第6卷第6期 中国光学 VoL6 No.6 2013年12月 Chinese Optics Dee.2013 文章编号16742915(2013)06081806 红外隐身技术的应用及发展趋势 李波 (海军驻长春地区航空军事代表室，吉林长春130033) 摘要：从斯式落 一波尔兹曼定律出发，阐述了红外隐身的基本原理，分析得出实现红外隐身的几种方法。介绍了红外院 身材料的作用机理，指出了目前这些材料存在的主要问避，然后描述了红外隐身技术在军事上的其体应用和研究进展 总结了红外隐身技术的未来发展趋势。最后，指出今后的研究将主要在以下两方面展开：一是寻求全波段多隐身技术的 兼容：二是对现有方法进行改进并探索新的红外隐身方法。 关键词：红外隐身：红外格射特性：隐身材料：多泼夜 中图分类号：TN219:TN976 文献标识码：Ad0i:10.3788/C0.20130606.0818 Application and development trend of infrared stealth technology LI Bo (Navigation Resident the Naty at Changchun,Changchun 130033,China) *Corresponding author,E-mail:li86@sina.com Abstract:The principle of infrared steath is introduced based on the law firstly in this pa per.Several methods for infrared stealth are given.The working mechanism of the infrared stealth materials are introduced,and some unsolved problems are put forward.Then,military applications and research pro- gressare briefly described.Finally,the development trend of infrared steath is mmarized.It suggests that the future research will mainly include two aspects:one is to solve the combination of various waveband stealth technologies:the other is to improve existing methods and to explore new methods of infrared stealth. Key words:infrared steath:infrared radiation material:multiband 收稿日期：20130914：修订日期：2013117 1994-2014 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved http://www.cnki.ne
第 6 卷 第 6 期 2013 年 12 月 中国光学 Chinese Optics Vol． 6 No． 6 Dec． 2013 收稿日期: 2013-09-14; 修订日期: 2013-11-17 文章编号 1674-2915( 2013) 06-0818-06 红外隐身技术的应用及发展趋势 李 波 ( 海军驻长春地区航空军事代表室，吉林 长春 130033) 摘要: 从斯忒藩—波尔兹曼定律出发，阐述了红外隐身的基本原理，分析得出实现红外隐身的几种方法。介绍了红外隐 身材料的作用机理，指出了目前这些材料存在的主要问题，然后描述了红外隐身技术在军事上的具体应用和研究进展， 总结了红外隐身技术的未来发展趋势。最后，指出今后的研究将主要在以下两方面展开: 一是寻求全波段多隐身技术的 兼容; 二是对现有方法进行改进并探索新的红外隐身方法。 关 键 词: 红外隐身; 红外辐射特性; 隐身材料; 多波段 中图分类号: TN219; TN976 文献标识码: A doi: 10． 3788 /CO． 20130606． 0818 Application and development trend of infrared stealth technology LI Bo ( Navigation Ｒesident Office of the Navy at Changchun ，Changchun 130033，China) * Corresponding author，E-mail: li86@ sina． com Abstract: The principle of infrared stealth is introduced based on the Stefan-Boltzmann law firstly in this paper． Several methods for infrared stealth are given． The working mechanism of the infrared stealth materials are introduced，and some unsolved problems are put forward． Then，military applications and research progress are briefly described． Finally，the development trend of infrared stealth is summarized． It suggests that the future research will mainly include two aspects: one is to solve the combination of various waveband stealth technologies; the other is to improve existing methods and to explore new methods of infrared stealth． Key words: infrared stealth; infrared radiation characteristic; stealthy material; multiband
第6期 李波：红外隐身技术的应用及发展趋势 819 红外隐身的目的就是降低或改变目标的红外 1引言 辐射特性，减小红外探测系统对目标的作用距离， 从而降低目标被探测的概率。由式(1)-(3)可 随着红外探测技术和红外精确制导武器的发 知，要减小红外探测系统对目标的作用距离，可通 展，飞机、坦克等军事目标要想在日益复杂而恶劣 过以下方式来实现：(1)降低物体表面的发射率： 的战场环境中具有足够的生存力，必须采用包括 (2)控制物体表面的温度，减小目标与背景的温 红外隐身在内的各种隐身技术来降低自身被探测 差：(3)减小目标高温区辐射面积：(4)采用光诺 的概率。为此，以降低目标红外辐射强度和削弱 转换技术使目标红外辐射偏移到探测系统的响应 敌方探测效能为宗旨的红外隐身技术受到了各军 波段之外。 事的重视。本文红外隐身原理、红外 在实际的红外探测过程中，物体发出的红外 身材料，红外隐身技术的军事应用及发展趋势进 辐射通过大气传输才能到达红外探测器。大气传 行了研究和探讨。 输过程中红外辐射会因波长不同而有不同程度的 衰减，通常把大气衰减较少的波长区域称为大 2红外隐身技术概述 窗口。大气的红外窗口有以下3个波段：短波1 2.5um、中波3-5m、长波8-14um,红外辐射 红外隐身技术主要是通过减小或改变目标的 在这3个波段以外基本上是不透明的，目前使用 红外辐射特性来降低红外探测系统对目标的探测 的红外探测器大都工作在这3个波段内·根据怎 概率。具体措施包括改进热结构设计，对主要发 一特点，可以采用合适的材料作为表面涂层，调节 热部件进行强制冷却，表面涂覆红外隐身材料，使 己方军事目标的红外辐射波段至大气窗口之外 用红外伪装和遮蔽等回。 使得对方红外探测器无法探测到己方目标的红分 21红外隐身的基本原理 辐射能量。 根据斯成藩被耳兹曼定律，物体在所有可能 2.2红外隐身的主要技术措施 方向和波长范围内的辐射功率为： 综合以上红外隐身原理分析可知，常见的气 (1) 外隐身方法主要包括：(1)改变目标红外辐射传 输路径：(2)改变目标红外辐射特性：(3)降低目 式中，E,为黑体的全波长辐射功率(W·m2):6 标红外辐射强度：（④）进行光谱转换 为物体的发射率：G,为第一辐射常数(，= 2.2.1政变目标红外辐射传输路径 2mhc):,为第二辐射常数(=hc,k),kn为波 改变红外辐射传输路径主要是改变目标周围 耳兹曼常数：为斯忒藩波耳兹曼常数：T为物 大气的光谱透过率，以达到屏蔽和对红外探测器 体的绝对温度(K)。 干扰的作用。烟幕以其较好的经济性和较高的实 红外探测系统的最大作用距离计算如下 用性在海上军事舰艇红外隐身方面得到了广泛的 R、 D'A,AoT.To (L -L) 应用。烟暮的主要功能是通过在空中施放气溶 √N44(/ 微粒，改变电磁波介质传输特性，实施对光电探 式中：R为作用距离：D为红外探测器探测率：A, 测、观瞄和制导武器系统的干扰。在红外方面其 为目标辐射面积：A,为红外探测系统入瞳面积：。 隐身作用机理主要是：(1)使得目标周围大气路 为红外系统光学透过率：为作用距离R下的大 径上充满烟幕微粒，对物体红外辐射产生强烈的 气透过率：N,为由弥散引起的目标所占像元数：A 吸收和散射作用，削弱红外侦察和制导系统中红 为探测器单元的面积：4为放大电路等效噪声带 外探测器接收信号的强度，使之无法成像：(2)烟 宽：V少、为信号处理器可接受的信噪比：4为背 幕本身可以发出更强的红外辐射，覆盖目标及背 景辐射亮度：L,为目标辐射亮度：其中 景的红外辐射，使红外探测设备只能探测到一片 L,=oI”/T (3) 模糊影像团。但是由于烟幕必须悬浮在目标的 1994-2014 China Academic Joumal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www
1 引 言 随着红外探测技术和红外精确制导武器的发 展，飞机、坦克等军事目标要想在日益复杂而恶劣 的战场环境中具有足够的生存力，必须采用包括 红外隐身在内的各种隐身技术来降低自身被探测 的概率。为此，以降低目标红外辐射强度和削弱 敌方探测效能为宗旨的红外隐身技术受到了各军 事强国的重视［1］。本文就红外隐身原理、红外隐 身材料、红外隐身技术的军事应用及发展趋势进 行了研究和探讨。 2 红外隐身技术概述 红外隐身技术主要是通过减小或改变目标的 红外辐射特性来降低红外探测系统对目标的探测 概率。具体措施包括改进热结构设计，对主要发 热部件进行强制冷却，表面涂覆红外隐身材料，使 用红外伪装和遮蔽等［2］。 2． 1 红外隐身的基本原理 根据斯忒藩-波耳兹曼定律，物体在所有可能 方向和波长范围内的辐射功率为: E = εEb = ε π4 c1T4 15c 4 2 = εσT4 ， ( 1) 式中，Eb为黑体的全波长辐射功率( W·m － 2 ) ; ε 为物 体 的 发 射 率; c1 为 第 一 辐 射 常 数 ( c1 = 2πhc 2 0 ) ; c2为第二辐射常数( c2 = hc2 /kB ) ，kB 为波 耳兹曼常数; σ 为斯忒藩-波耳兹曼常数; T 为物 体的绝对温度( K) 。 红外探测系统的最大作用距离计算如下: Ｒ = D* AtA0 τaτ0 ( Lt － Lb ) Nt ( AdΔf) 1 /2 ( Vs 槡 /VN) ， ( 2) 式中: Ｒ 为作用距离; D* 为红外探测器探测率; At 为目标辐射面积; A0为红外探测系统入瞳面积; τ0 为红外系统光学透过率; τa为作用距离 Ｒ 下的大 气透过率; Nt为由弥散引起的目标所占像元数; Ad 为探测器单元的面积; Δf 为放大电路等效噪声带 宽; VS /VN为信号处理器可接受的信噪比; Lb为背 景辐射亮度; Lt为目标辐射亮度; 其中: Lt = εσT4 /π ． ( 3) 红外隐身的目的就是降低或改变目标的红外 辐射特性，减小红外探测系统对目标的作用距离， 从而降低目标被探测的概率。由式( 1) ～ ( 3) 可 知，要减小红外探测系统对目标的作用距离，可通 过以下方式来实现: ( 1) 降低物体表面的发射率; ( 2) 控制物体表面的温度，减小目标与背景的温 差; ( 3) 减小目标高温区辐射面积; ( 4) 采用光谱 转换技术使目标红外辐射偏移到探测系统的响应 波段之外。 在实际的红外探测过程中，物体发出的红外 辐射通过大气传输才能到达红外探测器。大气传 输过程中红外辐射会因波长不同而有不同程度的 衰减，通常把大气衰减较少的波长区域称为大气 窗口。大气的红外窗口有以下 3 个波段: 短波1 ～ 2. 5 μm、中波 3 ～ 5 μm、长波 8 ～ 14 μm，红外辐射 在这 3 个波段以外基本上是不透明的，目前使用 的红外探测器大都工作在这 3 个波段内。根据这 一特点，可以采用合适的材料作为表面涂层，调节 己方军事目标的红外辐射波段至大气窗口之外， 使得对方红外探测器无法探测到己方目标的红外 辐射能量。 2． 2 红外隐身的主要技术措施 综合以上红外隐身原理分析可知，常见的红 外隐身方法主要包括: ( 1) 改变目标红外辐射传 输路径; ( 2) 改变目标红外辐射特性; ( 3) 降低目 标红外辐射强度; ( 4) 进行光谱转换。 2． 2． 1 改变目标红外辐射传输路径 改变红外辐射传输路径主要是改变目标周围 大气的光谱透过率，以达到屏蔽和对红外探测器 干扰的作用。烟幕以其较好的经济性和较高的实 用性在海上军事舰艇红外隐身方面得到了广泛的 应用。烟幕的主要功能是通过在空中施放气溶胶 微粒，改变电磁波介质传输特性，实施对光电探 测、观瞄和制导武器系统的干扰。在红外方面其 隐身作用机理主要是: ( 1) 使得目标周围大气路 径上充满烟幕微粒，对物体红外辐射产生强烈的 吸收和散射作用，削弱红外侦察和制导系统中红 外探测器接收信号的强度，使之无法成像; ( 2) 烟 幕本身可以发出更强的红外辐射，覆盖目标及背 景的红外辐射，使红外探测设备只能探测到一片 模糊影像［3］。但是由于烟幕必须悬浮在目标的 第 6 期 李 波: 红外隐身技术的应用及发展趋势 819
820 中国光学 第6卷 周围，所以多用于保护静止和慢速运动的目标 目标和背景输出值，则烟幕对红外系统的遮蔽率 烟幕干扰基本原理如图1所示。红外探测系 为： 统对距离R处的目标进行探测，在没有干扰的情 DN二0×100%.(10 DN -DN 况下，目标与背景辐射之差为 △Lm=（L,·,+L）-(L·，+L)= 2.2.2改变目标红外辐射特性 T·(L=L), (4) 改变目标红外辐射特性的主要措施是改变目 式中，？，L分别红外系统和目标之间的大气透 标的主要红外辐射波段以及模拟背景辐射特性， 过率和路径辐射，山、山分别为目标和背景辐射亮 使得敌方红外探测器无法探测或识别己方目标的 度。 红外辐射。 改变目标主要红外辐射波段，其一是使得目 标主要红外辐射在对方探测器的工作波段以外 另外是使己方目标的主要红外辐射集中在大气距 损耗波段。具体应用如：通过向燃料中加入特 添加剂，使挂气尾焰的红外辐射带偏移到红外探 图】烟幕对红外辐射衰减的原理图 测系统的响应波段之外：采用红外变频材料制行 Fig.I Principle diagram of deeay of smoke screen on 有关的结构部件等。实例之一为目前国外采用的 infrared radiation 种特殊燃料，使飞机排气尾焰辐射偏移到5 在实施烟幕干扰的情况下，目标与背景辐 8um的大气强损耗波段。 之差为： 模拟背景辐射特性即红外图形迷彩，是指通 △L,=(L.·r.·r +L+L)- 过使用不同发射率的材料来改变目标物体各部分 红外辐射分布状态，使得目标与背景的红外辐射 (5) 分布状态相协调，从而目标的红外图像成为整个 式中，？、L分别为烟幕的透过率和有效辐 背景红外图像的一部分，使得敌方探测器难以识 射亮度。 别。例如目前采用的红外光区四色变形迷彩涂料 目标背景辐射之差受烟幕消光的衰减系数 等。瑞典采用的角形结物碎片迷彩以及前西德附 军采用的否曲车辆阴影图，都收到了较好的 AL ·(L.-L) 果。 T,·(L-L) 2.2.3降低目标红外辐射强度 (6) 根据斯特潘波尔兹曼定律，降低目标的红外 烟幕对红外系统的遮蔽率为： 辐射强度主要是通过降低物体表面的发射率和物 7=(1-g)×100% (7) 体表面的温度来实现的。具体技术手段有：表面 式(4)(8)是从目标背景辐射差的角度来 涂发射率较低的材料：减少散热源：采用热屏蔽 分析烟幕消光影响的。为直观起见，可以从红外 段使得目标内部热量难以外传：对喷管等重要 系统的目标背景输出值之差的角度进行分析。没 位进行降温：降低发动机排气管温度：废气废水冷 有烟幕干扰时的目标背景输出值之差为： 却：注入红外吸收剂降低民焰温度笨 4DN。=DN-DN (8) 2.2.4采用光转换技术 式中，DN,、DN分别为红外系统的目标和背景测 实现光谱转换的主要手段是采用特定的涂 量输出值。有烟幕干扰时的目标背景输出值之差 料，使得目标表面在3-5um和8-14um波段 大气窗口有较低的发射率，而在这两个大气窗 △DN,=DN:-DNi, 外的中远红外波段上有较高的发射率。这样，辐 式中，DN:、DN:分别为有烟幕干扰时红外系统的 射能量的频段主要在大气窗口以外，完全被大气 194-2014 China Academic Joumal Electronic Publishing House www.cnki.ne
周围，所以多用于保护静止和慢速运动的目标。 烟幕干扰基本原理如图 1 所示。红外探测系 统对距离 Ｒ 处的目标进行探测，在没有干扰的情 况下，目标与背景辐射之差为: ΔL0 = ( Lt·τa + Lpath ) － ( Lb·τa + Lpath ) = τa·( Lt － Lb ) ， ( 4) 式中，τa、Lpath分别红外系统和目标之间的大气透 过率和路径辐射，Lt、Lb分别为目标和背景辐射亮 度。 图 1 烟幕对红外辐射衰减的原理图 Fig． 1 Principle diagram of decay of smoke screen on infrared radiation 在实施烟幕干扰的情况下，目标与背景辐射 之差为: ΔL1 = ( Lt·τa·τsmoke + Lsmoke + Lpath ) － ( Lb·τa·τsmoke + Lsmoke + Lpath ) = τa·τsmoke·( Lt － Lb ) ， ( 5) 式中，τsmoke、Lsmoke 分别为烟幕的透过率和有效辐 射亮度。 目标背景辐射之差受烟幕消光的衰减系数 为: σeff = ΔL1 ΔL0 = τa·τsmoke·( Lt － Lb ) τa·( Lt － Lb ) = τsmoke ． ( 6) 烟幕对红外系统的遮蔽率为: η = ( 1 － σeff ) × 100% ． ( 7) 式( 4) ～ ( 8) 是从目标背景辐射差的角度来 分析烟幕消光影响的。为直观起见，可以从红外 系统的目标背景输出值之差的角度进行分析。没 有烟幕干扰时的目标背景输出值之差为: ΔDN0 = DNt － DNb， ( 8) 式中，DNt、DNb分别为红外系统的目标和背景测 量输出值。有烟幕干扰时的目标背景输出值之差 为: ΔDNt = DN' t － DN' b， ( 9) 式中，DN' t、DN' b 分别为有烟幕干扰时红外系统的 目标和背景输出值，则烟幕对红外系统的遮蔽率 为: η = ( 1 － DN' t － DN' b DNt － DN ) × 100% ． ( 10) 2． 2． 2 改变目标红外辐射特性 改变目标红外辐射特性的主要措施是改变目 标的主要红外辐射波段以及模拟背景辐射特性， 使得敌方红外探测器无法探测或识别己方目标的 红外辐射。 改变目标主要红外辐射波段，其一是使得目 标主要红外辐射在对方探测器的工作波段以外， 另外是使己方目标的主要红外辐射集中在大气强 损耗波段。具体应用如: 通过向燃料中加入特殊 添加剂，使排气尾焰的红外辐射带偏移到红外探 测系统的响应波段之外; 采用红外变频材料制作 有关的结构部件等。实例之一为目前国外采用的 一种特殊燃料，使飞机排气尾焰辐射偏移到 5 ～ 8 μm的大气强损耗波段。 模拟背景辐射特性即红外图形迷彩，是指通 过使用不同发射率的材料来改变目标物体各部分 红外辐射分布状态，使得目标与背景的红外辐射 分布状态相协调，从而目标的红外图像成为整个 背景红外图像的一部分，使得敌方探测器难以识 别。例如目前采用的红外光区四色变形迷彩涂料 等。瑞典采用的角形结构碎片迷彩以及前西德陆 军采用的歪曲车辆阴影图案，都收到了较好的效 果。 2． 2． 3 降低目标红外辐射强度 根据斯特潘-波尔兹曼定律，降低目标的红外 辐射强度主要是通过降低物体表面的发射率和物 体表面的温度来实现的。具体技术手段有: 表面 涂发射率较低的材料; 减少散热源; 采用热屏蔽手 段使得目标内部热量难以外传; 对喷管等重要部 位进行降温; 降低发动机排气管温度; 废气废水冷 却; 注入红外吸收剂降低尾焰温度等。 2． 2． 4 采用光谱转换技术 实现光谱转换的主要手段是采用特定的涂 料，使得目标表面在 3 ～ 5 μm 和 8 ～ 14 μm 波段 大气窗口有较低的发射率，而在这两个大气窗口 外的中远红外波段上有较高的发射率。这样，辐 射能量的频段主要在大气窗口以外，完全被大气 820 中国光学 第 6 卷
第6期 李波：红外隐身技术的应用及发展趋势 821 吸收和散射掉，从而使得目标难以被发现。 从红外隐身材料的研究现状看，主要存在两 方面的问题：其一是成本高，寿命短，耐腐蚀性 3红外隐身材料 差回：其二是隐身材料的可见、激光、红外、雷达 多频段兼容问题并没有得到解决。 红外隐身材料是红外隐身技术的重要途径 隐身材料既可用于目标蒙皮，又可用于目标发热 4红外隐身的军事应用 部件，来减小或改变目标红外辐射特性达到隐 效果，还能使目标红外辐射特性模拟背景辐射特 红外隐身技术广泛应用于飞机、地面武器装 性以达到红外伪装效果面。红外隐身材料使用 各和舰艇等军事目标】 方便，工艺简单，品种较多，在红外隐身技术中 飞机的红外隐身技术 有重要的地位。用于红外隐身的材料应具有符合 飞机的热辐射主要产生于发动机、发动机喷 要求的红外辐射发射率或者较强的控温能力，合 口，排气气流，机体蒙皮等。实现飞机红外隐身的 理的表面结构，较低的太阳辐射吸收率，并能与其 主要技术措施包括：采用红外辐射较弱的涡扇发 他波段的隐身涂料兼容阿 动机，并通过对发动机进行隔热，防止其热量传绍 涂层材料是红外隐身材料研究的重占，想据 机身：在喷管内部涂低发射率材料：在燃料中加入 其作用原理，可以将涂层材料分为红外低辐射涂 添加剂抑制和改变尾焰的红外辐射频段：飞机表 料和红外伪装涂料 面涂红外隐身涂料：释放伪装气溶胶烟幕：改进 红外低辐射隐身涂料是通过控制目标表面的 形设计减小机体摩擦以降低蒙皮温度等m。例 红外发射率和隔热来降低其红外辐射功率，从而 如，美国的F22战斗机通过矢量可调管壁来降低 实现红外隐身目的的。目前在低发射率红外隐身 其二元矢量喷管所产生的红外辐射，垂尾、平尾 涂料的研发方面，美国、法国、德国、瑞典等国的水 尾撑向后延伸以遮蔽发动机喷口的红外辐射，在 平处于世界领先地位，其中有些涂料已经发展成 炽热喷流飞出尾喷口前就得到了降温，因而红外 为通用的红外隐身材料。美国《简氏防务》200 特征显著降低 美国FI7A战机为了红外隐身 年报道，Intermat公司研制开发的红外隐身涂层喷 采用了新型燃料，这种燃料能高速燃烧，又可急速 涂50m厚就可以限制目标对热辐射的吸收和 冷却，在采用二元喷管后，红外辐射能量隆低约 发射。法回制出一种具有很好的磁导率和 90%。欧洲2000战斗机以及美国和英国的联台 红外辐射率的宽频纳米隐身涂料，这种涂料在较 攻击战斗机(JSF),都使用了推力矢量技术，其 宽的频带内有很好的隐身效果。德国研制出一种 元推力矢量喷口被向后伸展的平昆和立尾所遭 飞行器用的涂料，其组成中含有碳化硼、石墨导电 挡，达到很好的红 外隐身效果。 就目前的发展水 性炭黑、碳化硅和聚乙炔等，该涂料在波长小于 平来看，飞机的红外隐身技术已经比较成熟，达到 14m时可实现红外隐身，而且本身具有较强的 实用阶段并且己经开始应用于军用飞机的制造 防腐能力。瑞典的Dlab Barracuda AB公司伪装 产品的开发也己经达到国际先进水平团 4.2 坦克等地面武器的红外隐身技术 红外伪装涂料主要针对粗波红外隐身，在析 坦克的红外辐射主要来源包括：发动机、烟 红外波段，探测器主要是利用目标反射的红外辐 囱、烟羽、表面辐射和对外界短波辐射的反射等 射能量来探测和识别目标。类似于可见光隐身中 主要通过采用效率高、热损耗小的发动机减少发 的迷彩技术，将目标的表面分区后涂上不同红外 热量，改变排气通道位置和形状并进行冷却，发热 发射率的材料，使其余背景的红外辐射相协调，达 部位隔热，表面涂低发射率材料和迷彩伪装等措 到伪装的目的。这一技术在坦克、越野汽车等陆 施来实现红外隐身。 上目标红外隐身中得到了应用，需要根据目标不 4.3舰艇等海上武器装备的红外隐身技术 同位置的温度和所处的环境来选择涂料。 舰艇的红外辐射源主要是烟囪管壁、排气烟 1994-2014 China Academie Joural Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.enki.ne
吸收和散射掉，从而使得目标难以被发现。 3 红外隐身材料 红外隐身材料是红外隐身技术的重要途径， 隐身材料既可用于目标蒙皮，又可用于目标发热 部件，来减小或改变目标红外辐射特性达到隐身 效果，还能使目标红外辐射特性模拟背景辐射特 性以达到红外伪装效果［4］。红外隐身材料使用 方便，工艺简单，品种较多，在红外隐身技术中占 有重要的地位。用于红外隐身的材料应具有符合 要求的红外辐射发射率或者较强的控温能力，合 理的表面结构，较低的太阳辐射吸收率，并能与其 他波段的隐身涂料兼容［5］。 涂层材料是红外隐身材料研究的重点，根据 其作用原理，可以将涂层材料分为红外低辐射涂 料和红外伪装涂料。 红外低辐射隐身涂料是通过控制目标表面的 红外发射率和隔热来降低其红外辐射功率，从而 实现红外隐身目的的。目前在低发射率红外隐身 涂料的研发方面，美国、法国、德国、瑞典等国的水 平处于世界领先地位，其中有些涂料已经发展成 为通用的红外隐身材料。美国《简氏防务》2009 年报道，Intermat 公司研制开发的红外隐身涂层喷 涂 50 μm 厚就可以限制目标对热辐射的吸收和 发射［6］。法国研制出一种具有很好的磁导率和 红外辐射率的宽频纳米隐身涂料，这种涂料在较 宽的频带内有很好的隐身效果。德国研制出一种 飞行器用的涂料，其组成中含有碳化硼、石墨导电 性炭黑、碳化硅和聚乙炔等，该涂料在波长小于 14 μm 时可实现红外隐身，而且本身具有较强的 防腐能力。瑞典的 Dlab Barracuda AB 公司伪装 产品的开发也已经达到国际先进水平［7］。 红外伪装涂料主要针对短波红外隐身，在近 红外波段，探测器主要是利用目标反射的红外辐 射能量来探测和识别目标。类似于可见光隐身中 的迷彩技术，将目标的表面分区后涂上不同红外 发射率的材料，使其余背景的红外辐射相协调，达 到伪装的目的。这一技术在坦克、越野汽车等陆 上目标红外隐身中得到了应用，需要根据目标不 同位置的温度和所处的环境来选择涂料。 从红外隐身材料的研究现状看，主要存在两 方面的问题: 其一是成本高，寿命短，耐腐蚀性 差［9］; 其二是隐身材料的可见、激光、红外、雷达 多频段兼容问题并没有得到解决。 4 红外隐身的军事应用 红外隐身技术广泛应用于飞机、地面武器装 备和舰艇等军事目标。 4． 1 飞机的红外隐身技术 飞机的热辐射主要产生于发动机、发动机喷 口、排气气流、机体蒙皮等。实现飞机红外隐身的 主要技术措施包括: 采用红外辐射较弱的涡扇发 动机，并通过对发动机进行隔热，防止其热量传给 机身; 在喷管内部涂低发射率材料; 在燃料中加入 添加剂抑制和改变尾焰的红外辐射频段; 飞机表 面涂红外隐身涂料; 释放伪装气溶胶烟幕; 改进外 形设计减小机体摩擦以降低蒙皮温度等［8］。例 如，美国的 F-22 战斗机通过矢量可调管壁来降低 其二元矢量喷管所产生的红外辐射，垂尾、平尾、 尾撑向后延伸以遮蔽发动机喷口的红外辐射，在 炽热喷流飞出尾喷口前就得到了降温，因而红外 特征显著降低。美国 F-117A 战机为了红外隐身， 采用了新型燃料，这种燃料能高速燃烧，又可急速 冷却，在采用二元喷管后，红外辐射能量降低约 90% 。欧洲 2000 战斗机以及美国和英国的联合 攻击战斗机( JSF) ，都使用了推力矢量技术，其二 元推力矢量喷口被向后伸展的平尾和立尾所遮 挡，达到很好的红外隐身效果。就目前的发展水 平来看，飞机的红外隐身技术已经比较成熟，达到 实用阶段并且已经开始应用于军用飞机的制造 中。 4． 2 坦克等地面武器的红外隐身技术 坦克的红外辐射主要来源包括: 发动机、烟 囱、烟羽、表面辐射和对外界短波辐射的反射等。 主要通过采用效率高、热损耗小的发动机减少发 热量，改变排气通道位置和形状并进行冷却，发热 部位隔热，表面涂低发射率材料和迷彩伪装等措 施来实现红外隐身。 4． 3 舰艇等海上武器装备的红外隐身技术 舰艇的红外辐射源主要是烟囱管壁、排气烟 第 6 期 李 波: 红外隐身技术的应用及发展趋势 821
822 中国光学 第6卷 羽和舰体表面。对舰艇进行红外辐射抑制的技术 5.1 各波段隐身技术的兼容 手段主要分3种：降温、红外屏蔽和隐身涂料，其 随着现代探测手段的日益多样化，针对单 中降温是最常用和最有效的策路。 波段或者单一类型探测器的隐身技术己经不能活 具体实施方法包括：改变烟肉的位置和形状 应战争的需要。因此人们未来将会更加重视全波 对机舱水冷降温、高温表面涂绝热层，舰船表面喷 段隐身技术，即兼顾声波、雷达毫米波、红外、可见 淋海水和涂险身材料等。20世纪70年代知，羊 光、紫外等频段的隐身技术，而实现全波段隐身技 国和加食大城开始了控制期艇排气系续红外辐射 术主要品依竞高性能的隐身材封4罚。法国消 的研究，至今已经历了海水喷射、简单喷射混合 军的“拉装特”级护卫舰是已经投入实用的具有 全气膜冷却三代技术。瑞典的“维斯比”级轻型 较出色隐身效果的多波段隐身战舰。美、德、瑞典 护卫舰采用碳纤维塑料增强型夹层板和特殊的烟 等国在多被段隐身技术方面的研究水平己经达到 肉设计方式，烟肉出口设在舰艇的尾部，将废气从 可见光、近红外、中远红外和雷达毫米波四段兼 舰尾排出至海上冷却，达到了很好的红外隐身效 容。 果。法国海军“拉斐特”级护卫舰在隔热处理方 5.2现有方法的改进和新的红外隐身方法 面设计独特，烟肉采用玻璃钢制造再涂以一种低 对现有方法的改进主要包括目标表面结构的 辐射的特殊涂料，加强路热效果的同时还对发 改进、主要热源隔热方法的优化现有隐身材料的 机排气口和玻璃钢排气管做了精细的隔热处理 合理使用等，目的是使得现有的隐身措施效果更 美国的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰采用了排气引射 好，以应对探测和识别精度更高的红外制导武器 系统以降低排气温度，同时烟道内布置有喷雾系 新的红外隐身方法主要包括新型隐身材料和 统，在受到攻击时可以喷出水雾以冷却烟气。英 新的隐身技术。新型隐身材料包括手性材料、纳 国研制的“海魂”号护卫舰也安装了暗零系统，需 米隐身材料、导电高聚物材料、多晶铁纤维吸收 要时该系统会在几秒钟内喷出细密的水雾使得舰 剂、智能隐身材料等可。未来的隐身涂料应且会 体笼罩在测 雾中 与海天背景融为一体，实现很安 以下性能：具有较低的红外发射率和可见光吸收 的隐身效果。 率：具有对热辐射进行漫反射的合理表面结构：能 与其它波段的隐身要求兼容：其有良好的机械： 5红外隐身技术的发展趋势 能和耐腐蚀性。新的隐身手段主要指目标外 形设计、热源冷却方法和新的隐身机理。 随红外探测器技术的迅速发展，红外探测 手段趋于高精度、智能化和多样化，这就对红外隐 6 结束语 身技术提出了新的更高的要求。根据红外隐身技 术的发展现状，其发展趋势可以总结为两方面 随着红外隐身技术的发展，红外隐身技术 是寻求各波段各种隐身技术的兼容，即全波段隐 泛应用于空中、地面和海上的军事目标。各种新 身技术：二是对现有方法进行改进并深索新的红 的隐身方法、隐身材料不断开发出来，红外隐身技 外隐身方法。 术正朝着全频段、智能化发展，在未来的现代化战 争中将发挥更加重要的作用。 参考文献： [11刘.幸红外隐身持术的发展分折川.银船电工程，2009,29(5)：2527 LIU M W.LI H.Deve :n4:a 陈，基于介孔氧化红外吸波材料的研究D).南京：东南大学，2008 CHEN HH.Study on infrared abson Naniing:Southeast Univer sity:2008.(in Chinese) 1004.2014chm Academic al Electronic Publishing House.All rights reserved htp: www.cnki.ne
羽和舰体表面。对舰艇进行红外辐射抑制的技术 手段主要分 3 种: 降温、红外屏蔽和隐身涂料，其 中降温是最常用和最有效的策略。 具体实施方法包括: 改变烟囱的位置和形状、 对机舱水冷降温、高温表面涂绝热层、舰船表面喷 淋海水和涂隐身材料等。20 世纪 70 年代初，美 国和加拿大就开始了控制舰艇排气系统红外辐射 的研究，至今已经历了海水喷射、简单喷射混合、 全气膜冷却三代技术。瑞典的“维斯比”级轻型 护卫舰采用碳纤维塑料增强型夹层板和特殊的烟 囱设计方式，烟囱出口设在舰艇的尾部，将废气从 舰尾排出至海上冷却，达到了很好的红外隐身效 果。法国海军“拉斐特”级护卫舰在隔热处理方 面设计独特，烟囱采用玻璃钢制造再涂以一种低 辐射的特殊涂料，加强隔热效果的同时还对发动 机排气口和玻璃钢排气管做了精细的隔热处理。 美国的“斯普鲁恩斯”级驱逐舰采用了排气引射 系统以降低排气温度，同时烟道内布置有喷雾系 统，在受到攻击时可以喷出水雾以冷却烟气。英 国研制的“海魂”号护卫舰也安装了喷雾系统，需 要时该系统会在几秒钟内喷出细密的水雾使得舰 体笼罩在薄雾中，与海天背景融为一体，实现很好 的隐身效果。 5 红外隐身技术的发展趋势 随着红外探测器技术的迅速发展，红外探测 手段趋于高精度、智能化和多样化，这就对红外隐 身技术提出了新的更高的要求。根据红外隐身技 术的发展现状，其发展趋势可以总结为两方面: 一 是寻求各波段各种隐身技术的兼容，即全波段隐 身技术; 二是对现有方法进行改进并探索新的红 外隐身方法。 5． 1 各波段隐身技术的兼容 随着现代探测手段的日益多样化，针对单一 波段或者单一类型探测器的隐身技术已经不能适 应战争的需要。因此人们未来将会更加重视全波 段隐身技术，即兼顾声波、雷达毫米波、红外、可见 光、紫外等频段的隐身技术，而实现全波段隐身技 术主要是依靠高性能的隐身材料［10-12］。法国海 军的“拉裴特”级护卫舰是已经投入实用的具有 较出色隐身效果的多波段隐身战舰。美、德、瑞典 等国在多波段隐身技术方面的研究水平已经达到 可见光、近红外、中远红外和雷达毫米波四频段兼 容。 5． 2 现有方法的改进和新的红外隐身方法 对现有方法的改进主要包括目标表面结构的 改进、主要热源隔热方法的优化、现有隐身材料的 合理使用等，目的是使得现有的隐身措施效果更 好，以应对探测和识别精度更高的红外制导武器。 新的红外隐身方法主要包括新型隐身材料和 新的隐身技术。新型隐身材料包括手性材料、纳 米隐身材料、导电高聚物材料、多晶铁纤维吸收 剂、智能隐身材料等［13］。未来的隐身涂料应具备 以下性能: 具有较低的红外发射率和可见光吸收 率; 具有对热辐射进行漫反射的合理表面结构; 能 与其它波段的隐身要求兼容; 具有良好的机械性 能和耐腐蚀性［14］。新的隐身手段主要指目标外 形设计、热源冷却方法和新的隐身机理。 6 结束语 随着红外隐身技术的发展，红外隐身技术广 泛应用于空中、地面和海上的军事目标。各种新 的隐身方法、隐身材料不断开发出来，红外隐身技 术正朝着全频段、智能化发展，在未来的现代化战 争中将发挥更加重要的作用。 参考文献: ［1］ 刘默伟，李航． 红外隐身技术的发展分析［J］． 舰船电子工程，2009，29( 5) : 25-27． LIU M W，LI H． Development analysis of the infrared stealth technology［J］． Ship Electronic Eng． ，2009，29( 5) : 25-27． ( in Chinese) ［2］ 陈慧华． 基于介孔氧化镧红外吸波材料的研究［D］． 南京: 东南大学，2008． CHEN H H． Study on infrared absorption material based on mesoporous lanthanum oxide［D］． Nanjing: Southeast University，2008． ( in Chinese) 822 中国光学 第 6 卷