舰用雷达波隐身材料的应用及发展

徐 飞，李铣镔

(海军研究院，北京 100161)

0 引 言

雷达探测技术具有全天时、全天候的探测特点，一直为当前军事领域远程非合作目标特征获取、识别的主要手段,是战场态势感知的最前端，具备区域警戒、远程目标搜索等诸多优势，是综合作战体系的核心组成之一。水面舰船作为海军力量的前沿存在，要求具备对抗敌方综合探测体系，提高本舰的生存性能力，而在当前已知的所有目标特性探测制导手段中，雷达探测制导是致使舰船被远距离攻击的主要威胁之一。虽然舰船为提升其生存能力，装备多重武器防卫系统，但是通过降低全舰雷达波散射截面提升全舰雷达波隐身能力是实现全舰电子对抗效能最为重要、直接的手段之一[1–3]。

目前，各国海军结合战术使用、舰船目标散射特征、海洋环境特性对舰船的雷达波隐身性设计及作战使用进行规范，形成以隐身外形为主，局部应用吸波材料的舰船雷达波隐身技术途径，但是面对雷达探测制导技术的不断发展，舰船对雷达波隐身性能的要求将不断提高，而以隐身外形、隐身材料并重的舰船雷达波隐身技术途径将是进一步提升舰船的雷达波隐身性能的重要手段[4–7]。

1 材料技术的应用特点

海军应用雷达波隐身技术起源较早，二战时期，德国就有在U型潜艇潜望上涂敷吸波材料来提高潜艇隐蔽的先例。尽管海军应用雷达波隐身技术起源早，但是真正起步并进行实用化也只是近几十年的事，目前舰船雷达波隐身技术主要分为两类，一类是外形隐身技术，通过隐身外形构建弱散射区域的方式来实现舰船在水平方位的雷达波隐身性，一类是材料技术，直接利用材料的电磁特性吸收或者偏折入射的电磁波来减小舰船雷达波后向散射的强度。雷达波外形隐身技术是雷达波隐身技术中性价比较高的隐身技术，一旦设计完成基本恶化不需要后期维护，但是应用条件受总体制约较大。材料技术由于具备隐身效果优异、应用条件简单等特点，在一些不适合外形隐身设计，但是却需要进行雷达波隐身的区域往往采用涂敷吸波材料的方式加以控制，同时使用隐身材料所带来的后期维护问题也是在应用材料技术的过程中不得不加以重视的问题，目前，在舰船雷达波隐身设计中，隐身材料主要作为舰船外形隐身技术的补充手段进行运用。舰船雷达波材料技术根据其雷达波隐身机理及工艺不同，可以分为损耗型吸波材料、谐振型材料、参杂型复合材料。

1）损耗型吸波材料

损耗型吸波材料主要通过涂料内部的金属微粒、铁氧体等对入射雷达波进行吸收，将其转化为热能来降低雷达波的反射；舰船雷达波隐身中，损耗型吸波材料使用至今也有十多年的历史，长期的使用过程中对舰船的雷达波隐身发展起到重要的促进作用，同时也积累了大量的经验，损耗型吸波材料是目前舰用吸波材料应用方面较为成熟的技术，但是在应用方面也暴露出一些问题，比如施工周期长、涂覆工艺复杂等，另外由于舰船长期处于高温、高湿、高盐的海洋环境中，“三高”海洋环境往往会导致舰用吸波材料流挂、脱落，特别是当吸波材料破损后流挂、脱落现象特备明显，因此对于舰用吸波材料除关注其雷达波吸波性能外，其耐环境性能也是评价舰用吸波材料的重要指标之一。

2）谐振型材料

谐振型材料主要通过在基板上构建周期性结构将入射雷达波偏折到其他方向上或者对电磁波进行吸收，实现后向雷达波散射减小。从已检测过的实用谐振型材料看，与损耗型吸波材料相比，谐振型材料在较窄波段内垂直入射隐身性能较好，而斜入射、耦合、宽频带等条件下性能稍弱，可以认为一般应用条件下与损耗型吸波材料水平相当，而对于以镜面散射为主的散射源，则可认为谐振型材料优于损耗型吸波材料。根据电磁场理论，金属受到电磁波照射后，表面将生成大量的感应电流元，感应电流元在自由空间激发电磁场，电磁场在自由空间相位叠加后就形成金属的雷达回波。谐振型材料的原理就是通过在金属表面构建大量周期性微结构，形成规律性分布的感应电流元，改变自由空间中电磁波的最大叠加方向。

在实际使用过程中通常会将谐振型材料密封在具有高透波性的玻璃钢材质中，避免了材料本身与外界的接触，有效地解决材料对环境的适应性问题，另外谐振型材料在设计过程中要防止可能出现的不利于隐身的栅瓣的问题，同时谐振型材料的工作原理决定其单层设计很难在较宽的频带内实现其吸波特性，为达到扩展带宽的目的，通常采用多层叠加的方式来实现，这将难以避免增加材料的厚度。但从技术的发展看，普通损耗型吸波材料基本已到极限，而随着技术进步，谐振型材料设计则还有进一步优化电磁结构以提高性能的可能。

3）参杂型复合材料

参杂型复合材料主要是在玻璃钢等高透波性能材料的基础上，将雷达波吸收剂参杂到材料的内部，实现材料力学性能和吸波性能的一体化。一方面，雷达波吸收剂参杂于材料内部，能够有效避免与外部环境直接接触，优化了吸收剂材料对海洋环境的适应性，后期维护简单；另一方面作为基材的玻璃钢具备一定的弯曲、拉伸及层间剪切强度，在舰面对力学性能要求不高的部位可作为结构件使用。参杂型复合材料将雷达波吸收剂参杂于玻璃钢等材质中，即降低后期对于材料本身电性能的维护，同时又可以作为结构件使用，减轻对全舰直接涂敷吸波材料带来的增重压力，对全舰大面积使用吸波材料实现全空域的雷达波散射截面减缩提供解决方案。

2 总结与展望

材料技术在舰船雷达波隐身中的应用而言，任何材料在保证优良的电性能的同时都面临着一些其他方面的限制条件，没有所谓的完美材料技术能够一次解决所有问题。材料技术是舰船实现雷达波隐身的重要途径，在需求决定牵引的舰船雷达波隐身设计中，最大限度发挥材料的优势特点，同时通过其他技术途径弥补其不足，是舰船雷达波隐身设计的出发点。目前，直接涂敷于舰面的损耗型吸波材料仍然是现阶段减缩舰船雷达散射截面的最常用的手段，谐振型材料则是具备实现比损耗型吸波材料更高吸收率的发展潜力，而参杂型复合材料具备的力学性能与电性能兼容的特性则是对于吸波材料大面积舰面应用实现舰船全空域雷达散射截面减缩具有重要的意义。随着未来对舰船雷达波隐身的要求越来越高，具有结构功能一体化特性，同时能够降低对材料的维护要求的参杂型复合材料将是舰用雷达波吸波材料的发展趋势。

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[2]黄槐.制导雷达技术[M].北京: 电子工业出版社.2008.

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