徐 飛，李銑鑌

(海軍研究院，北京 100161)

0 引 言

雷達(dá)探測(cè)技術(shù)具有全天時(shí)、全天候的探測(cè)特點(diǎn)，一直為當(dāng)前軍事領(lǐng)域遠(yuǎn)程非合作目標(biāo)特征獲取、識(shí)別的主要手段,是戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知的最前端，具備區(qū)域警戒、遠(yuǎn)程目標(biāo)搜索等諸多優(yōu)勢(shì)，是綜合作戰(zhàn)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(duì)抗敵方綜合探測(cè)體系，提高本艦的生存性能力，而在當(dāng)前已知的所有目標(biāo)特性探測(cè)制導(dǎo)手段中，雷達(dá)探測(cè)制導(dǎo)是致使艦船被遠(yuǎn)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(wèi)系統(tǒng)，但是通過(guò)降低全艦雷達(dá)波散射截面提升全艦雷達(dá)波隱身能力是實(shí)現(xiàn)全艦電子對(duì)抗效能最為重要、直接的手段之一[1–3]。

目前，各國(guó)海軍結(jié)合戰(zhàn)術(shù)使用、艦船目標(biāo)散射特征、海洋環(huán)境特性對(duì)艦船的雷達(dá)波隱身性設(shè)計(jì)及作戰(zhàn)使用進(jìn)行規(guī)范，形成以隱身外形為主，局部應(yīng)用吸波材料的艦船雷達(dá)波隱身技術(shù)途徑，但是面對(duì)雷達(dá)探測(cè)制導(dǎo)技術(shù)的不斷發(fā)展，艦船對(duì)雷達(dá)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(dá)波隱身技術(shù)途徑將是進(jìn)一步提升艦船的雷達(dá)波隱身性能的重要手段[4–7]。

1 材料技術(shù)的應(yīng)用特點(diǎn)

海軍應(yīng)用雷達(dá)波隱身技術(shù)起源較早，二戰(zhàn)時(shí)期，德國(guó)就有在U型潛艇潛望上涂敷吸波材料來(lái)提高潛艇隱蔽的先例。盡管海軍應(yīng)用雷達(dá)波隱身技術(shù)起源早，但是真正起步并進(jìn)行實(shí)用化也只是近幾十年的事，目前艦船雷達(dá)波隱身技術(shù)主要分為兩類(lèi)，一類(lèi)是外形隱身技術(shù)，通過(guò)隱身外形構(gòu)建弱散射區(qū)域的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)艦船在水平方位的雷達(dá)波隱身性，一類(lèi)是材料技術(shù)，直接利用材料的電磁特性吸收或者偏折入射的電磁波來(lái)減小艦船雷達(dá)波后向散射的強(qiáng)度。雷達(dá)波外形隱身技術(shù)是雷達(dá)波隱身技術(shù)中性價(jià)比較高的隱身技術(shù)，一旦設(shè)計(jì)完成基本惡化不需要后期維護(hù)，但是應(yīng)用條件受總體制約較大。材料技術(shù)由于具備隱身效果優(yōu)異、應(yīng)用條件簡(jiǎn)單等特點(diǎn)，在一些不適合外形隱身設(shè)計(jì)，但是卻需要進(jìn)行雷達(dá)波隱身的區(qū)域往往采用涂敷吸波材料的方式加以控制，同時(shí)使用隱身材料所帶來(lái)的后期維護(hù)問(wèn)題也是在應(yīng)用材料技術(shù)的過(guò)程中不得不加以重視的問(wèn)題，目前，在艦船雷達(dá)波隱身設(shè)計(jì)中，隱身材料主要作為艦船外形隱身技術(shù)的補(bǔ)充手段進(jìn)行運(yùn)用。艦船雷達(dá)波材料技術(shù)根據(jù)其雷達(dá)波隱身機(jī)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(fù)合材料。

1）損耗型吸波材料

損耗型吸波材料主要通過(guò)涂料內(nèi)部的金屬微粒、鐵氧體等對(duì)入射雷達(dá)波進(jìn)行吸收，將其轉(zhuǎn)化為熱能來(lái)降低雷達(dá)波的反射；艦船雷達(dá)波隱身中，損耗型吸波材料使用至今也有十多年的歷史，長(zhǎng)期的使用過(guò)程中對(duì)艦船的雷達(dá)波隱身發(fā)展起到重要的促進(jìn)作用，同時(shí)也積累了大量的經(jīng)驗(yàn)，損耗型吸波材料是目前艦用吸波材料應(yīng)用方面較為成熟的技術(shù)，但是在應(yīng)用方面也暴露出一些問(wèn)題，比如施工周期長(zhǎng)、涂覆工藝復(fù)雜等，另外由于艦船長(zhǎng)期處于高溫、高濕、高鹽的海洋環(huán)境中，“三高”海洋環(huán)境往往會(huì)導(dǎo)致艦用吸波材料流掛、脫落，特別是當(dāng)吸波材料破損后流掛、脫落現(xiàn)象特備明顯，因此對(duì)于艦用吸波材料除關(guān)注其雷達(dá)波吸波性能外，其耐環(huán)境性能也是評(píng)價(jià)艦用吸波材料的重要指標(biāo)之一。

2）諧振型材料

諧振型材料主要通過(guò)在基板上構(gòu)建周期性結(jié)構(gòu)將入射雷達(dá)波偏折到其他方向上或者對(duì)電磁波進(jìn)行吸收，實(shí)現(xiàn)后向雷達(dá)波散射減小。從已檢測(cè)過(guò)的實(shí)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(nèi)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(rèn)為一般應(yīng)用條件下與損耗型吸波材料水平相當(dāng)，而對(duì)于以鏡面散射為主的散射源，則可認(rèn)為諧振型材料優(yōu)于損耗型吸波材料。根據(jù)電磁場(chǎng)理論，金屬受到電磁波照射后，表面將生成大量的感應(yīng)電流元，感應(yīng)電流元在自由空間激發(fā)電磁場(chǎng)，電磁場(chǎng)在自由空間相位疊加后就形成金屬的雷達(dá)回波。諧振型材料的原理就是通過(guò)在金屬表面構(gòu)建大量周期性微結(jié)構(gòu)，形成規(guī)律性分布的感應(yīng)電流元，改變自由空間中電磁波的最大疊加方向。

在實(shí)際使用過(guò)程中通常會(huì)將諧振型材料密封在具有高透波性的玻璃鋼材質(zhì)中，避免了材料本身與外界的接觸，有效地解決材料對(duì)環(huán)境的適應(yīng)性問(wèn)題，另外諧振型材料在設(shè)計(jì)過(guò)程中要防止可能出現(xiàn)的不利于隱身的柵瓣的問(wèn)題，同時(shí)諧振型材料的工作原理決定其單層設(shè)計(jì)很難在較寬的頻帶內(nèi)實(shí)現(xiàn)其吸波特性，為達(dá)到擴(kuò)展帶寬的目的，通常采用多層疊加的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)，這將難以避免增加材料的厚度。但從技術(shù)的發(fā)展看，普通損耗型吸波材料基本已到極限，而隨著技術(shù)進(jìn)步，諧振型材料設(shè)計(jì)則還有進(jìn)一步優(yōu)化電磁結(jié)構(gòu)以提高性能的可能。

3）參雜型復(fù)合材料

參雜型復(fù)合材料主要是在玻璃鋼等高透波性能材料的基礎(chǔ)上，將雷達(dá)波吸收劑參雜到材料的內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)材料力學(xué)性能和吸波性能的一體化。一方面，雷達(dá)波吸收劑參雜于材料內(nèi)部，能夠有效避免與外部環(huán)境直接接觸，優(yōu)化了吸收劑材料對(duì)海洋環(huán)境的適應(yīng)性，后期維護(hù)簡(jiǎn)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(qiáng)度，在艦面對(duì)力學(xué)性能要求不高的部位可作為結(jié)構(gòu)件使用。參雜型復(fù)合材料將雷達(dá)波吸收劑參雜于玻璃鋼等材質(zhì)中，即降低后期對(duì)于材料本身電性能的維護(hù)，同時(shí)又可以作為結(jié)構(gòu)件使用，減輕對(duì)全艦直接涂敷吸波材料帶來(lái)的增重壓力，對(duì)全艦大面積使用吸波材料實(shí)現(xiàn)全空域的雷達(dá)波散射截面減縮提供解決方案。

2 總結(jié)與展望

材料技術(shù)在艦船雷達(dá)波隱身中的應(yīng)用而言，任何材料在保證優(yōu)良的電性能的同時(shí)都面臨著一些其他方面的限制條件，沒(méi)有所謂的完美材料技術(shù)能夠一次解決所有問(wèn)題。材料技術(shù)是艦船實(shí)現(xiàn)雷達(dá)波隱身的重要途徑，在需求決定牽引的艦船雷達(dá)波隱身設(shè)計(jì)中，最大限度發(fā)揮材料的優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，同時(shí)通過(guò)其他技術(shù)途徑彌補(bǔ)其不足，是艦船雷達(dá)波隱身設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)。目前，直接涂敷于艦面的損耗型吸波材料仍然是現(xiàn)階段減縮艦船雷達(dá)散射截面的最常用的手段，諧振型材料則是具備實(shí)現(xiàn)比損耗型吸波材料更高吸收率的發(fā)展?jié)摿Γ鴧㈦s型復(fù)合材料具備的力學(xué)性能與電性能兼容的特性則是對(duì)于吸波材料大面積艦面應(yīng)用實(shí)現(xiàn)艦船全空域雷達(dá)散射截面減縮具有重要的意義。隨著未來(lái)對(duì)艦船雷達(dá)波隱身的要求越來(lái)越高，具有結(jié)構(gòu)功能一體化特性，同時(shí)能夠降低對(duì)材料的維護(hù)要求的參雜型復(fù)合材料將是艦用雷達(dá)波吸波材料的發(fā)展趨勢(shì)。

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