第40卷第6期 舰船科学技术 Vol.40.No.6 2018年6月 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Jun.,2018 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 摘要：雷达波吸波材料是减缩水面舰船雷达波散射截面，提高全舰雷达波隐身性能的重要手段，本文总结 了雷达波吸波材料的舰面应用现状和基本应用原测，分析现阶段雷达波吸波材料应用的特点，结合复合材料技术的 发展，提出了限用雷达波吸波材料的发展方向 关键词：需达波隐身材料：隐身：战斗机 中图分类号：U66522 文献标识码：A 文章编号：1672-76492018)06-0010-03 doi:10.3404j.i5sn.1672-7649.2018.06.003 The application and development of the Radar wave stealth material on combat vessels XU Fei,LI Xian-bin (Academy of Naval Research,Beijing 100161,China) Abstract:Radar wave stealth material is the important approach to reduce the radar cross section(RCS)of vessel and it is also the important way to improve the performance of stealth ship.The article mainly discusses the performance and ap- estealth material on vessel,analye the rdar wave stmateria's characteristicand thofrdar wvetmr Key words:radar wave stealth material:stealth:combat vessels 0 引言 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 雷达探测技术具有全天时、全天候的探测特点 将不断提高，而以隐身外形、隐身材料并重的舰船雷 一直为当前军事领域远程非合作日标特征获取、识别 达波隐身技术途径将是进 一步提升舰船的需达波隐 的主要手段，是战场态势感知的最前端，具备区域警 性能的重要手段4一刀 戒、远程目标搜索等诸多优势，是综合作战体系的材 心组成之一。水面舰船作为海军力量的前沿存在，要 材料技术的应用特点 求具备对抗敌方综合探测体系，提高本舰的生存性能 海军应用雷达波隐身技术起源较早，二战时期， 力，而在当前已知的所有目标特性探测制导手段中 德国就有在U型潜艇潜望上涂敷吸波材料来提高潜艇 雷达探测制导是致使舰船被远距高攻击的主要威胁之 隐蔽的先例。尽管海军应用雷达波隐身技术起源早 一。虽然舰船为提升其生存能力，装备多重武器防卫 但是真正起步并进行实用化也只是近几十年的事 系结 ,但是通过降低全舰雷达波散射截面提升全舰雷 前舰船雷达波隐身技术主要分为两类，一类是外形院 达波隐身能力是实现全舰电子对抗效能最为重要、直 身技术，通过隐身外形构建弱散射区域的方式来实现 接的手段之一-明。 舰船在水平方位的雷达波隐身性 一类是材料技术 目前，各国海军结合战术使用、舰船目标散射料 直接利用材料的电磁特性吸收或者偏折入射的电磁沙 征、海洋环境特性对舰船的雷达波隐身性设计及作战 来减小舰船雷达波后向散射的强度。雷达波外形隐身 使用进行规范，形成以隐身外形为主，局部应用吸波 技术是雷达波隐身技术中性价比较高的隐身技术 1994-2018 China academic lournal electronic publishing House all rights reserved http://www.enki.ne
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) 摘 要: 雷达波吸波材料是减缩水面舰船雷达波散射截面，提高全舰雷达波隐身性能的重要手段，本文总结 了雷达波吸波材料的舰面应用现状和基本应用原则，分析现阶段雷达波吸波材料应用的特点，结合复合材料技术的 发展，提出了舰用雷达波吸波材料的发展方向。 关键词：雷达波隐身材料；隐身；战斗舰艇 中图分类号：U665.22 文献标识码：A 文章编号： 1672 – 7649(2018)06 – 0010 – 03 doi：10.3404/j.issn.1672 – 7649.2018.06.003 The application and development of the Radar wave stealth material on combat vessels XU Fei, LI Xian-bin (Academy of Naval Research, Beijing 100161, China) Abstract: Radar wave stealth material is the important approach to reduce the radar cross section(RCS) of vessel and it is also the important way to improve the performance of stealth ship. The article mainly discusses the performance and applying rules of radar wave stealth material on vessel, analyze the radar wave stealth material's characteristicand putsforward the development proposal of radar wave stealth material on vessel Key words: radar wave stealth material；stealth；combat vessels 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 第 40 卷 第 6 期 舰 船 科 学 技 术 Vol. 40, No. 6 2018 年 6 月 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Jun. , 2018 收稿日期: 2018 – 03 – 20；修回日期: 2018 – 04 – 03 作者简介: 徐飞（1980 – ），男，硕士，工程师，研究方向为隐身技术
第40卷 徐飞，等：舰用雷达波隐身材料的应用及发展 11 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。舰船雷达波被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、 教型复合材料。 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料 铁氧体等对入射雷达波进行吸收，将其转化为热能来 路低雷达波的反射：舰船雷法波喷身中。损耗剂吸波 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 也积累了大量的经验，损耗型吸波材料是目前舰用吸 90859095100050520 波材料应用方面较为成熟的技术，但是在应用方面也 图1损 暴露出一些问题 比如施工周期长、涂覆工艺复 等。另外由于舰船长期处于高温、高湿、高盐的海 Fig I Loss type plate and 环境中，“三高”海洋环境往往会导致舰用吸波材料 the result of RCS reflectivity 流挂、脱落，特别是当吸波材料陂损后流挂、脱落现 的接轴，有效地解决材料对环墙的活应性问题，另外 象特备明显，因此对于舰用吸波材料除关注其雷达波 谐振型材料在设计过程中要防止可能出现的不利于隐 吸波性能外，其耐环境性能也是评价舰用吸波材料的 身的栅瓣的问题，同时谐振型材料的工作原理决定其 重要指标之一 单层设计得难在较宽的输带内实现其吸被特性，为头 2)谐振型材料 到扩展带宽的目的，通常采用多层叠加的方式来实 谐振型材料主要通讨在基板上构建周期性结构将 现，这将难以避免增加材料的厚度。但从技术的发展 人射雷达波偏折到其他方向上或者对电磁波进行吸 看，普通损耗型吸波材料基本已到极限，而随着技术 收，实现后向需达波散射减小。从已检测过的实用游 进步，谐振型材料设计则还有进一步优化电磁结构以 振型材料看，与损耗型吸被材料相比，谐振型材料在 提高性能的可能。 较窄波段内垂直人射隐身性能较好，而斜入射、桐 3)参杂型复合材料 合、宽频带等条件下性能稍弱可以认为一般应用条 参杂型复合材料主要是在玻璃钢等高透波性能材 件下与损耗型吸波材料水平相当，而对于以镜面散射 料的基础上，将雷达波吸收剂参杂到材料的内部 为主的散射源，测可认为谐据型材料优干损耗型吸波 现材料力学性能和吸波性能的一体化。 一方面，雷达 材料。根据电磁场理论，金属受到电磁波照射后，表 波吸收剂参杂于材料内部，能够有效避免与外部环境 面将生成大量的感应电流元，感应电流元在自由空间 直接接触，优化了吸收剂材料对海洋环境的适应性 激发电磁场，电磁场在自由空间相位叠加后或形成金 后期维护简单：另一方面作为基材的玻璃钢具备一定 属的雷达回波。谐振型材料的原理就是通过在金属表 的弯曲、拉伸及层间剪切强度，在舰面对力学性能要 面构建大量周期性微结构 形成规律性分布的感应电 求不高的部位可作为结构件使用。参杂型复合材料将 流元，改变自由空间中电磁波的最大叠加方向 雷达被吸收剂参杂于玻璃钢等材质中，即降低后期对 在实际使用过程中通常会将谐振型材料密封在具 于材料本身电性能的维护，同时又可以作为结构件使 有高透波性的玻璃钢材质中，避免了材料本身与外界 用，减轻对全舰直接涂敷吸波材料带来的增重压力 1904-2018 China Academic oumal Electronic Publishing Ho All rights res ved ww.cnki.ne
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， 图 1 损耗型吸波材料试验过程中的 样板及实测 RCS 反射率曲线 Fig. 1 Loss type radar wave absorbing material plate and the result of RCS reflectivity 第 40 卷 徐 飞，等：舰用雷达波隐身材料的应用及发展 · 11 ·
·12 船科学技术 第40卷 000■-90-270 力，而参杂型复合材料且备的力学性能与电性能兼容 真型金属子面 的特性则是对于吸波材料大面积舰面应用实现舰船全 材平面 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 ￥-1000 化特性，同时能够降低对材料的维护要求的参杂型复 -2000 合材料将是舰用雷达波吸波材料的发展趋势 -3000-0003000900015002100200 图2单面覆盖谐振型材料金属板RCS实测曲线 参考文献： Fig.2 The measured RCS of resonance type radar wave absorbing material plate [1]PETER 对全舰大面积使用吸波材料实现全空域的雷达波散射 [21 截面减缩提供解决方案。 [31 2总结与展望 [41 s ka 材料技术在舰船雷达波隐身中的应用而言，任何 朱，张国良瓶船隐身技术M哈尔滨哈尔滨工程大等 材料在保证优良的电性能的同时都面临着一些其他方 出版社，2 面的限制条件，没有所谓的完关材料技术能够一次解 ,赵鹏伟，等译.隐身战舰技术 决所有问题。材料技术是舰船实现需达波隐身的重要 工业出版社，2014 途径，在需求决定牵引的舰船需达波隐身设计中 7】阮颖锋，雷达截面与隐身技术M北京：国防工业出 杜200 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 [8】康青.新型微波吸收材料北京：科学出版社200： [9】黄培康雷达目标特征信号M.北京：中国宇航出版 前，直接涂敷于舰面的损耗型吸波材料仍然是现阶段 社200 减缩舰船雷达散射截面的最常用的手段， 谐振型材料 【0]焦培南面达环境与电传搭特性北京：电子工业出版社20 则是具备实现比损耗型吸波材料更高吸收率的发展潜 11】刘卓明.美国海军式器装备手册M1.北京：海军出版社，2000 I4 cnBeta.COL不安全！客现在可以通过VSAT系续黑城 .无人散货船来了全球船市翻天覆地.珠江水 [EB/OL]http://news.pconline.com.cn/960/9600085.html 201701 2017-07.192017-09-08 [5】张文单，无人货船明年要辑筋斗云N.珠海特区报，2017 [15]Lloyd's Register.Cyber-enabled ships ShipRight procedur 12-07001) ssignment for eyber descriptive notes for autono mous 【61张赛驶向蓝海的无人船N中国水运报，2017.06-304006 remote access ships EB\OLl.[2018-2-20].https://www 【7刀郑金岩.国际航运成本变化趋势.世界海运，1994hy) r.org/en/cyber-safe-for-marine 9-9. 【6潘泉于所，程咏梅，等.信息融合理论的基本方法与进展) 【8】蒋思萌，马士基航运营运成本控制问避研究D小.大连：大连 海事大学，2015 17 多源信息融合关键问题、研究进展 【9]吕福明.航运业的燃油成本之忧.珠江水运，2016(s2 18] 10杨枪明韩晓光，郭 浅析海 上事 素L 之对策[C 9 的研究.中 吴恭兴，无人艇操纵性与智能控制技术研究D]哈尔滨：哈 海上 20 事大学 2李洁.无人驾驶试验船控制平台设计与功能实现D武汉 2000516070 武汉得T士学2014 【3)杜鑫.卫星通信系统常见干扰及应对方法.信息通信， 2张兰鹏.基于信息融合技术的无人驾驶船舶信息模块设计 20155:193-194 D).武汉：武汉理工大学，2014 21994-2018 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.net
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。 参考文献： PETER Tait,雷达目标识别导论[M], 罗军, 王柯等译.北京: 电子工业出版社.2013. [ 1 ] [ 2 ] 黄槐. 制导雷达技术[M]. 北京: 电子工业出版社.2008. SAMUEL M,SHERMAN DAVID K, BARTOND.单脉冲测向 原理与技术[M].北京: 国防工业出版社.2013 [ 3 ] [ 4 ] Jane’s Radar and Electronic Warfare Systems. 朱英富, 张国良.舰船隐身技术[M]. 哈尔滨: 哈尔滨工程大学 出版社, 2003. [ 5 ] CHRISTOPHER L. 卢晓平, 赵鹏伟, 等译. 隐身战舰技术 [M]. 北京: 电子工业出版社, 2014. [ 6 ] 阮颖铮.雷达截面与隐身技术[M].北京: 国防工业出版 社.2001. [ 7 ] [ 8 ] 康青. 新型微波吸收材料[M]. 北京: 科学出版社.2005. 黄培康. 雷达目标特征信号[M]. 北京: 中国宇航出版 社.2001. [ 9 ] [10] 焦培南. 雷达环境与电波传播特性[M]. 北京: 电子工业出版社.2007. [11] 刘卓明. 美国海军武器装备手册[M]. 北京: 海军出版社, 2000. (上接第 5 页) 国际船舶网. 无人散货船来了!全球船市翻天覆地[J]. 珠江水 运, 2017(11). [ 4 ] 张文单. 无人货船明年要翻“筋斗云”[N]. 珠海特区报, 2017- 12-07(001). [ 5 ] [ 6 ] 张龑. 驶向蓝海的无人船[N]. 中国水运报, 2017-06-30(006). 郑金岩. 国际航运成本变化趋势[J]. 世界海运, 1994(hy): 9–9. [ 7 ] 蒋思萌. 马士基航运营运成本控制问题研究[D]. 大连: 大连 海事大学, 2015. [ 8 ] 吕福明. 航运业的燃油成本之忧[J]. 珠江水运, 2016(s2): 90–91. [ 9 ] 杨艳明, 韩晓光, 郭航. 浅析海上事故中人为因素及对策[C]// 徐惠兴. 2009 特大型船舶操纵和船舶安全与管理论文集. 广 东: 中国航海学会海洋船舶驾驶专业委员会, 2009: 205–208. [10] [11] 李创. 海运安全领域中的人因分析[D]. 上海: 上海海事大学, 2005. 王磊. 远洋船舶远程视频监控的应用[J]. 山东交通科技, 2009(05): 69–70. [12] 杜鑫. 卫星通信系统常见干扰及应对方法[J]. 信息通信, 2015(5): 193–194. [13] cnBeta.COM. 不安全！黑客现在可以通过 VSAT 系统黑掉 船只[EB/OL]. http://news.pconline.com.cn/960/9600085.html, 2017-07-19/2017-09-08. [14] Lloyd’s Register. Cyber-enabled ships ShipRight procedure assignment for cyber descriptive notes for autonomous & remote access ships[EB\OL]. [2018-2-20]. https://www. lr.org/en/cyber-safe-for-marine [15] 潘泉, 于昕, 程咏梅, 等. 信息融合理论的基本方法与进展[J]. 自动化学报, 2003, 29(4): 599–615. [16] 陈科文, 张祖平, 龙军. 多源信息融合关键问题、研究进展 与新动向[J]. 计算机科学, 2013, 40(8): 6–13. [17] [18] 蒋流洲. 气象导航与船舶自主导航[J]. 才智, 2012(35): 65. 刘峰, 李春宝, 庞福文, 等. 船舶自行气象导航的研究[J]. 中 国航海, 1992(2): 24–31. [19] 吴恭兴. 无人艇操纵性与智能控制技术研究[D]. 哈尔滨: 哈 尔滨工程大学, 2011. [20] 李浩. 无人驾驶试验船控制平台设计与功能实现[D]. 武汉: 武汉理工大学, 2014. [21] 张兰鹏. 基于信息融合技术的无人驾驶船舶信息模块设计 [D]. 武汉: 武汉理工大学, 2014. [22] 图 2 单面覆盖谐振型材料金属板 RCS 实测曲线 Fig. 2 The measured RCS of resonance type radar wave absorbing material plate · 12 · 舰 船 科 学 技 术 第 40 卷