紅外隱身原理及其應(yīng)用技術(shù)

課程（論文）題目：紅外隱身原理及其應(yīng)用技術(shù)內(nèi)容：1背景光電隱身技術(shù)可分為可見光隱身紅外隱身和激光隱身三大類光電隱身起源于期(20世紀(jì)60年代以前、技術(shù)全面發(fā)展時期(20世紀(jì)60～70年代和應(yīng)用時期(20世紀(jì)年代至。紅外隱身技術(shù)于20世紀(jì)70年代末基本完成了基礎(chǔ)研究和先期開發(fā)工作，并取得了突破性進展，已由基礎(chǔ)理論研究階段進入實用階段。從20世紀(jì)80年代開始國外陸?？杖娧兄频男率轿淦饕呀?jīng)廣泛采用了紅外隱身技術(shù)。紅外隱身技術(shù)通過降低或改變目標(biāo)的紅外輻射特征實現(xiàn)對目標(biāo)的低可探測性可通過改進結(jié)構(gòu)設(shè)計和應(yīng)用紅外物理原理來衰減吸收目標(biāo)的紅外輻射能量使紅外測設(shè)備難以探測到目標(biāo)。21概述從紅外物理學(xué)可知,物體紅外輻射能量由斯蒂芬玻耳茲曼定律決定：WT4式中W度;σ——玻耳茲曼常數(shù)；ε——物體的發(fā)射率；——物體的絕對溫度。溫度相同的物體，由于發(fā)射率的不同，在紅外探測器上會顯示出不同的紅外圖像鑒于一般軍事目標(biāo)的輻射都強于背景，所以采用低發(fā)射率的涂料可顯著降低目標(biāo)的紅外輻射能量。另一方面，為降低目標(biāo)表面的溫度，紅外偽裝涂料在可見光和近紅外還具有較低的太陽能吸收率和一定的隔熱能力，以使目標(biāo)表面的溫度盡可能接近背景的溫度，從而降低目標(biāo)和背景的輻射對比度，減小目標(biāo)的被探測概率。紅外偵察系統(tǒng)能探測目標(biāo)的最大距離R為：a 0 0 s R(J1/2/2DN1/2*[1/(wf1/2Va 0 0 s 式中Ja——大氣透過率；N——光學(xué)系統(tǒng)的數(shù)值孔徑；0——探測器的探測率ω——瞬時視場；f——系統(tǒng)帶寬Vs——信號電平；Vn——噪聲電平。紅外隱身的主要目的是減少公式中第一項的各項取值,也就是說,目標(biāo)的紅外隱身應(yīng)包括三方面內(nèi)容,一是改變目標(biāo)的紅外輻射特性,即改變目標(biāo)表面的發(fā)射率;二是降低目標(biāo)的紅外輻射強度,即通常所說的熱抑制技術(shù);三是調(diào)節(jié)紅外輻射的傳播途徑(包括光譜轉(zhuǎn)換技。2 )改變紅外輻射波段改變紅外輻射波段,一是使目標(biāo)的紅外輻射波段處于紅外探測器的響應(yīng)波段之外;二是使目標(biāo)的紅外輻射避開大氣窗口而在大氣層中被吸收和散射掉。具體技術(shù)手段可采用可變紅外輻射波長的異型噴管或在燃料中加入特殊的添加劑)調(diào)節(jié)紅外輻射的傳輸過程通常采用在結(jié)構(gòu)上改變紅外輻射的方向。對于直升外威脅方向的紅外輻射特征對于高超音速飛機來說機體與大氣摩擦生熱是主要問之一，可采用冷卻的方法，吸收飛機下表面熱，再使熱向上輻射。)模擬背景的紅外輻射特征技術(shù)模擬背景紅外輻射特征是通過改變目標(biāo)的紅外輻射分布狀態(tài)使目標(biāo)與背景的紅外輻射分布狀態(tài)相協(xié)調(diào)從而使目標(biāo)的紅外圖像成為整個背景紅外輻射圖像的部分。這種技術(shù)適用于常溫目標(biāo)，通常是采用外輻射偽裝網(wǎng))紅外輻射變形技術(shù)紅外輻射變形技術(shù)是通過改變目標(biāo)各部分紅外輻射的相對值和相對位置，來改變目標(biāo)易被紅外成像系統(tǒng)所識別的特定紅外圖像特征，從而使敵方難以識別，目前主要采用的是涂料。3 降低目標(biāo)紅外輻射強度也就是降低目標(biāo)與背景的熱對比度使敵方紅外探測器接不到足夠的能量減少目標(biāo)被發(fā)現(xiàn)識別和跟蹤的概率它主要是通過降低輻射體的溫降熱等。具體可采用以下幾項技術(shù):)減少散熱源技術(shù)盡量減少散熱源、采用散熱量小的設(shè)計和部件，采用閉環(huán)冷卻系統(tǒng)，改善氣動力特性，減少氣動力摩擦。)熱屏蔽技術(shù)采用熱屏蔽技術(shù)，以隔阻目標(biāo)內(nèi)部發(fā)出的熱量，使之難以外傳。是在整機布局上考慮熱屏蔽手段,位進行紅外遮擋。)空氣對流散熱技術(shù)空氣的輻射集中在大氣窗口以外的波段上，是一種能對紅而不能探測熱空空氣對流散熱技術(shù)充分利用空氣的這一特性，將熱能從目標(biāo)表面或涂層表面?zhèn)鹘o周圍空氣。4)熱廢氣冷卻技術(shù)為降低發(fā)動機排氣管的溫度，通常采用隔熱層和空氣對流。氣管外的隔熱層能使排氣管的紅外輻射大大降低在隔熱層上進行空氣對流冷卻也能排氣管外表面的紅外輻射特征進一步降低。對熱廢氣冷卻系統(tǒng)目前研制的有夾雜空氣冷卻和液體霧化冷卻兩種系統(tǒng)夾雜氣冷卻就是用周圍空氣冷卻熱廢氣流液體霧化冷卻主要通過混合冷卻液體的小液滴冷卻熱廢氣。4 光譜轉(zhuǎn)換技術(shù)是采用在3~μm和8~1μm波段發(fā)射率低、而在這兩個波段外射率高的涂料，使被保護目標(biāo)的紅外輻射落在大氣窗口以外。3裝備的紅外隱身都涉及紅外隱身材料問題紅外隱身材料具有隔斷裝備的紅外輻射能力同時在大氣窗口波段內(nèi)具有低的紅外發(fā)射率和紅外鏡面反射率按照作用原理紅外隱身材料可分為控制發(fā)射率和控制溫度兩類。31控制紅外隱身材料的發(fā)射率主要用涂料和薄膜兩類。涂料一般是采用具有較低發(fā)射率的涂料以降低目標(biāo)的紅外輻射能量且涂料還具有較低的太陽能吸收率和一定隔熱能力以避免目標(biāo)表面吸熱升溫并防止目標(biāo)有多熱紅外波段能量輻射出去。涂料通常由顏料和粘結(jié)劑配制而成。顏料有金屬半導(dǎo)體和著色顏料三種金屬顏料對降低涂料的紅外發(fā)射率效果最好所用材料主要是鋁摻雜半導(dǎo)體做顏料可使涂料同時具有紅外隱身和雷達隱身兩種功能。著色顏料用來改善涂料的可見光隱身特性。粘結(jié)劑除要求高的技術(shù)性能外還要求是透紅外的輻射能量與發(fā)射率僅為一次量輕。一般采用真空鍍膜方法，膜層厚度小于1μm膜、金屬多層膜、類金剛石膜4種。32控制溫度的紅外隱身材料包括隔熱材料、吸熱材料和高發(fā)射率聚合物。隔熱材料用來阻隔裝備發(fā)出的熱量使之難于外傳，從而降低裝備的紅外輻射強度外輻射。隔熱材料的表面還可涂各種涂料以達到其它波段的隱身效果。把熱輻射源的度——時間曲線拉平，有利于減少升溫引起的紅外輻射增強。高發(fā)射率聚合物涂層施加在氣動加熱升溫的飛行器表面上這種涂層應(yīng)當(dāng)在氣動熱達到的溫度范圍內(nèi)具有高的發(fā)射率使飛行器具有最大的輻射散熱能力使表面溫能迅速降下來，而在室溫則具有低的發(fā)射率。41飛機采用的紅外隱身技術(shù)主要有：)發(fā)動機噴管采用碳纖維增強的碳復(fù)合材料或陶瓷復(fù)合材料；噴口安放在機體方或噴管向上彎曲，利于彈體遮擋紅外擋板，在噴口附近安裝排氣擋板或紅外吸收裝置，或使飛機采用大角度傾斜的尾翼等遮擋紅外輻射；在尾噴管內(nèi)部表面噴涂低發(fā)射S到5~μm的大氣強損耗波段。)采用散熱量小的發(fā)動機。隱身飛機大多采用渦輪風(fēng)扇發(fā)動機，它比渦輪噴氣發(fā)動機的平均排氣溫度低200~25℃,使飛機的紅外隱身性能得到大大改善。用金屬石棉夾層材料對飛機發(fā)動機進行隔熱防止發(fā)動機熱量傳給機身如美國2隱身轟炸機采用50%~60的降溫隔熱復(fù)合材料7則采用了超過30的新型降溫隔熱復(fù)合材料。)在飛機表面涂覆紅外涂料，在涂料中加入隔熱和抗紅外輻射成份，以抑制飛把座艙和機載電子設(shè)備等產(chǎn)生的熱傳給燃油以減少飛機的紅外輻射或把熱在大氣中能充分傳熱的頻率下散發(fā)掉。)采用氣溶膠屏蔽發(fā)動機尾焰的紅外輻射，如將含金屬化合物微粒的環(huán)氧樹脂聚乙烯樹脂等可發(fā)泡高分子物隨氣流一起噴出它們在空氣中遇冷便霧化成懸浮泡有效屏蔽紅外輻射，同時還能干擾雷達、激光和可見光偵察設(shè)備。)降低飛機蒙皮溫度?？刹捎镁植坷鋮s或隔熱的方法降低蒙皮溫度；也可利用其國SR-71當(dāng)M3達600，飛機利用這一溫度對燃油進行預(yù)熱并通過機體結(jié)構(gòu)進行冷卻從而降低了飛機蒙皮溫度。通過采用上述各項技術(shù)措施可把飛機的紅外輻射抑制掉0,使敵方紅外探測器從飛機尾部探測飛機的距離縮短為原來的30，甚至更小。42控制艦艇紅外輻射特征的目的是降低不同區(qū)域的溫度差從而降低紅外偵察設(shè)備導(dǎo)彈的識別能力。艦艇采用的熱抑制措施主要有冷卻和屏蔽兩種。)冷卻——降低3~5μm波段的紅外輻射燃?xì)廨啓C和柴油機排放的高溫廢氣是艦艇在3~μm波段最強烈的紅外輻射源此國外在艦艇紅外隱身領(lǐng)域的工作，大都從降低廢氣溫度，抑制紅外輻射開始。術(shù)，它可使煙囪部位的紅外輻射強度大大降低，這已應(yīng)用在美國斯普魯恩級驅(qū)逐艦上采用此技術(shù)措施后，可降低艦艇在3~μm波段95以上的紅外輻射。減少艦艇燃?xì)廨啓C和煙囪的熱紅外輻射一般還采用雙層煙囪在煙囪底部開有空氣進孔以便使燃?xì)廨啓C的熱氣與大量的冷空氣混合從而大大降低煙囪排放廢氣溫度。對于柴油機排氣的紅外抑制目前普遍采用煙道冷卻和海水噴射技術(shù)英國的艦采用煙道冷卻后，艦艇紅外輻射降低60以上。德國海軍采用海水噴射裝置后，可排氣溫度由500℃降低到60℃。)屏蔽——降低8~14μm波段的紅外輻射降低艦8~1m波段的紅外輻射，主要采用屏蔽的方法?？刹捎眉t外隱身材料改變艦艇的紅外輻射特征使用隔熱材料來阻止艦艇艙內(nèi)的熱源向外輻射采用噴淋魯門號航母和英國的海幽靈護衛(wèi)艦等，都采用了噴淋水幕技術(shù)?？傊繕?biāo)內(nèi)在的紅外隱身技術(shù)在空中和海上的應(yīng)用與發(fā)展是不平衡的就目前的水平看飛機的紅外隱身技術(shù)比較成熟已達到實用階段應(yīng)用于飛機的設(shè)計和制造中艦艇的紅外隱身技術(shù)剛剛起步目前還只能是對現(xiàn)有裝備進行小的改進完成低水平的紅外隱身，離實用階段還有一定距離。綜上所述，為了降低水面艦艇的紅外輻射，各國主要采用：冷卻上升煙道的可見部分。(b冷卻排煙，使它盡可能地接近環(huán)境溫度。選取隱身材料，吸收3~μm的紅外輻射(d采用絕緣材料來限制機艙排氣管道及艙內(nèi)外結(jié)構(gòu)的發(fā)熱部位。對艦橋等上層建筑涂敷紅外隱身涂料這樣不僅能減少紅外輻射而且能減少反射。應(yīng)用紅外隱身材料進行屏蔽，從而降低艦艇8~1μm波段的紅外輻射。g采用海水噴射技術(shù)，降低排氣溫度。(h采用引射技術(shù)和煙囪噴水技術(shù)，使煙囪部位的紅外輻射強度大大降低。43坦克的紅外輻射主要來源于發(fā)動機及其排出的廢氣火炮射擊時的炮管履帶與面摩擦，以及受陽光照射而產(chǎn)生的熱。坦克裝甲車輛的紅外輻射抑制措施主要有：)發(fā)動機排氣和冷卻空氣出口只能指向后方，而且不能直指地面，以防揚塵。強度。)內(nèi)部熱耗散較低，朝向天空水平表面部分應(yīng)具有較高的發(fā)射率，以防向天空射垂直面及與垂直面成小角度平面的發(fā)射率