艦用雷達波隱身材料的應用及發展

徐 飛，李銑鑌

(海軍研究院，北京 100161)

0 引 言

雷達探測技術具有全天時、全天候的探測特點，一直為當前軍事領域遠程非合作目標特征獲取、識別的主要手段,是戰場態勢感知的最前端，具備區域警戒、遠程目標搜索等諸多優勢，是綜合作戰體系的核心組成之一。水面艦船作為海軍力量的前沿存在，要求具備對抗敵方綜合探測體系，提高本艦的生存性能力，而在當前已知的所有目標特性探測制導手段中，雷達探測制導是致使艦船被遠距離攻擊的主要威脅之一。雖然艦船為提升其生存能力，裝備多重武器防衛系統，但是通過降低全艦雷達波散射截面提升全艦雷達波隱身能力是實現全艦電子對抗效能最為重要、直接的手段之一[1–3]。

目前，各國海軍結合戰術使用、艦船目標散射特征、海洋環境特性對艦船的雷達波隱身性設計及作戰使用進行規范，形成以隱身外形為主，局部應用吸波材料的艦船雷達波隱身技術途徑，但是面對雷達探測制導技術的不斷發展，艦船對雷達波隱身性能的要求將不斷提高，而以隱身外形、隱身材料并重的艦船雷達波隱身技術途徑將是進一步提升艦船的雷達波隱身性能的重要手段[4–7]。

1 材料技術的應用特點

海軍應用雷達波隱身技術起源較早，二戰時期，德國就有在U型潛艇潛望上涂敷吸波材料來提高潛艇隱蔽的先例。盡管海軍應用雷達波隱身技術起源早，但是真正起步并進行實用化也只是近幾十年的事，目前艦船雷達波隱身技術主要分為兩類，一類是外形隱身技術，通過隱身外形構建弱散射區域的方式來實現艦船在水平方位的雷達波隱身性，一類是材料技術，直接利用材料的電磁特性吸收或者偏折入射的電磁波來減小艦船雷達波后向散射的強度。雷達波外形隱身技術是雷達波隱身技術中性價比較高的隱身技術，一旦設計完成基本惡化不需要后期維護，但是應用條件受總體制約較大。材料技術由于具備隱身效果優異、應用條件簡單等特點，在一些不適合外形隱身設計，但是卻需要進行雷達波隱身的區域往往采用涂敷吸波材料的方式加以控制，同時使用隱身材料所帶來的后期維護問題也是在應用材料技術的過程中不得不加以重視的問題，目前，在艦船雷達波隱身設計中，隱身材料主要作為艦船外形隱身技術的補充手段進行運用。艦船雷達波材料技術根據其雷達波隱身機理及工藝不同，可以分為損耗型吸波材料、諧振型材料、參雜型復合材料。

1）損耗型吸波材料

損耗型吸波材料主要通過涂料內部的金屬微粒、鐵氧體等對入射雷達波進行吸收，將其轉化為熱能來降低雷達波的反射；艦船雷達波隱身中，損耗型吸波材料使用至今也有十多年的歷史，長期的使用過程中對艦船的雷達波隱身發展起到重要的促進作用，同時也積累了大量的經驗，損耗型吸波材料是目前艦用吸波材料應用方面較為成熟的技術，但是在應用方面也暴露出一些問題，比如施工周期長、涂覆工藝復雜等，另外由于艦船長期處于高溫、高濕、高鹽的海洋環境中，“三高”海洋環境往往會導致艦用吸波材料流掛、脫落，特別是當吸波材料破損后流掛、脫落現象特備明顯，因此對于艦用吸波材料除關注其雷達波吸波性能外，其耐環境性能也是評價艦用吸波材料的重要指標之一。

2）諧振型材料

諧振型材料主要通過在基板上構建周期性結構將入射雷達波偏折到其他方向上或者對電磁波進行吸收，實現后向雷達波散射減小。從已檢測過的實用諧振型材料看，與損耗型吸波材料相比，諧振型材料在較窄波段內垂直入射隱身性能較好，而斜入射、耦合、寬頻帶等條件下性能稍弱，可以認為一般應用條件下與損耗型吸波材料水平相當，而對于以鏡面散射為主的散射源，則可認為諧振型材料優于損耗型吸波材料。根據電磁場理論，金屬受到電磁波照射后，表面將生成大量的感應電流元，感應電流元在自由空間激發電磁場，電磁場在自由空間相位疊加后就形成金屬的雷達回波。諧振型材料的原理就是通過在金屬表面構建大量周期性微結構，形成規律性分布的感應電流元，改變自由空間中電磁波的最大疊加方向。

在實際使用過程中通常會將諧振型材料密封在具有高透波性的玻璃鋼材質中，避免了材料本身與外界的接觸，有效地解決材料對環境的適應性問題，另外諧振型材料在設計過程中要防止可能出現的不利于隱身的柵瓣的問題，同時諧振型材料的工作原理決定其單層設計很難在較寬的頻帶內實現其吸波特性，為達到擴展帶寬的目的，通常采用多層疊加的方式來實現，這將難以避免增加材料的厚度。但從技術的發展看，普通損耗型吸波材料基本已到極限，而隨著技術進步，諧振型材料設計則還有進一步優化電磁結構以提高性能的可能。

3）參雜型復合材料

參雜型復合材料主要是在玻璃鋼等高透波性能材料的基礎上，將雷達波吸收劑參雜到材料的內部，實現材料力學性能和吸波性能的一體化。一方面，雷達波吸收劑參雜于材料內部，能夠有效避免與外部環境直接接觸，優化了吸收劑材料對海洋環境的適應性，后期維護簡單；另一方面作為基材的玻璃鋼具備一定的彎曲、拉伸及層間剪切強度，在艦面對力學性能要求不高的部位可作為結構件使用。參雜型復合材料將雷達波吸收劑參雜于玻璃鋼等材質中，即降低后期對于材料本身電性能的維護，同時又可以作為結構件使用，減輕對全艦直接涂敷吸波材料帶來的增重壓力，對全艦大面積使用吸波材料實現全空域的雷達波散射截面減縮提供解決方案。

2 總結與展望

材料技術在艦船雷達波隱身中的應用而言，任何材料在保證優良的電性能的同時都面臨著一些其他方面的限制條件，沒有所謂的完美材料技術能夠一次解決所有問題。材料技術是艦船實現雷達波隱身的重要途徑，在需求決定牽引的艦船雷達波隱身設計中，最大限度發揮材料的優勢特點，同時通過其他技術途徑彌補其不足，是艦船雷達波隱身設計的出發點。目前，直接涂敷于艦面的損耗型吸波材料仍然是現階段減縮艦船雷達散射截面的最常用的手段，諧振型材料則是具備實現比損耗型吸波材料更高吸收率的發展潛力，而參雜型復合材料具備的力學性能與電性能兼容的特性則是對于吸波材料大面積艦面應用實現艦船全空域雷達散射截面減縮具有重要的意義。隨著未來對艦船雷達波隱身的要求越來越高，具有結構功能一體化特性，同時能夠降低對材料的維護要求的參雜型復合材料將是艦用雷達波吸波材料的發展趨勢。

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[2]黃槐.制導雷達技術[M].北京: 電子工業出版社.2008.

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[4]Jane’s Radar and Electronic Warfare Systems.

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