随着军用光电技术的迅速发展,空中的军事目标面临着日趋严重的光电威胁与红外威胁。各种先进的光电侦察设备和光电制导的空空、地空导弹,都能以其高精度使现代化的飞机难以逃脱。现代军事技术已经达到了“目标只要被发现,就能被命中,只要被命中,就能被摧毁”的水平。因此,要提高军事目标的生存能力,就要降低被探测和发现的概率,这就促使了红外隐身技术的飞速发展。 上个世纪,红外隐身技术经历了探索时期(60年代以前)、技术全面发展时期(60~70年代)和应用时期(80年代至今)。光电隐身技术于70年代末基本完成了基础研究和先期开发工作,并取得了突破性进展,已由基础理论研究阶段进入实用阶段。从80年代开始,先进国家研制的新型飞机、舰船和坦克装甲车辆等已经广泛采用了红外隐身技术。 一、 红外隐身技术原理 红外隐身技术利用屏蔽、低发射率涂料、热抑制等措施,降低或改变目标的红外辐射特征即降低目标的红外辐射强度与特性,从而实现目标的低可探测性。这可通过改进结构设计和应用红外物理原理来衰减、吸收目标的红外辐射能量,使红外探测设备难以探测到目标。 从红外物理学可知,物体红外辐射能量由斯蒂芬-玻尔兹曼定律决定: W=εσT 4 (1) 式中:W为物体的辐射发射能量,σ为玻尔兹曼常数,ε为物体的比辐射率,T为物体的绝对温度。 可见物体辐射红外能量不仅取决于物体的温度,还取决于物体的比辐射率。温度相同的物体,由于比辐射率的不同,而在红外探测器上显示出不同的红外图象。鉴于一般军事目标的辐射都强于背景,所以采用低比辐射率的涂料可显著降低目标的红外辐射能量。另一方面,为降低目标表面的温度,热红外伪装涂料在可见光和近红外还具有较低的太阳能吸收率和一定的隔热能力,以使目标表面的温度尽可能接近背景的温度,从而降低目标和背景的辐射对比度,减小目标的被探测概率。 目标的红外隐身技术应包括三方面内容,一是改变目标的红外辐射特性,即改变目标表面各处的辐射率分布;二是降低目标的红外辐射强度,即通常所说的热抑制技术;三是调节红外辐射的传播途径(包括光谱转换技术)。 1. 改变目标的红外辐射特性 a.改变红外辐射波段:改变红外辐射波段,一是使飞机的红外辐射波段处于红外探测器的响应波段之外;另外是使飞机的红外辐射避开大气窗口而在大气层中被吸收和散射掉。具体技术手段可采用可变红外辐射波长的异型喷管、在燃料中加入特殊的添加剂来改变红外辐射波长。 b. 调节红外辐射的传输过程:通常采用在结构上改变红外辐射的辐射方向。对于直升机来说,由于发动机排气并不产生推力,故其排气方向可任意改变,从而能有效抑制红外威胁方向的红外辐射特征;对于高超音速飞机来说,机体与大气摩擦生热是主要问题之一,可采用冷却的方法,吸收飞机下表面热,再使热向上辐射。 c.模拟背景的红外辐射特征:模拟背景红外辐射特征是通过改变飞机的红外辐射分布状态,使飞机与背景的红外辐射分布状态相协调,从而使飞机的红外图象成为整个背景红外辐射图象的一部分。 d.红外辐射变形:红外辐射变形就是通过改变飞机各部分红外辐射的相对值和相对位置,来改变飞机易被红外成象系统所识别的特定红外图象特征,从而使敌方难以识别。目前主要采用涂料来达到此目的。 2.降低目标红外辐射强度 降低飞机红外辐射强度也就是降低飞机与背景的热对比度,使敌方红外探测器接收不到足够的能量,减少飞机被发现、识别和跟踪的概率。它主要是通过降低辐射体的温度和采用有效的涂料来降低飞机的辐射功率。具体可采用以下几项技术手段:减少散热源、热屏蔽、空气对流散热技术、热废气冷却等。 3.光谱转换 光谱转换技术就是采用在3~5μm和8~14μm波段这两个大气窗口发射率低,而在这两个波段外的中远红外上有高的发射率的涂料,使所保护飞机的红外辐射落在大气窗口以外而被大气吸收和散射掉。 二、红外隐身材料 飞机的红外隐身要涉及到红外隐身材料问题。红外隐身材料具有隔断飞机的红外辐射能力,同时在大气窗口波段内,具有低的红外比辐射率和红外镜面反射率。按照作用原理,红外隐身材料可分为控制比辐射率和控制温度两类。前者主要有:涂料和薄膜;后者主要有:隔热材料、吸热材料和高比辐射率聚合物。 三、 红外隐身技术的应用 1.飞机的红外隐身技术 飞机采用的红外隐身技术主要有: a.发动机喷管采用碳纤维增强的碳复合材料或陶瓷复合材料;喷口安放在机体上方或喷管向上弯曲,利于弹体遮挡红外挡板,在喷口附近安装排气挡板或红外吸收装置,或使飞机采用大角度倾斜的尾翼等遮挡红外辐射;在尾喷管内部表面喷涂低发射率涂料;采用矢量推力二元喷管、S形二元喷管等降低排气温度冷却速度,从而减少排气红外辐射;在燃料中加入添加剂,以抑制和改变喷焰的红外辐射频带,使之处于导弹响应波段之外。如目前国外采用的一种特殊燃料,使飞机尾焰辐射移到5~8μm的大气强损耗波段。 b.采用散热量小的发动机。隐身飞机大多采用涡轮风扇发动机,它与涡轮喷气发动机相比,飞机的平均排气温度降低2000C~2500C,从而使飞机的红外隐身性能得到大大改善。用金属石棉夹层材料对飞机发动机进行隔热,防止发动机热量传给机身。如美国B-2隐身轰炸机采用50%~60%的降温隔热复合材料;F-117则采用了超过30%的新型降温隔热复合材料。 c.在飞机表面涂覆红外涂料,在涂料中加隔热和抗红外辐射成份,以抑制飞机表面温度和抗红外辐射。采用闭合回路冷却系统,这是在隐身飞机上普遍采用的措施,它能把座舱和机载电子设备等产生的热传给燃油,以减少飞机的红外辐射,或把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉。 d.用气溶胶屏蔽发动机尾焰的红外辐射。如将含金属化合物微粒的环氧树脂、聚乙烯树脂等可发泡高分子物质,随气流一起喷出,它们在空气中遇冷便雾化成悬浮泡沫塑料微粒;或将含有易电离的钨、钠、钾、铯等金属粉末喷入发动机尾焰,高温加热形成等离子区;或在飞机尾段受威胁时喷出液态氮,形成环绕尾焰的冷却幕。上述三种方法可有效屏蔽红外辐射,同时还能干扰雷达、激光和可见光侦察设备。 e.降低飞机蒙皮温度。可采用局部冷却或隔热的方法来降低蒙皮温度;也可采用蒙皮温度预热燃油的方法,如美国SR-71高空侦察机,在马赫数大于3时,其壁面温度高达600K,飞机利用这一温度对燃油进行预热,并通过机体结构进行冷却,从而降低了飞机蒙皮温度。 通过采用上述各项技术措施,可把飞机的红外辐射抑制掉90%,使敌方红外探测器从飞机尾部探测飞机的距离缩短为原来的30%,甚至更小。就目前的水平看,飞机的红外隐身技术比较成熟,已达到或接近实用阶段,而且已经开始应用于飞机的设计和制造中。 2.坦克装甲车辆的红外隐身技术 坦克的红外辐射主要来源于发动机及其排出的废气、火炮发射时的炮火、履带与地面摩擦及受阳光照射而产生的热等。坦克装甲车辆的红外辐射抑制措施主要有: a.发动机排气和冷却空气出口只能指向后方,而且不能直指地面,以防扬尘,使排气中粒子杂质含量极低,以减少其热辐射;采用陶瓷绝热发动机,降低坦克的红外辐射强度。 b.采用不同发射率的隐身涂料来构成热红外迷彩,可使大面积热目标分散成许多个小热目标,分割歪曲了目标的热图象,在热像仪屏上各种不规则的亮暗斑点打破了真目标的轮廓,降低目标的显著性,这样即使有一部分的红外能量辐射出去,但由于已改变了目标的热分布状态,热像仪也难以分辨出目标的原来形状,从而增加敌方探测、识别目标的难度。 3. 舰艇的红外隐身技术 军事目标的红外隐身在空中和海上的应用与发展及不平衡,目前舰艇的红外隐身技术才刚刚起步,其作用只能是对现有装备进行小的改进,完成低水平的热抑制,它离实用阶段还有一定距离。为了降低水面舰艇的红外辐射,各国实际采用的措施主要有: a.冷却上升烟道的可见部分; b.冷却排烟,使它尽可能地接近环境温度; c.选取适当材料,用它来吸收3~5μm的红外辐射; d.采用绝缘材料来限制机舱、排气管道及舱内外结构的发热部位; e.对舰桥等上层建筑涂敷红外隐身涂料,这样不仅能减少红外辐射,而且能减少光反射。
知己啊。我也是做光电隐身与伪装的。你的这段文字好象和我的一篇论文的一小小部分是大同小异的。以后多多向您学习啊。哈哈 请继续把这个话题聊下去好不好???
学习中...
to 苦狼:
你的光电隐身与伪装也使用在军事上的吗?民用上有应用吗?
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