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1、尖端科技智能隐身材料的研究现状及发展趋势隐身的根本目的是尽可能的降低目标和背景的可探测特征的差别，使两者一致或接近。然而，相对于目标而言，背景是十分复杂并且不断变化的，所以使用一成不变的隐身技术手段很难做到这一点。2 0 世纪 8 0 年代中期，人们提出了智能材料的概念。智能材料是一种能从自身表层或内部获取关于环境条件及其变化信息，进行判断、处理和做出反应，以改变自身结构与功能并使其很好地与外界协调，具有自适应性的材料系统。智能材料的问世，标志并宣告了第五代新材料的诞生，在武器装备隐身化和新军事变革的大背景下，智能隐身材料也因此得到了各国的高度重视。一、智能隐身材料的基本内涵及隐身原理摘 要：
2、武器装备和人员的隐身对保存战斗力至关重要。智能隐身是隐身的一个重要方面。而智能材料是实现智能隐身的决定因素。文章概述了智能隐身材料的研究现状，并对可见光、红外、雷达智能隐身材料和智能蒙皮做了简要的介绍，最后对智能隐身材料的发展趋势进行展望。关健词：智能隐身材料智能蒙皮中图分类号：E 9 1 9文献标识码：A文章编号：1 6 7 1-4 5 4 7（2 0 0 8）0 3-0 0 0 7-0 5智能隐身材料的研究现状及发展趋势T h eS t a t u sq u oa n dD e v e l o p me n t o f I n t e l l i g e n t S t e a l t h
3、Ma t e r i a l s黄亮姜涛作者简介：黄亮，男，9 3 0 4 6 部队，1 1 0 1 4 1姜涛，男，硕士研究生，电子工程学院，2 3 0 0 3 77国防科技2 0 0 8 年第 3 期第 2 9 卷第 3 期智能隐身材料是伴随着智能材料的发展而发展起来的一种功能材料，它可以感知目标和周围环境的温度变化，对感知的信息进行处理，可通过自我指令对信号作出最佳响应，具有很强的环境自适应能力。智能隐身材料能感知和分析从不同方位到达的电磁波或光波特性，并作出最佳响应，以达到隐身的目的。智能隐身材料是智能材料与隐身材料的有机结合，这种结合大大提高了隐身材料的功能，使其具有了智能材料的感知
4、、回馈、控制、执行能力，使目标混杂于环境中难以分辨，从而实现在各种环境中隐身的目的。智能隐身材料是一种系统。整个智能隐身材料系统可以分为三个子系统：信号采集子系统、信号处理与控制子系统和目标可探测特征生成子系统，基本原理如图 1 所示。图 1智能隐身材料系统原理图信号采集子系统主要由传感器和信号处理器构成，可分别采集目标和背景的光电特征信号(光学、红外或雷达波段)；信号处理与控制子系统是中央控制系统，主要由微处理器和 A/D转换器构成，对采集信号进行分析处理与比较，根据背景的光电特征信号，对目标的可探测特征生成系统发出工作指令，并对其工作状态进行监控；目标可探测特征生成子系统是体现自适应隐身的
5、功能主体，主要由功能材料构成，通过接受控制系统的指令进行工作。二、智能隐身材料1.可见光智能隐身材料随着军事技术的发展，可见光成像制导系统发现、跟踪、拦截目标的能力越来越强，各种武器装备所面临的威胁日趋严重。各国军事专家积极探索和研究，希望利用智能隐身材料制成的涂层，达到真正意义上的“变色龙”隐身。美国奥本大学和空军怀特实验室利用智能隐身材料研制的直升机旋翼，可以使其隐身能力提高 2 0 倍。最近，美国空军又研究了一种能吸收雷达波的聚苯胺基复合材料，可用于调节飞机蒙皮的亮度和颜色，它是通过安装在飞机各个侧面的可见光传感器控制它的光电等特性：在不加电时，它是透光的；在加电时，可同时改变亮度和颜色
6、。使用这种蒙皮的飞机，在飞行中从上往下看，它的上部颜色与它下面地表的主体颜色相近；从下往上看，它的底部颜色与天空背景一致；而且蒙皮加电时，能散射雷达波，使跟踪雷达的探测距离缩短一半以上。美国佛罗里达大学研制出一种电致变色聚合物材料，将这种材料制成薄板覆盖在目标表面，板在加电时能发光并改变颜色，在不同电压的控制下会发出蓝、灰、白等不同颜色的光，必要时还可产生浓淡不同的色调，以便与天空的色调相一致，所以能够消除目标与背景的色差。美军纳蒂克研究、开发与工程中心正在研究一种高技术迷彩布料自动变色布料。通过装在衣服上的微传感器的作用，电激活染料或利用可产生动态视觉迷彩的生物技术，使这种布料可随不同地面或
7、背景的变化而自动变色。英国科学家研制出了一种新型热敏化学隐身材料，该材料能在 2 8 时变成红色，3 3 时变为蓝色，低温时变为黑色，在 2 0 1 0 0 条件下具有色彩的全光谱变化性能。美国研制了一种可见光伪装智能材料，在聚氨酯分子中嵌入具有高活性的丁二炔链段，8在一定的条件下，丁二炔发生聚合反应，生成聚丁二炔，并且形成具有自由电子的共轭结构，从而改变了整个材料的颜色和色强度。在此基础上，在材料系统中加入传感器和控制器，使用带有 S i C光探测器的窄带通滤波器可以识别环境的波长和光强度，再将输出信号经模拟/数字转换器传输给微处理器进行识别和数据处理，并发出控制指令以改变材料的颜色和色强（
8、模/数）度，从而达到隐身的效果。美国 C l e m s o n 大学和 G e o g i a 理工学院等单位近年来正在探索一种利用光导纤维与变色染料相结合的技术。这种技术通过在光纤中掺入变色染料或改变光纤的表面涂层材料，来自动控制纤维的颜色。美国军方认为采用这种技术，可以实现服装颜色的自动变化。2 0 0 0 年，俄军对电致变色吸波薄膜等视频隐形技术进行了研究，发现这种薄膜不但具备吸波能力，而且能使炮身颜色与地面背景协调，实现武器装备的隐身。2.红外智能隐身材料随着红外探测技术的不断进步，目前的单一的红外伪装越来越不能适应现代战场的需要。对红外隐身材料的研究也在不断的进步，一些新的红外智能
9、隐身系统也进入人们的视野。1 9 9 5 年，P.C h a n d r a s e k h a r 对导电高分子电致变色材料的红外发射性能进行研究，发现在中远红外宽频范围(0.4 m 4 5 m)具有可控的红外发射率变化(0.3 0.7)，以适应背景的红外发射率，实现红外伪装。2 0 0 2 年，美国豪科莫尔公司研制的第二代变色龙服装 M K I I，由“I n t r i g u e”材料经激光缝合而成，与前一代“g h i l l i e”相比，质量更轻，穿脱迅速，能反射红外线，对周围环境响应时间大大缩短，已由北约潜在客户进行试验。美国陆军应用导电高分子电致变色材料（P E D T/P
10、P S）制作士兵服装，使士兵能够在夜间不被敌方的探测器发现。对舰船、坦克、车辆等武器装备在不同环境下的伪装要求，采用导电高分子电致变色涂层（聚苯胺/聚二苯胺涂层）使武器装备表面涂层既呈现不同的可见光迷彩伪装，同时也可利用其红外发射率不同而达到夜间或白天红外伪装的目的。对于有源热源而言，其产生的热量不易散发，目标高温区极易被敌方的红外探测器探测到。热电转换材料可以很好的解决这个问题。热电转换材料利用热电晶体的 P e l t i e r 效应，可以对高温物体进行制冷，基本原理如图 2 所示。p型和 n 型半导体的一端与导体相连，可以组成一个热电偶。在电能驱动下，两种载流子流向热端，于是，在两种半
11、导体材料的两个接点处形成温差，产生制冷效果。用热电材料制造的热电转换装置具有无运动部件、无污染、无噪声、无磨损、免维护、对形状大小和使用条件的限制小、适用面广等突出优点，由此可见其作为热红外隐身伪装材料具有极大的应用前景。图 2热电制冷系统的基本工作原理示意图3.智能蒙皮智能蒙皮是 1 9 8 5 年由美国空军提出的新技术构想，指在航空航天器、军舰、潜艇的外壳内植入智能结构，包括探测元件、微处理控制系统和驱动元件，可用于监视、预警、隐身和通信等。尖端科技智能隐身材料的研究现状及发展趋势9国防科技2 0 0 8 年第 3 期第 2 9 卷第 3 期美国宾西法尼亚大学等单位正在从事智能蒙皮天线技术
12、研究。这种技术用宽频、多功能的共形天线安装在飞行器的表面以达到隐身目的，有较宽的吸收频带。美国的诺思罗普公司和 T R W公司合作研制了“智能蒙皮”新型天线，可以提高无线电通信的距离和质量。这种新型天线嵌在飞行器表面，整个飞机的外表面都成为天线，降低了雷达反射信号。西屋公司也在研究智能飞机蒙皮技术，这种技术用嵌入蒙皮的共形系统来代替天线和黑箱。与常规的飞机雷达天线相比，这种共形系统可以安装在飞机翼尖这样通常难以安装的部位，通过定向操作达到隐身的目的。而常规飞机的雷达天线在 3 6 0 度范围内操作，向外发射的电磁信号容易泄漏而被发觉。这种飞机蒙皮具有降低飞机被电滋探测的功能。通过将电磁发射元件
13、(如雷达和通讯线路)替换成无源且定向的性装置从而提高了飞机的作战隐身性能。美国研究了一种用于主动探测雷达的隐身装置，它是在塑料涂层中集成微波探测器、相变换放大器和微波发射器。探测器探测到入射波、反射波和相消电磁波的合成波，然后相变换放大器转换探测器探测到的合成波，再通过发射器发射出去，这样理论上该武器平台的雷达反射截面近似为 0。另外，鉴于目前各种雷达设备仍是探测航空目标的主要手段，所以世界上很多国家对雷达智能隐身材料的研究也取得了一定的成果。例如，日本将导电玻璃纤维用于高频高效吸波涂料，它具有由电阻抗变换层和低阻抗谐振层组成的两层结构，其中谐振层是由铁氧体、导电短纤维与树脂组成的复合材料，该
14、纤维可吸收1 2 0 G H z 的雷达波，吸收带宽达 5 0%，吸收率达 2 0 d B以上。英国 T e n n a t 和 C h a m b e r s 研究了用 P I N二极管控制主动的 F S S（频率选择表面），实现了自适应的雷达吸波结构，能够对9 1 3 G H z 频段的反射率进行有效的动态控制。三、智能隐身材料的发展趋势智能隐身材料的发展给隐身带来了前所未有的机遇，理所当然地受到各国的关注。事实上，自 2 0 世纪 8 0 年代起，智能隐身材料就引起诸多军事强国的高度重视。例如，美国已将智能材料确定为具有战略意义、优先发展的研究领域之一；日本把它列入基础科学先导研究的 7
15、项重大项目之一，并从 1 9 9 8 年起，将它作为大学合作型产业科学技术研究开发项目和国家2 1 世纪创新产业的加强支持项目；欧洲亦提出并正在加紧实施智能复合材料结构研究计划。美国制定的隐身材料研究目标中提出：2 0 0 5 年研制出可单独控制的辐射率/反射率涂层；2 0 1 0年研制出能自动对背景和威胁做出反应的自适应涂层体系。世界其它军事强国对此也在积极运作中。但是在智能隐身材料的发展过程中也存在一些困难。今后智能隐身材料的发展有以下趋势：（1）智能系统集成的基础研究，包括结构集成传感器、执行器和控制器，以及后续的特殊数学力学问题等；（2）主动传感技术研究，特别是分布式传感器和多传感器复
16、合技术的研究；（3）研究先进的加工手段，制备灵敏度高、寿命长、耐久性好的材料；（4）发展新材料，特别是高分子材料、纳米材料等。四、结语综上所述，智能隐身材料的出现，推动了隐身技术的发展，同时势必推动各种探测技术的进步。在实现军事现代化的大趋势下，智能隐身材料可谓应时而生。它的新原理、新概念对未来1 0尖端科技智能隐身材料的研究现状及发展趋势武器系统和航空航天系统的发展将会产生重要影响，为武器装备的智能化隐身化提供重要的物质基础。国内外对智能隐身材料的研究表明，一部分智能隐身材料的装备应用指日可待。随着科技的进步，更多新的智能材料将会研制成功。智能隐身材料也将成为本世纪隐身材料发展的重要方向之一
17、。参考文献：1 张卫东，冯小云，孟秀兰.国外隐身材料研究进展 J .宇航材料工艺，2 0 0 0（3）:1 2 武庆录.智能隐身飞机蒙皮 J .隐身技术，1 9 9 3（1）:4 3 3 张新霞，郭东洲.智能材料与结构的研究进展 J .结构强度研究，2 0 0 1（3）：4 5 4 王燕玲，沈新元.智能纤维的研究现状及应用前景 J .产业用纺织品，2 0 0 3（2）：4 2 5 蔡正英，程谷辉等.动态伪装技术发展浅析 J .装备与技术，2 0 0 5（5）：2 8 6 C h a n d r a s e k h a r P.C o n d u c t i n gp o l y m e r s
18、，f u n d a m e n t a l sa n da p p l i c a t i o n s:ap r a c t i c a la p p r o a c h.T h eN e t h e r l a n d s:K l u w e r，d r e c h t，1 9 9 9 7 M e s k e r sSCJ，V a n.D u r e nJKJ，J a n s s e nRAJ.T h e r m a l l yi n d u c e d t r a n s i e n ta b s o r p t i o n o fl i g h tb yp o l y(3，4-e l
19、h e n e-d i o x y t h i o p h e n e):p o l y(s t y r e n es u l f o n i ca c i d)(P E D O T:P S S)f i l m:aw a y t op r o bc h a r g e-c a r r i e rt h e r m a l i z a t i o np r o c e s s e s.A d v.F u n c t.M a t e r.2 0 0 3；1 3（1 0）：8 0 5 8 1 0 8 方鲲，毛卫民，吴其晔.导电高分子电致变色材料及其在飞行器和军事伪装中的应用 J .宇航材料工艺，2
20、0 0 4（2）：2 1 9 张升康，陈重等.表面控温红外智能隐身材料系统的研制 J .表面技术，2 0 0 4，3 3（1）：6 3 1 0 A n d r e wC r o w s o n.S m a r t m a t e l i a l sa n ds t r u c t u r ea na r m y p e r s p e c t i v e.I n:P r o c e e d i n g s o f C o n f e r e n c eo nR e c e n tA d v a n c ei nA d a p t i v ea n dS e n s o r yM a t e r
21、 i a l sa n dT h e i ra p p l i c a t i o n s.1 9 9 2:8 1 1 8 2 1 1 1 N e a l C a i nR，F r e d e r i c k s b u r n.e 1a l.A c t i v er a d a rs t e a l t hd e v i c e s.A m e r i c a：5 0 3 6 3 2 3.1 9 9 1.1 2 杨长胜，程海峰等.智能隐身材料的研究现状 J .功能材料，2 0 0 5，3 6（5）：6 4 3 1 3 王义玉，叶文，王彬编.红外探测器 M .北京：兵器工业出版社，2 0 0 5.1 4 B a r n e sA，D e s p o t a k i sA，e ta l.E l e c t r o nL e t t，1 9 9 6，3 2：3 5 8 1 5 奚利飞，郑俊萍，张红磊等.智能材料的研究现状及展望 J .材料导报，2 0 0 3，1 7（9）：2 3 5收稿日期：2 0 0 8-0 1-0 51 1