电磁散射与隐身技术导论课程报告10

1电磁散射与隐身技术导论课程大作业报告学院：电子工程学院专业：班级：学号：姓名：电子邮件：日期：成绩：指导教师：2隐身导弹的隐身手段隐身技术在现代武器装备上得到了广泛的应用，已成为世界上主要军事强国角逐的军事高科技，特别是雷达隐身技术、激光隐身技术、红外隐身技术等在导弹上得到了越来越广泛的应用。隐身技术是改变武器装备的可探测信息特征,使敌方探测系统不易发现或发现距离缩短的综合性技术。其目的在于减小和控制本身的信号特征使敌方难于早期发现,降低敌方识别和攻击概率,提高装备的生存能力和突防攻击能力。随着遥感探测技术和制导技术的飞速发展,导弹的突防受到了越来越严重的威胁。为了有效地提高导弹的生存能力和突防能力,以美国为首的各军事强国都在积极研究隐身技术,并取得了突破性进展,相继研制出了各种类型的隐身导弹。一、隐身导弹的研究背景隐身导弹是通过隐身技术在导弹上的应用才得以实现，因此，隐身技术是隐身导弹的关键。隐身技术是改变己方武器等目标的各种可探测信息特征，从而降低目标被对方探测系统发现的各种技术统称。具体来说，隐身技术就是通过控制、降低目标的特征信号，使目标难以被发现、识别和攻击的技术。因此，隐身技术也被称为目标特征信号控制技术。导弹的特征信号是由其自身辐射、反射的自然或人为能量所形成的。这种特征信号使得导弹在飞行过程中与其周围境或背景形成鲜明对比，容易被对方所识别和发现，从而受到攻击。采用隐身技术就是为了最大限度地减弱这种特征信号，提高导弹的攻击、突防和自身的生存能力，最大限度地打击敌方和保存自己，从而大大提高作战效能。实践证明，隐身技术的应用可以提高武器系统的总体性能，提高电子战的威力和威慑作用，同时也可以提高军事和经济效益。目前,隐身技术已由研制阶段发展到实用阶段。导弹的隐身技术主要从二个方面考虑:一是避免对方雷达的有效探测;二是避免对方红外探测设备的有效探测。这二方面的考虑在当前的导弹隐身中都得到了不同程度的体现,它们也是当前导弹隐身主要考虑的方面。3二、隐身导弹的手段2.1反雷达探测隐身技术雷达是靠接收目标反射的电磁波来发现目标的。在满足一定的虚警概率和发现概率的条件下,雷达的探测距离有一定范围,雷达隐身实际上就是通过减小探测距离来达到隐身效果的。要减小雷达的最大作用距离,实现目标的雷达隐身,就要通过各种手段来减小目标的RCS。雷达隐身技术是通过减弱、抑制、吸收、偏转目标的雷达回波强度,降低其RCS值,使其在一定范围内难以被敌方雷达识别和发现的技术。目前,降低RCS有以下几种方法:外形隐身技术、雷达吸波材料隐身技术和电磁隐身技术等。2.1.1外形隐身技术在常规的隐身技术中,导弹外形隐身技术是迄今通过降低RCS从而降低被敌方雷达发现概率的最为有效的方法之一。外形隐身技术发展十分迅速,应用十分广泛,目前已成为导弹隐身技术中最重要的技术途径。它的实质就是改进导弹的几何外形将照射到导弹上的雷达波反射到其它方向,使其不能返回,从而使雷达接收机接收不到导弹反射的回波信号。因此,在满足基本战术技术要求的情况下,要综合设计导弹的气动布局和外形,采取多种措施来合理设计导弹外形,以减小、控制或尽可能消除各种增大目标RCS的强反射效应。降低RCS值常用的外形设计准则主要包括:采用翼身融合体、内倾或外倾式单、双垂尾设计等消除产生角反射器效应的外形组合;机/弹体外形采用组合的三维曲度和不断改变的曲率半径,避免长而恒定的曲线,以避免仰视和俯视雷达回波;进气道采用S形、内倾式或背负式等,合理安排进气/排气口,以减弱回波强度;飞行器翼面设计中应合理调整其后掠角、展弦比、根梢4比等参数,以减少散射源和用边缘衍射代替镜面反射;采用保形设计、遮挡技术,减少机体突出物;尽量缩小弹体尺寸。通过以上外形设计,可将RCS值大大降低。据报道,动力装置效能没有重大突破的前提下,可将RCS值减少75%～90%。美国研制的AGM-129A先进隐身巡航导弹,采用光滑大曲率半径流线型弹体和外表光滑尺寸较小的翼身结合体。导弹弹体下部扁平,侧面为圆形,这种形状可避免直角反射体引起的强散射,可消除常规导弹外形存在的弹身与弹翼,弹翼与平尾间的角反射器效应,可大幅度减小侧向散射强度,使弹体不会形成较集中的后向散射。前部为多面体头锥,由四个共点的大后掠面把大量的雷达波能量从前部偏转到其它方向,而不是反射回敌方雷达,从而消除了强反射源,减弱了雷达波的散射强度。尾部三个控制面可折叠成埋入式的低阻构型。AGM-129A进气道位于弹翼后缘下的弹身腹部,采用传统的埋入设计,在离头部三分之二弹身处,前端窄,后端随深度逐渐变宽,雷达对进气口的探测角度范围比常规进气道小,且进气道装有导流片,大大减少了发动机对雷达散射截面积的影响。二维开缝式排气口装在翘起的尾翼下面,喷口放在凹陷处,靠后弹身遮蔽,可躲避敌方战斗机下视雷达的探测。法国的阿帕奇隐身导弹头部采用尖点棱锥形,头部由四个共点的大后掠面组成。由于雷达一般探测范围在导弹水平面±30°的角度内,所以采用大后掠多面体能保证把大量的雷达能量从前部和左部偏转到其它方向,而不是反射回敌方雷达,从而避开了雷达的有效辐射;而增大后掠将增加从前面扇形区偏离出去的能量,因此降低了敌方雷达接收机的探测概率。尖点弹头可以减弱仰视和俯视雷达回波。英国航空航天公司与法国马特拉公司合作研制的风暴前兆隐身巡航导弹,头部呈尖头棱锥形,弹体截面呈圆角矩形,弹身尾端稍有收敛,弹翼为后向折叠的大展弦比上单翼,5有四个尾翼,采用埋入式进气道,外表使用吸波材料。2.1.2材料隐身技术隐身复合材料技术主要指雷达吸波材料、透波材料与导电材料的应用技术。它利用隐身(吸波)复合材料的特殊电磁特性,将入射的电磁波能量转化成热能而耗损掉,以缩减飞行器某些关键部位的雷达回波强度。它是重要的隐身措施之一。隐身复合材料包括涂敷性吸波材料、结构型复合吸波材料及有源吸波材料等。目前国外广泛应用的吸波材料主要有铁氧体、石墨和碳黑等。例如AGM-129A的弹体材料多用吸雷达波能力极强的聚合物复合结构材料,并涂有吸波涂料,其研制出的“超黑粉”纳米吸波材料对雷达波的吸收率高达99%。而阿帕奇隐身导弹的弹体大部分蒙皮均采用碳纤维夹层结构,可使大部分雷达入射波进入夹层后被泡沫材料吸收掉;尾翼用陶瓷吸波材料和小平面散射体使雷达波照射后产生大漫射,不能形成集中回波,吸波涂层在50MHz～50GHz频率范围内具有良好的吸波性能;双垂尾翼既有助于消除横向散射波,也可对发动机较强的红外辐射源起某种遮挡和隔热作用。日本的ASM-2空舰导弹在弹体和翼面上表面就涂有2.5mm铁氧体吸波涂层,其涡喷发动机的某些零件使用的是陶瓷磁性材料,对电磁波的吸收率达到99.2%。吸波结构材料既可以作为受力部件,又具有优良的电磁波吸收性能。ASM-1空舰导弹的弹翼和尾翼采用铁氧体玻璃钢隐身材料,不仅质轻,而且强度和刚度都高。正在开发的吸波材料有碱盐、含氰酸盐和导电聚苯胺透明吸波材料、新型吸波塑料、等离子体吸波涂料等涂层型吸波材料。2.1.3电磁隐身技术电磁隐身主要包括三个方面:一是抑制导弹内部电子元器件向外辐射电磁6波的可能性;二是采用比较隐蔽的制导方式(如红外制导、被动雷达制导、电视制导等),尽量减小导弹的电磁波辐射能量。例如,美国的斯拉姆等导弹都采用红外制导技术,俄罗斯的Х-59М则采用电视制导,俄罗斯的SS-N-22白蛉导弹既可采用被动雷达制导方式,又可与主动制导雷达相结合。另外,通过减少末制导雷达开机暴露的时间也可以达到隐身的效果。例如,俄罗斯的宝石导弹,末制导雷达第一次在远距离开机确定目标位置,到近距离再次开机制导导弹攻击。不但能有效地缩短雷达波暴露时间,还能提高导弹搜捕目标的能力。2.2红外隐身技术红外隐身技术通过降低或改变目标的红外辐射特征,实现低可探测性。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。导弹的红外辐射源主要来自发动机本身的热辐射、尾喷管喷出的高温尾焰、武器系统表面气动加热、对环境辐射的反射等。抑制红外辐射的技术主要包括:红外外形隐身技术、红外隐身涂料技术和发动机红外抑制技术。2.2.1红外外形隐身技术红外外形隐身技术是指通过目标的外形设计来遮蔽红外辐射或改变红外辐射方向,在采用低辐射发动机的同时,改变发动机及其喷管的外形结构,利用兼顾低辐射与动力要求的外形,来大大抑制其红外辐射程度AGM-129采用二维开缝式排气口装在翘起的尾翼下面,喷口放在凹陷处,靠后弹身遮蔽红外辐射,并在尾喷口安装鱼鳞门与旁路散热器,在尾喷管的扩散段安装空气冷却导流板等措施。72.2.2红外隐身材料技术红外隐身材料是当今较为活跃的研究领域,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。控制比辐射率的红外隐身材料主要有涂料和薄膜两类。涂料一般是采用具有较低发射率的涂料,以降低导弹的红外辐射能量,且涂料还应具有较低的太阳能吸收率和一定隔热能力,以免飞行器表面吸热升温,并防止有过多热红外波段能量辐射出去。红外隐身薄膜的优点是红外比辐射率低、厚度小、质量轻。一般采用真空镀膜方法,膜层厚度小于1μm。分为金属膜、半导体膜、电介质膜、金属多层膜、类金刚石膜五种。控制温度的红外隐身材料包括隔热材料、吸热材料和高比辐射率聚合物。隔热材料可由泡沫塑料、粉末、镀金属塑料膜等组成,用来阻隔装备发出的热量使之难于外传,从而降低装备的红外辐射强度,有微孔结构材料和多层结构材料两类,泡沫塑料能储存飞行器发出的热量,镀金属塑料薄膜能有效地反射飞行器发出的红外辐射;吸热材料利用高焰值、高熔融热、高相变热储热材料的可逆过程,把热辐射源的温度—时间曲线拉平,有利于减少升温引起的红外辐射增强;高比辐射率聚合物涂层施加在气动加热升温的飞行器表面上,在气动加热达到的温度范围内涂层具有高的比辐射率,使飞行器具有最大的辐射散热能力,使表面温度能迅速降下来,而在室温则具有低的比辐射率。对于弹道导弹,在其再入大气层时,因剧烈气动加热、头部烧蚀及周围空气电离而形成的电离层尾迹能产生很强的电磁辐射,所以再入段气动加热是其红外隐身的重点。为减小辐射,美、俄等国都研制了采用添加易电离材料的推进剂的小型固体火箭发动机,通过控制推进剂配方,使发动机喷焰产生的电离尾迹的电磁辐射强度与真弹头的相近,以保护真弹头突防。另据报道,美国在8核弹头上还采用了球形隐身罩和灰体涂层,使弹头在中段和再入段具有多种隐身功能。2.2.3发动机红外抑制技术红外辐射的能量与温度的四次方成正比关系,故温度的小幅度增加就会带来红外辐射强度的大幅度增加。导弹发动机是典型的强红外辐射源,改进导弹的发动机、降低其尾焰温度及其空间分布是导弹实现红外隐身的重点,因此隐身导弹常选用具有低红外辐射的涡扇发动机,它的排气温度远低于常用的涡喷发动机,前者约为315℃,而后者高达730℃左右。新一代的美国隐身导弹如AGM-86、AGM-129A、AGM-136A以及战术战斧导弹等均采用了涡扇发动机。此外还可通过发动机附近用隔热材料(如钛)制造、用陶瓷材料制成的涂料敷在发动机腔体外部散射红外辐射、在燃油中加入某些添加剂等途径来抑制发动机的红外辐射。在燃油中掺入添加剂,在喷焰中加入吸收剂和冷却剂,一方面改变红外辐射频段,另一方面通过尾气与大气的迅速混合及冷却剂的作用,达到快速降温而降低辐射强度的目的。三、导弹隐身技术的发展趋势鉴于隐身技术对作战的重大影响,对于未来的高技术战争而言,隐身技术将得到大量应用,世界上将有越来越多的国家重视和发展隐身技术。因此,隐身技术必将在现有基础上取得进一步发展。3.1进一步扩展隐身频段目前,隐身技术主要是针对厘米波雷达的,但对其它波段的雷达隐身性能并不好。随着反隐身技术的发展,防空雷达的工作频段正向毫米波、亚毫米波、红外、激光和米波段扩展。因此,隐身频段也必须进行相应的扩展,才能够很好地兼顾全频段隐身效果。如不断开发新型的宽频带吸波涂料和结构材料,研制宽频带干扰机等。93.2加强特征测量技术为了有效地控制目标的信息特征,必须详尽地研究目标的信息特征,因此需进一步重