抑制紅外輻射并吸收雷達波。在發動機部位用致密炭泡沫層來吸收發動機排氣的熱輻射，還可制成機翼前緣、機頭及機尾。
?。?）含鐵氧體的玻璃鋼材料
這種材料質輕、強度和剛度高，日本已將它裝備在空對艦導彈(ASM-1)的尾翼上，其彈翼也將使用這種材料改裝，使其隱身性能大為提高。
（3）充填石墨的復合材料
美國在石墨-熱塑性復合材料和石墨-環氧樹脂復合材料的研制方面取得很大進展，這些材料在低溫下仍保持韌性。
?。?）玻塑材料
這種由美國道爾化學公司研制的材料型號為Fibalog，是在塑料中加入玻璃纖維而制成的，據報道，這種材料較堅硬，可作為飛機蒙皮和一些內部構件，而無需加金屬加強筋，并具有較好的吸收雷達波特性。
?。?）碳纖維復合材料
美國空軍材料實驗室研制的碳纖維復合材料能吸收輻射熱，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、機翼前緣以及機身前段。
?。?）碳化硅纖維、碳化硅-碳纖維復合材料
碳化硅纖維中含硅，不僅吸波特性好，能減弱發動機紅外信號，而且具有耐高溫、相對密度小、韌性好、強度大、電阻率高等優點，是國外發展很快的吸波材料之一，但仍存在一些問題，如電阻率太高等。將碳、碳化硅以不同比例，通過人工設計的方法，控制其電阻率，便可制成耐高溫、抗氧化、具有優異力學性能和良好吸波性能的SiC-C復合纖維。SiC-C復合纖維與環氧樹脂制成的復合材料，由SiC-C纖維和接枝酰亞胺基團與環氧樹脂共聚改性為基體組成的結構材料，吸波性能都很優異。
?。?）混雜纖維增強復合材料
混雜纖維復合材料是指兩種或兩種以上的纖維增強同一種基體得到的復合材料。在力學性能上，混雜纖維復合材料不僅能保留單一纖維復合材料的優點，還可做到不同纖維間性能取長補短、匹配協調，使之具有優異的綜合性能。根據不同部位、不同結構的不同要求，隱身飛機上可能較多地采用了混雜復合材料，以增加吸波效果、拓寬吸波頻帶。玻璃纖維、芳綸、碳纖維等可混雜使用，即可層內混雜或層間混雜。目前已能制造出吸波性能很好的混雜纖維增強復合材料，廣泛用于飛機制造中。
?。?）特殊碳纖維增強的碳-熱塑性樹脂基復合材料
與熱固性復合材料相比，熱塑性復合材料具有耐高溫、韌性好、損傷容限能力強、便于大面積整體成型和再加工等一系列優點，是國外正在發展的一種新型的復合材料。如PEEK、PEK和PPS等樹脂都具有比較好的雷達傳輸和介電透射特性，當雷達波透射到這些樹脂基復合材料時，不容易形成爬行的電磁波。這種材料具有極好的吸波性能，能使頻率為0.1MHz～50GHz的脈沖大幅度衰減，現在已用于先進戰斗機（ATF）的機身和機翼，其型號為APC（HTX）。另外APC-2是CelionG40-700碳纖維與PEEK復絲混雜紗單向增強的品級，特別適宜制造直升機旋翼和導彈殼體，美國隱身直升機LHX已經采用此種復合材料。
?。?）結構手征復合材料
手征材料特征是指物體與其鏡像不存在幾何對稱性，而且不能使用任何方法使物體與鏡像相重合。手征材料的研究是當前吸波材料的一個熱門領域，它與普通材料相比，有兩個優勢：一是調整手征參數比調節介電參數和磁導率容易，大多數材料的介電參數和磁導率很難在較寬的頻帶上滿足反射要求；二是手征材料的頻率敏感性比介電參數和磁導率小，容易實現寬頻吸波。在實際應用中主要有本征手征物體及結構手征物體兩類，本征手征物體本身的幾何形狀如螺旋線等，使其成為手征物體，結構手征物體各向異性的不同部分與其它成分成一角度關系，從而產生手征行為，結構手征材料可由多層纖維增強材料構成，其中纖維可以是碳纖維、玻璃纖維、凱夫拉纖維等，可將每層的纖維方向看作該層的軸線，將各層纖維材料以角度漸變的方式疊合時，構成結構手征復合材料。
