第一篇：激光雷達在軍事中的應用講解

激光雷達在軍事中的應用

作者

摘要：本文簡要介紹激光雷達的特點、激光雷達探測的基本物理原理及其在軍事領域的應用現狀．

關鍵詞：激光雷達；探測；軍事應用

1.引言 激光雷達是現代激光技術與傳統雷達技術相結合的產物，它像傳統的微波雷達一樣，由雷達向目標發射波束，然后接收目標反射回來的信號，并將其與發射信號對比，獲得目標的距離、速度以及姿態等參數．但是它又不同于傳統的微波雷達，它發射的不是微波束，而是激光束，使激光雷達具有不同于普通微波雷達的特點．

根據激光器的不同，激光雷達可工作在紅外光譜、可見光譜和紫外光譜的波段上．相對于工作在米波至毫米波波段的微波雷達而言，激光雷達的工作波長短，是微波雷達的萬分之一到千分之一，根據光學儀器的分辨率與波長成反比的原理，利用激光雷達可以獲得極高的角分辨率和距離分辨率，通常角分辨率不低于0.1mrad，距離分辨率可達0.1m , 利用多普勒效應可以獲得10m / s 以內的速度分辨率．這些指標是一般微波雷達難以達到的，因此激光雷達可獲得比微波雷達清晰得多的目標圖像。

激光束的方向性好、能量集中，在20km 外，其光束也只有茶杯口大小，因而敵方難以截獲，而且激光束的抗電磁干擾能力強，難以受到敵方有源干擾的影響．

由于各種地物回波影響，因而在低空存在微波雷達無法探測的盲區．而對于激光雷達，只有被激光照射的目標才能產生反射，不存在低空地物回波的影響，所以激光雷達的低空探測性能好．

激光雷達體積小、重量輕，有的整套激光雷達系統的重量僅幾十千克．例如為了適應海軍陸戰隊的需要，美國桑迪亞國家實驗室和伯恩斯公司都提出了手持激光

雷達的設計方案．相對于重達數噸、乃至

數十噸的微波雷達而言，激光雷達的機動

性能顯然要好得多．

任何事物都是一分為二的，激光雷達也有自身的缺陷．激光光束窄、方向性好，雖然表現出能量集中的優點，但不宜用作戰場監視雷達搜索大空域．而且激光的傳輸受環境影響大，尤其是在雨、雪、霧的天氣，激光在傳輸過程中的衰減更大．當然，激光在大氣層外傳輸時不易衰減，有其得天獨厚的優勢．經過幾十年的努力，科學家們趨利避害，已研制出多種類型的軍用激光雷達． 2.用干戰場偵察的激光雷達 眾所周知，普通的成像技術（如電視攝像、航空攝影及紅外成像等）獲得的場景圖像都是反映被攝區域輻射強度幾何分布的圖像，而激光雷達可以通過采集方位角一俯沖角一距離一速度一強度等三維數據，再將這些數據以圖像的形式顯示出來，從而可產生極高分辨率的輻射強度幾何圖像、距離圖像、速度圖像等，因而它提供了普通成像技術所不能提供的信息．

例如美國桑迪亞國家實驗庫研制的一種激光雷達，激光器功率為120MW，顯示屏幕的像素為64 X 64 元，視場內物體的圖像可顯示在屏幕上，每秒鐘更新4 次，并用不同顏色和灰度顯示物體的相對距離．這種激光雷達能對運動的裝甲車輛產生實時圖像，圖像分辨率足以識別車輛型號．

美國雷西昂公司研制的ILR100 型砷化稼激光雷達，可安裝在高性能飛機和無人機上，當飛機在120m～460m 高空飛行 時，獲得的影像可實時顯示在駕駛艙內的顯示器上，或通過數據鏈路發送到地面站． 3.用于大氣探測的激光雷達

現代戰場的偵察不能局限于人、兵器和建筑物的測量，因為天氣環境對戰場也很重要，例如風力、風向、溫度等都會對導彈、飛機等產生影響，尤其是核化生武器的使用更會污染戰場環境．利用激光雷達則可以進行某些微波雷達所不能完成的偵測工作，其主要原理是：通過射向大氣中的激光與大氣中的氣溶膠（如煙塵、粉末等）及大氣分子的作用，產生散射，探測器接收散射波并經分析、處理，可以檢測大氣的濕、溫、風、壓等基本參數，探測紊流，實時測量風揚起乃至大氣中的生物戰劑．

為了測得某一物理量，可根據相關物理學原理采用某一類型的激光雷達．例如，由物理學原理可知，對于同一波長的照射光，粒子直徑不同，散射情況也不同．當大氣中氣溶膠粒子直徑與照射的激光波長為同一數量級時，可以得到較強的散射信號．根據激光雷達接收到的散射信號的強度可以分析低空大氣乃至同溫層中氣溶膠粒子的直徑及密度，并可由此推得大氣的能見度，以至對云團、黃沙等進行分析．

又例如，物理學知識告訴我們，大氣分子在光作用下會發生極化，極化率的大小與分子的熱運動（即大氣溫度）有關，同時極化率的不同又引起媒質折射率的不同，使大氣中光學均勻性受到破壞，從而發生光的喇曼散射．因此，溫度不同，喇曼散射情況不同，由喇曼散射雷達可以分析大氣溫度．

還例如，由于物體與雷達之間有相對運動時會產生多普勒頻移現象，因此，根據發射后接收的回波頻率相對于發射波頻率改變的大小，可由多普勒雷達確定風速的大小．再如，若將激光雷達技術與光譜分析技術相結合，可進行戰場化學毒劑的偵測，因為每種化學毒劑分子都具有特定的吸收光譜．利用差分吸收激光雷達交替發出不同波長的光，根據接收到的各種不同波長光的散射信號強度，通過對比、分

析某一波長的光波在大氣中的衰減情況，就可確定大氣中是否含有吸收這一波長的毒劑以及相應的濃度．其實在測得某一物理量的同時，有時也可推得其他物理量．

目前激光雷達能測得的水平風速精度小于lm / S，水平風向精度小于50 ．據稱，美國將激光雷達裝置在C-141 飛機上，使空投精度提高2倍以上．B-2 隱身轟炸機利用機上的激光雷達來探測機尾是否出現凝結尾流，以便向駕駛員發出報警信號．俄羅斯研制成功的一種遠距離地面激光毒氣報警系統，可以實時地遠距離探測化學毒劑，確定毒劑氣溶膠云的斜距、中心厚度、離地面高度等相關參數，并通過無線電向己方部隊發出報警信號．德國研制的一種連續波CO2激光器，能發出40 個不同頻率的激光波，根據吸收光譜學的原理可探測和識別9μm～11μm波段光譜能量的化學戰劑．

4.用于跟蹤及火控的激光雷達

自20 世紀70 年代末，激光雷達開始用于坦克、火炮、艦艇和飛機的火控系統，尤其是激光自動跟蹤雷達，以其精確測距、精確測速、精確跟蹤的優點，獲得軍事家們的青睞．

根據不同的需要可以有精度更高的不同類型的激光跟蹤雷達．例如美國白沙導彈靶場的CO2激光雷達系統，能同時進行成像和距離的跟蹤測量．可在大角度范圍內以高跟蹤修正速率跟蹤單個目標，也可在多個目標之間重新確定目標．

美國空軍在毛伊島空間監視站利用特克斯特朗公司制造的激光雷達進行了試驗，不僅探測到距離達24km 的直升機，而且確定了直升機旋翼槳葉的數目和長度、旋翼的間距和轉速一些發達國家已制定了利用激光雷達對軌道上的衛星進行高精度位置和速度跟蹤，并提供空間飛行器的尺寸、形狀和方位信息的研究計劃．

例如美國“火池”激光雷達采用1.2m 直徑的巨型發／收望遠鏡、使用平均發射功率為千瓦級的連續波CO2氣體激光器，工作波長為10.6μm，采用外差探測方式，作用距離為1000km，跟蹤精度達1μrad ．在一次試驗中，“火池”獲得了從800km 外發的亞軌道探測火箭和充氣的再人飛行器誘餌的靶場多普勒圖像．

但從目前情況看，若利用地面激光雷達進行空間監視，即對衛星進行精密跟蹤、測量或用于洲際彈道導彈防御，由于目標識別距離在1000km 以上，所以激光雷達系統龐大復雜、造價昂貴．因此，人們正探討利用激光雷達與被動紅外系統相結合的方法進行彈道的估算工作． 5.用于水下探測的激光雷達

人們過去認為高頻電磁波不能穿透海水，所以聲納是傳統的水中目標探測裝置，根據聲波的反射和接收對目標進行搜索、定位、測速，但聲納體積大，重量一般在600kg 以上，有的甚至重達數十噸．經過長期研究，人們發現波長為0.46μm～0.53 μm 的藍綠激光能穿透幾百到幾千米的海水．

1981 年，美國在圣地亞哥附近海域12km 高度的水面上空與水下300m 深處的潛艇間成功地進行了藍綠激光通信試驗，這不僅打開了水上與水下聯絡的激光通道，也使激光的水下探測成為現實．利用激光雷達探測水中目標，是利用激光器發射大功率窄脈沖藍綠激光，并接收反射的回波來探測水下目標的方位、速度等參數，既簡便，精度又高．它具有足夠的空間分辨率來分辨目標的尺寸和形狀．

例如美國卡曼航空航天公司研制的用于探測水雷的“魔燈”激光雷達，能迅速探測水中目標，并自動實施目標分類和定位．1991 年海灣戰爭期間，“魔燈”激光雷達機被部署到海灣地區，成功地發現了水雷和水雷錨鏈．目前“魔燈”激光雷達已裝備在海軍航空兵的直升機上．美國諾斯羅普公司研制的機載水雷探測系統具有自動、實時檢測功能和三維定位能力，定位分辨率高，可以24 小時工作。

瑞典也研制了“手電筒”機載激光雷達，繼而還研制了“鷹眼”激光雷達．從目前研制的情況看，機載水下成像激光雷

達由于激光脈沖覆蓋面積大，其搜索效率遠遠高于非成像激光雷達，而且可以顯示水下目標的形狀和特征，便于識別目標．因此，水下成像激光雷達更受到軍事家們的重視，還被用作軍事領域的海洋測繪工具． 6.用于其他方面的激光雷達

激光雷達還可廣泛地應用于武器鑒定、指揮引導、障礙回避等許多方面．例如，在導彈發射初始段和目標低飛時，由于仰角太小，一般的微波雷達不易探測，而用普通的光學測量設備又不能實時輸出數據，即使給出，數據精度也不夠，因此，僅利用微波雷達不易進行彈丸的全程鑒定，激光雷達能在一定程度上彌補這方面的不足，可用于導彈發射初始段和低飛目標的測量、目標姿態的測定、再入目標和測量與識別．

美國研制的靶場測量激光雷達

（PATS）曾成功地跟蹤了70mm 火箭彈和105mm 炮彈的飛行全過程．據稱，利用9～10 臺PATS “接力”測量巡航導彈運行的全過程，測量精度可達10cm，測角精度可達0.02mrad，作用距離為100m ～4 000m.直升機在進行低空巡邏飛行時極易與地面小山或建筑物相撞．美、德、法等國研制了用于地面障礙物回避的激光雷達．例如，美國研制的直升機超低空飛行障礙系統，使用固體激光二極管發射機和旋轉全息掃描器，可將直升機前方的地面障礙物信息實時顯示在機載平視顯示器和頭盔顯示器上，以保障安全飛行．德國研制了一種固體1.54μm 成像激光雷達，視場為32ox32o。裝在直升機上能探測300m～500m 距離內直徑1cm 粗的電線．英、法聯合研制的“克萊拉”激光雷達是一種吊艙載的采用CO2激光器的雷達，安裝在飛機和直升機上不僅能探測標桿和電纜之類的障礙，還具有地形跟蹤、目標測距和指示活動目標等功能．

綜上所述，由于激光雷達獨特的物理性能，在軍事領域有著廣闊的應用前景．但是，由于激光自身傳輸中的缺陷、大功率激光器的研制及其相應配套光電設施和技術的限制，目前激光雷達還有許多有待改進的不盡人意之處．我們相信，隨著科學技術的發展，激光雷達在未來的軍事領域中將會放出更亮麗的奇光異彩． 參考文獻

(1)史通源，李樹河．物理學與高新技術．重慶：重慶大學出版社，1994

(2)陳心中，徐潤君，劉海．軍事高技術教程．北京解放軍出版社，1995

(3)楊洋．激光雷達在大氣測量中的應用．現代物理知識，2001 , 3

第二篇：機載激光雷達的應用現狀及發展趨勢

機載激光雷達的應用現狀及發展趨勢

摘要：機載激光雷達是一種應用越來越廣泛的對地觀測系統，本文簡要介紹了機載LIDAR系統及其測量原理，并重點綜述了機載LIDAR的應用現狀最后對其發展趨勢進行了展望。

關鍵字 ：激光； 激光器 ； 激光技術 ；激光雷達

一、機載LIDAR的技術原理

機載激光雷達（Light Detection And Ranging，LIDAR）是將激光用于回波測距和定向，并通過位置、徑向速度計物體反射特性等信息來識別目標。它體現了特殊的發射、掃描、接收和信號處理技術。機載激光雷達技術起源于傳統的工程測量中的激光測距技術，是傳統雷達技術與現代激光技術結合的產物，是遙感測量領域的一門新興技術。

自20世紀60年代末世界第一部激光雷達誕生以來，機載激光雷達技術作為一種重要的航空遙感技術，已經被越來越多的學者所關注。迄今為止，機載激光雷達的研究與應用均取得了相當大的進展，雖然機載激光雷達無法完全取代傳統的航空攝影測量作業方式，但可以預見，在未來的航空遙感領域，機載激光雷達將成為主流之一。進入90年代，機載激光雷達系統進入實用化階段，并成為雷達遙感發展的重要方向之一。機載LIDAR系統是一款高速度、高性能、長距離的航空測量設備，該系統由激光測高儀、GPS定位裝置、IMU（慣性制導儀）和高分辨率數碼照相機組成，實習對目標的同步測量。測量數據通過特定方程解算處理，生成高密度激光點云數值，為地形信息的提取提供精確的數據源。其應用已超出傳統測量，遙感，以及近景測量所覆蓋的范圍，成為一種獨特的數據獲取方式。

與普通光波相比，激光具有方向性好、單色性好、相干性好等特點，不易受大氣環境和太陽光線的影響。使用激光進行距離測量可大大提高了數據采集的可靠性抗干擾能力。當來自激光器的激光射到一個物體的表面時，只要不存在方向反射，總會有一部分光會反射回去，成為回波信號，被系統的接收器所接收，當儀器計算出光由激光器射出返回到接收器的時間為2t后，那么，激光器到反射物體的距離d=光速c×t2。

在機載激光雷達系統中，利用慣性導航系統獲得飛行過程中的3個方位角（ψωκ），通過全球定位系統（GPS）獲取激光掃描儀中心坐標（x y z），最后利用激光掃描儀獲取到激光掃描儀中心至地面點的距離D，由此可以計算出此刻地面上相應激光點（X Y Z）的空間坐標。

假設三維空間中一點的坐標已知，求出改點到地面上某一待定點P（XYZ）的向量，則P點的坐標就可以由加得到。其中點為遙感器的投影中心，其坐標可利用動態差分GPS求出，向量的模是由激光測距系統測定的機載激光測距儀的投影中心到地面激光腳點間的距離，姿態參數可以利用高精度姿態測量裝置（INS）進行測量獲得的。

利用機載LIDAR系統進行測高作業，根據不同的航高作業，根據不同的航高，其平面精度可以達到0.15至1米，高程精度可達10cm至30cm，地面分辨率甚至可達到厘米級。可以說，機載LIDAR系統是為綜合航射影像和空中數據定位二設計的新技術手段，它能為測繪工程、數字地圖和GIS應用快速提供精確的空間坐標信息和三維模型信息。

二、機載LIDAR的應用現狀

機載LIDAR 一高精度、高分辨率、高自動化且高效率的優勢，已成為世界各國進行大面積數值地表數據測制的重要主流與趨勢，其多重反射的特性，可同時獲取地面及其覆蓋物（植被、電力線等）的精確三維坐標，而透水激光雷達系統更可穿透水體而量測水底的地形起伏。其獲取的高精度高分辨率DEM，可作為土地利用、工程建設規劃、都市計劃管理，河海地形、潮間帶、集水區、山坡檢測，地理信息系統、防災、礦業、農業、林業、公共管理線等方面數值化、自動化等應用基礎。1.數字城市應用

在數字化程度越來越高的今天，基于二維城市形象系統已經不能滿足形象時代的要求，將三維空間形象完整呈現已經成為發展的必然，也是“數字地球”的要求。因此，對快速獲取三維空間數據，模擬和再現現實生活提出了更高的要求。LIDAR系統在城市中更能體現其不受航高、陰影遮擋等限制的優勢，能夠快速采集三維空間數據和影像，房屋建模速度快，高程精度高，紋理映射自動化程度高，能夠滿足分析與測量的需求，廣泛用于城市規劃的大比例尺地形圖獲取。2.工程建筑測量

機載激光雷達測量能夠為道路工程及其他建筑項目提供準確的高程數據。機載激光雷達生成的DEM結合GIS及CAD軟件，可以是設計人員模擬各種方案以選擇出最佳路線或最好位置。對于施工錢的原始預測，DEM結合正射影像可以為工程設計人員提供他們所需的大量地形和測量信息。3.電力設計勘測選線和線路監測應用。

在進行電力線路設計時，通過LIDAR數據可以了解整個線路設計區域內的地形和地物要素的情況。4.災害監測與環境監測

利用機載LIDAR產生的DEM，水文學家可以預測洪水的范圍，制定災難減輕方案以及補救措施。典型的一套機載激光雷達系統可以在四小時內用一架固定翼飛機完成長30km區域的勘測。其垂直精度和達15cm，平均點距為1.5m，合計記錄了153000000個反映詳細地形和地物的數據點。也廣泛應用于自然災害（如颶風、地震、洪水滑坡等）的災后評估和響應。5.海岸工程

傳統的攝影測量技術有時不能用于反差小或無明顯特征的地區，如海岸及海岸地區。另外海岸地區的動態環境也需要經常更新基準測量數據。機載LIDAR是一種主動傳感技術，能以低成本做高動態環境下常規基礎海岸線測量，且具有一定的水下探測能力，可測量近海水深70m內水下地形，可用于海岸帶、海邊沙丘、海邊提防和海岸森林的三維測量和動態監測。6.林業應用 機載激光雷達系統的最早商業應用領域之一即為森林工業，森林業者和國土管理者需要森林及樹冠下面的準確數據。在傳統技術下，樹高與樹的密度很難獲取的信息。在數據的后處理中，獨立的激光返回值可分為植被返回值和地面返回值，根據LIDAR數據，分析森林樹木的覆蓋率和覆蓋面積，了解樹木的疏密程度，年長樹木的覆蓋面積和年幼樹木的覆蓋面積。通過LIDAR數據可以概算出森林占地面積和樹木的平均高度，及木材量的多少，便于相關部門進行宏觀調控。7.文化遺產保護

大型的文物古跡和室外的不可以移動文物，需要測量其三維數據，以便進行修復和保護。對于出于惡劣測量環境下或不可直接觸摸的文物，LIDAR技術就成為了一種直接獲取三維數據的很好的解決方案。8.油氣勘探

石油及天然氣工業的勘測程序常常需要在短時間內快速傳送與地形數據XYZ為準相關的數據。雖然有多種方法處理收集位置數據，但機載激光雷達測量是一種高速且不接觸地面的數據獲取方法，大多數情況下，從勘探開始到最終數據發送只需要幾周的時間。在一些復雜的環境地區勘測，砍伐樹木的費用要幾千美元一公頃。如用機載激光雷達進行勘測，最多只需要砍伐幾行樹，這樣可以節省大量的經費且減少對環境的影響。

三維激光雷達技術是實現空間三維坐標和影像數據同步、快速、高精度獲取的國際領先看空間技術，在采集地表數據方面具有傳統航空攝影測量所無法比擬的巨大優勢，三維激光雷達技術是即GPS以來測繪領域的又一場技術革新，是高精度逆向三維建模及重構技術的革命，是進行大區域空間探測的利器，是數字中國及各行業數字化的必由之路，將對電網、水利、交通、規劃、國土、礦山、海洋、氣象、農業、林業、古跡保護等各個領域產生深遠影響。

二、機載LIDAR的發展趨勢

近幾年，隨著相關技術的不斷成熟，機載激光雷達技術得到了蓬勃發展，歐美等發達國家許多公司和科研機構投入了的大量的人力物力和財力進行相關技術和系統的研究，并先后研制出多種機載激光雷達系統，相繼投入商業運作。記載激光雷達在測繪市場所占的份額不斷擴大，其應用的領域和深度也日益拓寬和加深。我國的學者也投入道路激光雷達技術的研究中，也有一些公司從國外引進了機載激光雷達設備用于商業運作。但總體而言，我國在機載激光雷達的硬件研制及理論研究和實踐應用方面都落后與發達國家，為使這項高新技術能夠在我國的國民經濟建設中發揮其應有的作用，開展記載激光雷達技術的理論和應用研究具有非常重要的理論價值和現實意義。雖然目前已有多種激光雷達系統在使用，但激光雷達仍是一項處在不斷發展中的高新技術，許多新體制激光雷達仍在研制或探索之中。在今后的一段時期內，激光雷達的研究工作將主要集中在不斷開發新的激光輻射源、多傳感器系統集成和不斷探索新的工作體制和用途方面。

1.開發新型激光輻射源 目前，在中遠距離應用中，波長為1.06μm的Nd：YAG激光器和波長為10.6μm的CO2激光器仍是激光雷達的主導輻射源。近年來隨著大功率半導體激光二極管技術的不斷完善，在近距離應用條件下半導體激光器的應用也日益廣泛。在未來若干年內，二極管泵浦的固體激光器技術和光參量振蕩器技術將是新型激光源的關鍵技術。

利用光學參量振蕩器可獲得寬帶可調諧、高相干的輻射光源，在激光測距、光電對抗光學信號處理等領域以顯示出廣泛的應用前景。光學參量振蕩器的理論最早在1962年由Kroll提出，1965年美國貝爾實驗室首先在脈沖激光器上實現光學參量震蕩，國際上在70年代建立了完善的參量互作用理論，并在80年代后，隨著一些性能優良的非線性晶體的出現，使得OPO技術的研究取得重大突破，OPO技術進入了實用階段。近年來，隨著二極管泵浦的固體激光技術的發展，全固化寬調諧OPO技術得以迅速發展，它具有高效率、長壽命、結構緊湊、體積小、重 量輕、可高重復頻率工作等特點。美國直升機防撞激光成像雷達和預警機載“門警”系統激光雷達，英國的查分吸收光雷達都是采用OPO做輻射源。可預計，未來將會有更多的OPO激光雷達問世。2..多傳感器集成和數據融合

激光雷達的另一個發展方向是成像應用。激光雷達成像具有優越的三維成像能力，其數據處理算法相對簡單，不需要多批次圖像融合即可得到偵查區域多層次的三維圖，與其他成像偵查手段相比，在實效性方面具有不可比擬的優勢。與光學和微波成像相比，激光雷達成像在獲得偵查區域目標的同時能快速獲得目標高程數據，提高對戰場的探測能力。激光雷達成像所獲得的是目標距離和強度數據，激光雷達數據圖像與可見光數據圖像、紅外電視數據圖像等其他數據圖像的融合在目標物特征提取、識別等方面具有重要的作用。激光雷達數據圖像包含目標的位置、體積、形狀等三維立體信息，充分反映目標的幾何信息。但激光雷達數據由于激光譜線成像，光譜信息單一，不能充分反映目標物的物理屬性信息。而可見光數據圖像、紅外電視數據圖像包含豐富的目標光譜信息，但目標的幾何信息只有二維的平面位置信息。將激光雷達數據圖像與可見光數據圖像、紅外電視圖像相融合，實現多傳感器集成，可發揮出各自的優勢。2.不斷探索激光雷達新體制

多年來，對激光雷達新體制的探索工作一直在進行，尤其最近幾年研究工作比較活躍，包括激光相控陣雷達、激光合成孔徑雷達、非掃描成像激光雷達等。相控陣激光雷達是通過對一組激光束的相位分別進行控制和波束合成，實現波束功率增強和電掃描的一種體制。美國自70年代初開始研究激光相控陣技術，實現一維光相控陣以來，先后研制出多種二維移相器陣列并制成以液晶為基礎的二維光學相控陣樣機。

合成孔徑雷達是利用與目標做相對運動和小孔徑天線并采用信號處理方法，獲得高方位分辨力的相干成像雷達。利用激光器做輻射源的激光合成孔徑雷達，由于 頻率遠高于微波，對于同樣相對運動速度的目標可產生大得多的多普勒頻移，因此，很像距離分辨率也高得多，而且利用單個脈沖可瞬時測得多普勒頻移，無需高重頻發射脈沖。正因為如此，基于距離多普勒成像的激光合成孔徑雷達的研究工作受到重視。美國自80年代開始開展了激光合成孔徑雷達的概念研究，并進行了原理實驗。實驗研究采用重復頻率為100Hz的TEA CO2相干脈沖激光器，脈寬為150ns，峰值功率為100kw，以單縱橫工作，而且頻率可調。盡管迄今尚未見到成功的報道，但仍不失為激光雷達的一個發展方向。自90年代初以來，美國Sandia國家實驗室一直致力于發展一種新體制激光成像激光雷達不需要機械掃描，而是利用高頻強度調制的激光器照射目標，用帶向增強器的CCD攝像機接收回波，經過數字信號處理依次提取每個光點的距離信息，形成目標的強度距離三維圖像。其特點是簡單、可行、體積小、重量輕、可得到高分辨率圖像。因而防撞、自主導航、目標識別、自動檢驗、視景、警戒、監視和地形測繪等軍事和民用方面具有廣闊的應用前景。

第三篇：復合材料在軍事領域的應用

復合材料在軍事領域的應用

軍用新材料是軍用高技術的基礎，誰能更快地開發和應用具有特定性能的新材料，誰就擁有最強大的技術潛力。因此世界各國軍事部門都把軍用新材料的研究開發放在特殊的地位，各國的軍用高技術計劃無不以新材料作為其重要的內容之。

當前新材料的發展重點是具有優異性能的結構材料和具有特殊功能的功能材料。結構材料包括金屬材料和復合材料。先進復合材料是指用高性能纖維及編織物增強不同基體所制成的一種高級材料。先進復合材料是結構材料的主要發展方向。這種材料的特點是強度大、比重小、具有良好的氣動彈性性能，并且能大批量生產。

材料的復合化是材料發展的必然趨勢之一。復合材料是人們運用先進的材料制備技術將不同性質的材料組分優化組合而成的新材料。復合材料與其它單質材料相比具有高比強度、高比剛度、高比模量、耐高溫、耐腐蝕、抗疲勞等優良的性能，倍受各國技術人員的重視。因復合材料具有可設計性的特點，已成為軍事工業的一支主力軍，復合材料技術是發展高技術武器的物質基礎，是現代精良武器裝備的關鍵。目前軍用復合材料正向高功能化、超高能化、復合輕量和智能化的方向發展，加速復合材料在航空工業、航天工業、兵器工業和艦船工業中的應用是打贏現代高技術局部戰爭的有力保障。

復合材料已經在航空航天工業以及各種武器裝備上得到了廣泛地應用。隨著復合材料技術不斷發展，應用的結構部件已由次承力件發展到主承力件，而巳應用面逐步擴大。先進復合材料已成功地應用在F－－

16、F－－

18、“幻影”2000等軍用飛機、“民兵”、“三叉戟”、“株儒”等戰略導彈，以及M—L、T—72、“豹”－－Ⅱ等坦克上，并取得了良好的效果。為進一步推動復合材料在武器裝備上的應用，美國正在實施“先進設計復合材料飛機”計劃，預計復合材料將占飛機結構質量的68.5％，并使整個結構質量減輕35％。隱形材料是特種功能復合材料的重要發展方向。

功能復合材料在軍事領域的應用功能復合材料是指除力學性能以外還提供其他物理性能并包括化學和生物性能的復合材料。功能復合材料設計自由度大，按功能一多功能一機敏一智能的形式逐步升級。功能復合材料將具有電、聲、光、熱、磁特性的材料，按不同的應用進行組合匹配，得到不僅保持原有特性，還產生一些新特性或具有比原來更優越特性的材料。現代化高技術常規戰爭極大地提高了武器的對抗性、精確性，未來的智能武器、隱形武器、電子戰武器、激光武器以及新概念軟殺傷武器等的設防、跟蹤，使功能材料成為關鍵技術。目前，功能復合材料涉及面寬，下面就軍事領域較常用的功能復合材料做一簡單介紹。

隱身材料

隱身材料是實現武器隱身的物質基礎。武器裝備如飛機、艦船、導彈等使用隱身材料后，可大大減少自身的信號特征，提高生存能力。聲隱身材料包括消聲材料、隔聲材料、吸聲材料及消聲、隔聲、吸聲的復合體，主要用于新一代潛艇。雷達隱身材料能吸收雷達波，使反射波減弱甚至不反射雷達波，從而達到隱身的目的。另外，一些由硅、碳、硼、玻璃纖維，以及某些陶瓷與有機聚合物構成的復合材料，有很高的機械強度，可用于制作部分結構件，如飛機蒙皮、雷達天線罩等，同時又具有隱身功能。紅外隱身材料主要用于車輛、艦艇、軍用飛機及其他軍用設施，使這些裝備和設施的紅外輻射與背景基本達到一致，敵人的紅外探測器難以分辨。用鋁粉及含有二價鐵離子的材料作為填充料，加到能透過紅外線的粘結劑中，可構成紅外隱身涂料。可見光隱身材料通常由鋁粉、多金屬氧化物粉和有機物復合而成，或由摻雜的半導體材料構成，可形成與背景顏色相匹配的迷彩圖案，滿足可見光隱身的要求。激光隱身材料用來對抗激光制導武器、激光雷達和激光測距機，要求這些材料對激光的反射率低可吸收率高。對隱身材料來說，對某種探測手段的隱身性能好，往往對另一種探測手段的隱身性能就不好，即隱身材料的相容性問題。為解決這一問題，研制了兼容型隱身材料，如雷達波、紅外兼容隱身材料，紅外、激光兼容隱身材料，雷達波、紅外、激光等多種兼容的隱身材料，這是當前隱身材料的發展方向。

應用于隱身的現代隱身技術，除了熱紅外線和自身電磁隱身外，主要使用新型吸收波材料，即在飛機表面涂抹能大量吸收雷達波的新型介質材料，將雷達電磁波吸收，使雷達無法發現，納米復合材料是隱身吸波材料研究的重要方向。為應付不同雷達的不同工作方式，現在的隱身飛機已經開始有選擇地使用吸收材料。目前，美、英等國正進行主動抵消技術的研究，即利用吸收材料先吸收大部分雷達波，剩下的少量的反射波再利用主動抵消技術將其全部抵消，雷達就會完全失去作用。美國的F一¨7戰斗機采用6種吸波材料，機身機翼和V型垂尾外表面貼吸波薄板或鐵氧體復合涂層，起到很好的隱身效果，在1991年的海灣戰爭中出動1000多架次而無一受損，在國際上引起了極大的反響，可見隱身材料在高技術戰爭中的地位。

隱形材料可以吸收大量的雷達波信號，從而達到防探測的目的。它可以涂復在飛行器外表上，也可作為飛行器的蒙皮構件。好的吸波材料可以吸收雷達波99％以上的能量。海灣戰爭中使用的F—L17A隱形飛機，除了具有良好的隱形外形和進氣道設計外，主要是涂復了良好吸波材料。美國最新研制的新一代戰斗機F－－22，也大量采用丁吸波材料，因而具有良好的隱形性能。

軍用新材料是軍用高技術的基礎，誰能更快地開發和應用具有特定性能的新材料，誰就擁有最強大的技術潛力。因此世界各國軍事部門都把軍用新材料的研究開發放在特殊的地位，各國的軍用高技術計劃無不以新材料作為其重要的內容之。

智能材料

智能材料是把傳感器、致動器、光電器件和微型處理機等埋在復合材料結構中，具有感知周圍環境變化，針對這種變化具有自診斷功能、自適應功能、自修復自愈合功能，且具有自決策功能的復合材料。智能材料成為當前研究的新熱點。飛機上采用的智能結構是由各種智能材料制成的傳感元件、處理元件和驅動元件組成的，而這3個組成部分相當于人的神經、大腦和肌肉。格魯曼公司將光導纖維埋人樹脂基復合材料制成機翼以提高飛機效率，這些光導纖維能像神經那樣感知機翼上因氣候條件變化而引起的壓力變化，根據光傳輸信號進行處理后發出指令，通過驅動元件驅動機翼前緣和后線自行彎曲。驅動可通過電流由壓電陶瓷變形來實現，也可通過磁場由磁致伸縮材料變形來實現，或通過加熱由形狀記憶合金發生位移來實現，還可應用于無人飛機上。在磁致伸縮材料中，鐵稀土合金具有最大的磁致伸縮效應。智能材料壓電陶瓷制成的傳感器和驅動器可解決機翼和尾翼的顫振問題，例如F／A—JSE／F垂尾的振動試驗表明，振動減少了8O。

智能材料還將在其他領域發揮它的聰明才智，例如美國正在制造一種小型智能炸彈。可使一架重型轟炸機同時精確攻擊數百個獨立目標，還準備給這種炸彈裝上智能引信，巧妙地做到“不見目標不拉弦”。在地面作戰中，若要使坦克不被擊中，除提高機動性能外。更重要的是發展“主動裝甲”，即能預先識別目標。并利用誘餌觸發和物理摧毀方法，破壞來襲兵器的由復合材料制成的合成系統，即在復合裝甲中引入敏感、傳感、微電子等材料和技術而構成的多功能智能材料系統。將新的控爆材料，輕質多孔隔熱、隔音、防火與防沖擊材料用于坦克裝甲車輛，就可以保證這些車輛中彈后能繼續戰斗。總之，智能材料雖然尚處于早期開發階段，但正孕育著新的突破和大的發展。設計和合成智能材料需要解決許多關鍵技術問題，智能材料這一復雜體系的材料復合應能仿照生物模型，確保在設計的結構層次上將多種功能集于一體，建立起傳感、驅動和控制網絡，通過建立數學或力學模型，進一步優化。

軍用復合材料的可設計性

復合材料已廣泛應用于飛機、火箭、人造衛星和國防等各個領域。但復合材料的設計是一個復雜的系統性問題，它涉及環境載荷、設計要求、材料選材、成型方法及工藝過程、力學分析、檢驗測試、維護與修補、安全性、可靠性及成本等諸多因素。對于飛機、火箭等軍用材料減輕結構重量、提高有效載荷是設計者追求的永恒主題。材料的設計應從最大限度的安全性、可靠性出發來考慮經濟貢獻，同時材料的選擇應該滿足復合材料設計中所提出的要求，符合軍事工業領域的規范和要求；在設計軍用復合材料及其結構時，必須進行系統的實驗工作，了解并掌握復合材料及其結構在靜載荷、動載荷、疲勞載荷及沖擊載荷作用下，在室溫、高溫、低溫、濕熱、輻射和腐蝕等不同使用環境下的各種重要性能數據，為軍用復合材料的設計提供科學的依據。在兵器高技術的迅速發展過程中，先進軍用復合材料是國際兵器高新技術發展的基礎，應是多種學科的綜合，復合材料整體化、優選化、智能化是未來高技術兵器發展的必然趨勢。軍用復合材料正向著低成本、高性能、多功能和智能化方向發展，在未來的軍事高技術領域有著舉足輕重的地位，并具有十分良好的產業化前景。

復合材料在軍用舟橋裝備中的應用

戰時為了保障部隊及兵器的高速機動, 維持前 線和后方的交通暢通, 保證軍事物資的順利補給, 舟 橋裝備對戰爭有決定性的作用。浮橋結合、架設迅 速, 便于撤收和隨軍轉移。它受河流深度、河床地形 和土壤性質等地理特征的影響小, 具有固定橋腳橋 梁無法比擬的優點。按照戰術要求, 還可以靈活地 使用橋腳舟拼組成門橋實施渡河。它適用于寬大江 河和復雜的水文環境[ 1]。現代戰爭對軍用舟橋有很 高的技術要求: 具有足夠的承載能力。現代武器 裝備, 尤其是坦克和自行火炮等主戰兵器, 重量都日 益增加。戰場物資消耗量大, 補給物資的運輸任務 極其繁重。快速架橋。部隊的快速前進往往是爭 分奪秒, 因此要求結構簡單, 技術難度低, 以簡化作 業過程。!機動性好。關鍵在于減輕舟橋器材的自 重, 這往往與承載能力的要求相矛盾。?有足夠的 抗毀傷能力。戰場環境惡劣, 所用材料對火燒及震 動應有抵抗力, 橋腳舟具有良好的抗沉性, 結構能經 受局部破壞。舟橋裝備適用復合材料

我軍的舟橋裝備, 包括帶式舟橋、橋腳分置式舟 橋以及輕型渡河器材(沖鋒舟和汽艇等), 幾乎全部 采用鋼材。鋼材的優點在于強度高, 塑性和韌性好, 彈性模量高, 各向受力均勻, 性能可靠, 設計計算理 論成熟。在舟橋裝備的使用中, 鋼材也暴露出許多 突出的缺點。比如重量大, 嚴重影響裝備的機動性 能和戰場架設速度, 耐腐蝕性差, 維修保養費用高 等。復合材料在舟橋裝備中的應用已開始起步。其 主要優點是比強度高, 可在保證承載能力的前提下 降低裝備自重, 運輸架設輕便, 因而有利于提高機動 性能和架設速度等技術指標。它的可設計性好, 能 夠按照結構的受力要求, 通過選擇組分和結構選型 實現優化設計, 滿足軍事裝備的苛刻要求。戰時軍 用浮橋通載頻繁, 工況復雜, 隨時可能遭受爆炸產生 的沖擊破壞作用。纖維增強復合材料可吸收一定的 沖擊能量, 減震性能和疲勞強度好[ 2]。另一突出優 點是耐腐蝕, 可適應惡劣的工作環境, 在化工建筑和 永久性地下(水下)工程中表現優秀[ 3]。舟橋裝備使 用復合材料能大大增強抗腐蝕性能, 簡化維修保養, 延長使用壽命, 在全壽命期內具有較好的經濟性 能[ 4]。

由此可見, 復合材料在舟橋裝備中的應用乃大 勢所趨。縱觀現有研究工作, 在適用于舟橋裝備的 復合材料中討論最多的有兩種, 玻璃鋼和泡沫塑料。玻璃鋼用做結構材料;泡沫塑料用做飄浮材料, 以提 供浮力。21

玻璃鋼

玻璃鋼在軍事工業上應用十分廣泛, 已經成功 用于制造飛機和導彈上的受力結構件。實際上, 在 二戰期間發明玻璃鋼后, 最早的應用就是軍事工業。全玻璃鋼的偵察艇、登陸艇、掃雷艇早已經問世, 并 已造出1000t 級的玻璃鋼艦艇。1982 年, 北京密云 縣建成一座玻璃鋼蜂窩箱梁公路橋, 跨徑20.7m, 寬 9.2m, 載重80t 左右[ 5]。玻璃鋼在造船和橋梁方面 的應用是玻璃鋼適用于舟橋裝備的有利佐證, 并可 為其提供設計參考。玻璃鋼的主要缺點在于抗沖擊 性能不足, 在潮濕環境中易產生老化, 必須采取一定 的表面防護措施, 才能應用于舟橋裝備。目前普遍 采用有機復合涂層。研究表明, 表面防護層能較大 增強復合材料的耐環境老化能力和抵抗外力對表面 的劃傷。軍用裝備特別關注玻璃鋼的防火性能, 建 筑工業有類似的要求[ 6] , 這一難點已基本解決。玻 璃鋼的工藝方法成熟, 成型簡單方便, 易實現機械化 和自動化生產, 制造成本低, 生產周期短。22

泡沫塑料

以聚氨酯為代表的泡沫塑料, 密度小, 能提供大 的漂浮力, 是理想的漂浮材料。它們的比強度高, 生 產工藝成熟, 發泡方法簡單實用, 成型方便, 廣泛使 用于漂浮、救生和打撈裝置。美軍曾用泡沫塑料制 成靶船, 可供射手連續射擊而不沉沒。聚氨酯泡沫 2002年7月玻璃鋼/ 復合材料45 FRP/ CM

2002No.4 塑料的化學穩定性好, 能耐多種有機溶劑, 若帶有致 密的保護表皮層, 則對復雜環境的適應性更強。實 踐證明, 其性能經得住較長時間的考驗。此外, 泡沫 塑料制品的適應性強, 可通過改變原料和調整配方 得到不同特性的產品, 經濟性能優良[ 3]。

泡沫塑料的力學性能與泡孔特性有密切關系。漂浮器材使用的泡沫塑料均為閉孔結構, 泡孔具有 單胞性。每個泡孔都是一個獨立的漂浮元件, 刺破 或打穿時對整體的漂浮性能影響甚微。漂浮用泡沫 塑料的密度較小, 而表面強度往往偏低。這一缺陷 有兩種解決方法:

在材料表面覆蓋一層玻璃纖維 增強樹脂;利用特殊發泡工藝在高強度蒙皮中整 體成型。兩種方法的增強效果都很好。泡沫塑料的 另一重要指標是阻燃性能, 對于軍事裝備尤為重要。它應具有不易著火, 火焰傳播性小, 發煙量少, 燃燒 時生成的有害氣體少等特性。硬質聚氨酯泡沫塑料 在加入阻燃劑后, 可較好的滿足阻燃性要求。應用實例

(1)網架實心舟。目前軍用舟橋器材的橋腳舟 均為鋼結構形式, 因自重受到嚴格限制, 大多數制式 單舟內部未設水密隔艙。當結構受到局部破壞時, 鋼結構空心舟體的抗沉性能很差, 難以滿足戰時裝 備抗毀傷能力要求。鋼結構舟體的使用壽命因腐蝕 問題受到嚴重影響, 除銹防腐的保養工作耗費大量 的人力物力。考慮到復合材料的諸多優點, 若用輕 質復合材料制成實心舟體, 則可在相當程度上改進 其使用性能。網架作為新型受力結構在承載時內力 分布更為合理。其分析理論和設計制造方法日臻成 熟。隨著化學工業的發展, 泡沫塑料的密度、強度、阻燃和耐老化等性能已具備用于制作承重橋腳舟的 條件。因此, 可以采用以復合材料管材網架作為受 力結構, 并在內部填充發泡材料作為軍用舟橋器材 的舟體(簡稱網架實心舟)[ 4]。網架實心舟的承載能 力與相同尺寸的鋼結構橋腳舟大致相當, 對現有舟 橋裝備配套器材基本無需改動, 卻具有鋼質空心舟 無法比擬的抗沉性能和耐腐蝕性能, 而且自重較輕, 使用壽命更長。與鋼舟相比, 網架實心舟的制作無 需復雜的工藝流程, 生產方法簡單高效。遵循#平戰 結合?的思想, 可以在平時儲存制作網架實心舟所需 的桿件和球節點, 戰時再快速組裝生產。如此即可 節約橋腳舟的貯存場地和費用, 免去平時的保養維 護工作, 延長裝備的使用壽命。

(2)門橋增浮材料。門橋是武器裝備渡河的主 要方式之一。由于大量主戰兵器的噸位顯著增加, 部分級別的制式門橋噸位偏低, 因此迫切需要研制 出相應器材, 能在不改變門橋原有結構、不影響原有 操作的前提下快速提高門橋的承載力并適當提高其 抗沉性。用泡沫塑料制成浮塊單元, 作為增浮器材 通過適當方式加掛于門橋橋腳舟舷外, 即可達到提 高門橋承載力的目的。增浮器材的應用方便靈活, 無需對現有的舟體做任何改動, 也不影響拼組和結 合漕渡門橋的其他操作, 而且較好地滿足了浮性、穩 性和拖航性等方面的要求。泡沫塑料浮塊上的連接 結構適用于浮塊之間的相互連接, 因此可根據需要 將浮塊單獨拼組為渡人浮筏、輕型浮橋和渡送輕型 車輛的浮筏, 達到了一物多用的目的[ 7]。泡沫塑料 價格低廉, 生產工藝成熟, 提高舟橋裝備承載力的效 果顯著[ 8] , 免去了研制新型裝備的繁瑣過程和巨額 費用, 體現了復合材料優良的經濟性能。

(3)軍用船艇。玻璃鋼船體自重輕, 可增加有效 裝載, 減少阻力, 增加航速, 節省燃料, 提高經濟效 益。復合材料不同于金屬材料, 它是在制造材料的 過程中即形成構件, 免去了鋼材所需的復雜加工工 藝, 可設計性好, 加工成型方便, 尤其受船舶工業的 歡迎。玻璃鋼具有良好的抗磁、隔音、電絕緣性能和 不反射雷達波等特點, 特別適合軍事裝備, 廣泛用于 掃雷艇和巡邏艇等[ 8]。玻璃鋼船艇的制造已不存在 任何實質性的問題, 開發重點是如何在性能與穩定 性方面、經濟與安全方面取得優化協調[ 9]。秦皇島 玻璃鋼廠曾生產過班用沖鋒舟, 但仍處于試生產階 段, 與定型生產和大量裝備部隊的要求尚有差距。結束語

復合材料用于軍事裝備的優異性能是毋庸置疑 的。從長遠考慮, 其應用大有前途。發展復合材料 并不是要丟棄傳統材料。傳統材料的應用已有數百 年的歷史, 它有自己獨特的優勢, 短期內不可能被完 全代替。近年來, 傳統材料領域在積極發展新工藝、新理論, 以充分發掘材料性能的潛力。應用復合材 料時應考慮與傳統材料的混合使用, 仔細研究它們 的連接方式, 求得性能的最佳結合。參考文獻

洪修和.浮橋結構與計算.南京: 解放軍理工大學工程兵工程學 院, 1982 2

崔金泰.航空工程材料學.北京: 國防工業出版社, 1990 3

錢志屏.泡沫塑料[ M].北京: 中國石化出版社, 1998 新材料在軍事工業中的應用與發展

合作單位－西南證券研發中心

王鋒

一

前言

新材料，又稱先進材料（Advanced Materials），是指新近研究成功的和正在研制中的具有優異特性和功能，能滿足高技術需求的新型材料。人類歷史的發展表明，材料是社會發展的物質基礎和先導，而新材料則是社會進步的里程碑。

材料技術一直是世界各國科技發展規劃之中的一個十分重要的領域，它與信息技術、生物技術、能源技術一起，被公認為是當今社會及今后相當長時間內總攬人類全局的高技術。材料高技術還是支撐當今人類文明的現代工業關鍵技術，也是一個國家國防力量最重要的物質基礎。國防工業往往是新材料技術成果的優先使用者，新材料技術的研究和開發對國防工業和武器裝備的發展起著決定性的作用。二

軍用新材料的戰略意義

軍用新材料是新一代武器裝備的物質基礎，也是當今世界軍事領域的關鍵技術。而軍用新材料技術則是用于軍事領域的新材料技術，是現代精良武器裝備的關鍵，是軍用高技術的重要組成部分。世界各國對軍用新材料技術的發展給予了高度重視，加速發展軍用新材料技術是保持軍事領先的重要前提。

三

軍用新材料的現狀與發展

軍用新材料按其用途可分為結構材料和功能材料兩大類，主要應用于航空工業、航天工業、兵器工業和船艦工業中。

軍用結構材料

1.1

鋁合金

鋁合金一直是軍事工業中應用最廣泛的金屬結構材料。鋁合金具有密度低、強度高、加工性能好等特點，作為結構材料，因其加工性能優良，可制成各種截面的型材、管材、高筋板材等，以充分發揮材料的潛力，提高構件剛、強度。所以，鋁合金是武器輕量化首選的輕質結構材料。

鋁合金在航空工業中主要用于制造飛機的蒙皮、隔框、長梁和珩條等；在航天工業中，鋁合金是運載火箭和宇宙飛行器結構件的重要材料，在兵器領域，鋁合金已成功地用于步兵戰車和裝甲運輸車上，最近研制的榴彈炮炮架也大量采用了新型鋁合金材料。

近年來，鋁合金在航空航天業中的用量有所減少，但它仍是軍事工業中主要的結構材料之一。鋁合金的發展趨勢是追求高純、高強、高韌和耐高溫，在軍事工業中應用的鋁合金主要有鋁鋰合金、鋁銅合金（2000系列）和鋁鋅鎂合金（7000系列）。

新型鋁鋰合金應用于航空工業中，預測飛機重量將下降8~15%；鋁鋰合金同樣也將成為航天飛行器和薄壁導彈殼體的候選結構材料。隨著航空航天業的迅速發展，鋁鋰合金的研究重點仍然是解決厚度方向的韌性差和降低成本的問題。

1.2

鈦合金

鈦合金具有較高的抗拉強度（441~1470兆帕），較低的密度（4.5g/cm3），優良的抗腐蝕性能和在300~550oC溫度下有一定的高溫持久強度和很好的低溫沖擊韌性，是一種理想的輕質結構材料。鈦合金具有超塑性的功能特點，采用超塑成形－擴散連接技術，可以以很少的能量消耗和材料消耗將合金制成形狀復雜和尺寸精密的制品。

鈦合金在航空工業中的應用主要是制作飛機的機身結構件、起落架、支撐梁、發動機壓氣機盤、葉片和接頭等；在航天工業中，鈦合金主要用來制作承力構件、框架、氣瓶、壓力容器、渦輪泵殼、固體火箭發動機殼體及噴管等零部件。50年代初，在一些軍用飛機上開始使用工業純鈦制造后機身的隔熱板、機尾罩、減速板等結構件；60年代，鈦合金在飛機結構上的應用擴大到襟翼滑軋、承力隔框、起落架梁等主要受力結構中；70年代以來，鈦合金在軍用飛機和發動機中的用量迅速增加，從戰斗機擴大到軍用大型轟炸機和運輸機，它在F14和F15飛機上的用量占結構重量的25%，在F100和TF39發動機上的用量分別達到25%和33%；80年代以后，鈦合金材料和工藝技術達到了進一步發展，一架B1B飛機需要90402公斤鈦材。現有的航空航天用鈦合金中，應用最廣泛的是多用途的a+b型Ti-6Al-4V合金。近年來，西方和俄羅斯相繼研究出兩種新型鈦合金，它們分別是高強高韌可焊及成形性良好的鈦合金和高溫高強阻燃鈦合金，這兩種先進鈦合金在未來的航空航天業中具有良好的應用前景。

隨著現代戰爭的發展，陸軍部隊需求具有威力大、射程遠、精度高、有快速反應能力的多功能的先進加榴炮系統。先進加榴炮系統的關鍵技術之一是新材料技術。自行火炮炮塔、構件、輕金屬裝甲車用材料的輕量化是武器發展的必然趨勢。在保證動態與防護的前提下，鈦合金在陸軍武器上有著廣泛的應用。155火炮制退器采用鈦合金后不僅可以減輕重量，還可以減少火炮身管因重力引起的變形，有效地提高了射擊精度；在主戰坦克及直升機－反坦克多用途導彈上的一些形狀復雜的構件可用鈦合金制造，這既能滿足產品的性能要求又可減少部件的加工費用。

在過去相當長的時間里，鈦合金由于制造成本昂貴，應用受到了極大的限制。近年來，世界各國正在積極開發低成本的鈦合金，在降低成本的同時，還要提高鈦合金的性能。在我國，鈦合金的制造成本還比較高，隨著鈦合金用量的逐漸增大，尋求較低的制造成本是發展鈦合金的必然趨勢。圖1為鈦合金、鋁合金和鋼的強度對比。

MPa

圖1 鈦合金、鋁合金和鋼的強度對比

1.3

復合材料

先進復合材料是比通用復合材料有更高綜合性能的新型材料，它包括樹脂基復合材料、金屬基復合材料、陶瓷基復合材料和碳基復合材料等，它在軍事工業的發展中起著舉足輕重的作用。先進復合材料具有高的比強度、高的比模量、耐燒蝕、抗侵蝕、抗核、抗粒子云、透波、吸波、隱身、抗高速撞擊等一系列優點，是國防工業發展中最重要的一類工程材料。

1.3.1

樹脂基復合材料

樹脂基復合材料具有良好的成形工藝性、高的比強度、高的比模量、低的密度、抗疲勞性、減震性、耐化學腐蝕性、良好的介電性能、較低的熱導率等特點，廣泛應用于軍事工業中。樹脂基復合材料可分為熱固性和熱塑性兩類。熱固性樹脂基復合材料是以各種熱固性樹脂為基體，加入各種增強纖維復合而成的一類復合材料；而熱塑性樹脂則是一類線性高分子化合物，它可以溶解在溶劑中，也可以在加熱時軟化和熔融變成粘性液體，冷卻后硬化成為固體。樹脂基復合材料具有優異的綜合性能，制備工藝容易實現，原料豐富。在航空工業中，樹脂基復合材料用于制造飛機機翼、機身、鴨翼、平尾和發動機外涵道；在航天領域，樹脂基復合材料不僅是方向舵、雷達、進氣道的重要材料，而且可以制造固體火箭發動機燃燒室的絕熱殼體，也可用作發動機噴管的燒蝕防熱材料。近年來研制的新型氰酸樹脂復合材料具有耐濕性強，微波介電性能佳，尺寸穩定性好等優點，廣泛用于制作宇航結構件、飛機的主次承力結構件和雷達天線罩。

1.3.2

金屬基復合材料

金屬基復合材料具有高的比強度、高的比模量、良好的高溫性能、低的熱膨脹系數、良好的尺寸穩定性、優異的導電導熱性在軍事工業中得到了廣泛的應用。鋁、鎂、鈦是金屬基復合材料的主要基體，而增強材料一般可分為纖維、顆粒和晶須三類，其中顆粒增強鋁基復合材料已進入型號驗證，如用于F－16戰斗機作為腹鰭代替鋁合金，其剛度和壽命大幅度提高。碳纖維增強鋁、鎂基復合材料在具有高比強度的同時，還有接近于零的熱膨脹系數和良好的尺寸穩定性，成功地用于制作人造衛星支架、L頻帶平面天線、空間望遠鏡、人造衛星拋物面天線等；碳化硅顆粒增強鋁基復合材料具有良好的高溫性能和抗磨損的特點，可用于制作火箭、導彈構件，紅外及激光制導系統構件，精密航空電子器件等；碳化硅纖維增強鈦基復合材料具有良好的耐高溫和抗氧化性能，是高推重比發動機的理想結構材料，目前已進入先進發動機的試車階段。在兵器工業領域，金屬基復合材料可用于大口徑尾翼穩定脫殼穿甲彈彈托，反直升機 / 反坦克多用途導彈固體發動機殼體等零部件，以此來減輕戰斗部重量，提高作戰能力。

1.3.3

陶瓷基復合材料

陶瓷基復合材料是以纖維、晶須或顆粒為增強體，與陶瓷基體通過一定的復合工藝結合在一起組成的材料的總稱，由此可見，陶瓷基復合材料是在陶瓷基體中引入第二相組元構成的多相材料，它克服了陶瓷材料固有的脆性，已成為當前材料科學研究中最為活躍的一個方面。陶瓷基復合材料具有密度低、比強度高、熱機械性能和抗熱震沖擊性能好的特點，是未來軍事工業發展的關鍵支撐材料之一。陶瓷材料的高溫性能雖好，但其脆性大。改善陶瓷材料脆性的方法包括相變增韌、微裂紋增韌、彌散金屬增韌和連續纖維增韌等。陶瓷基復合材料主要用于制作飛機燃氣渦輪發動機噴嘴閥，它在提高發動機的推重比和降低燃料消耗方面具有重要的作用。

1.3.4

碳－碳復合材料

碳－碳復合材料是由碳纖維增強劑與碳基體組成的復合材料。碳－碳復合材料具有比強度高、抗熱震性好、耐燒蝕性強、性能可設計等一系列優點。碳－碳復合材料的發展是和航空航天技術所提出的苛刻要求緊密相關。80年代以來，碳－碳復合材料的研究進入了提高性能和擴大應用的階段。在軍事工業中，碳－碳復合材料最引人注目的應用是航天飛機的抗氧化碳－碳鼻錐帽和機翼前緣，用量最大的碳－碳產品是超音速飛機的剎車片。碳－碳復合材料在宇航方面主要用作燒蝕材料和熱結構材料，具體而言，它是用作洲際導彈彈頭的鼻錐帽、固體火箭噴管和航天飛機的機翼前緣。目前先進的碳－碳噴管材料密度為1.87~1.97克/厘米3，環向拉伸強度為75~115兆帕。近期研制的遠程洲際導彈端頭帽幾乎都采用了碳－碳復合材料。

隨著現代航空技術的發展，飛機裝載質量不斷增加，飛行著陸速度不斷提高，對飛機的緊急制動提出了更高的要求。碳－碳復合材料質量輕、耐高溫、吸收能量大、摩擦性能好，用它制作剎車片廣泛用于高速軍用飛機中。

1.4

超高強度鋼和先進高溫合金

超高強度鋼是屈服強度和抗拉強度分別超過1200兆帕和1400兆帕的鋼，它是為了滿足飛機結構上要求高比強度的材料而研究和開發的。超高強度鋼大量用于制造火箭發動機外殼，飛機機身骨架、蒙皮和著陸部件以及高壓容器和一些常規武器。由于鈦合金和復合材料在飛機上應用的擴大，鋼在飛機上用量有所減少，但是飛機上的關鍵承力構件仍采用超高強度鋼制造。目前，在國際上有代表性的低合金超高強度鋼300M，是典型的飛機起落架用鋼。此外，低合金超高強度鋼D6AC是典型的固體火箭發動機殼體材料。超高強度鋼的發展趨勢是在保證超高強度的同時，不斷提高韌性和抗應力腐蝕能力。

高溫合金是航空航天動力系統的關鍵材料。高溫合金是在600~1200oC高溫下能承受一定應力并具有抗氧化和抗腐蝕能力的合金，它是航空航天發動機渦輪盤的首選材料。按照基體組元的不同，高溫合金分為鐵基、鎳基和鈷基三大類。發動機渦輪盤在60 年代前一直是用鍛造高溫合金制造，典型的牌號有A286和Inconel 718。70年代，美國GE公司采用快速凝固粉末Rene95合金制作了CFM56發動機渦輪盤，大大增加了它的推重比，使用溫度顯著提高。從此，粉末冶金渦輪盤得以迅速發展。最近美國采用噴射沉積快速凝固工藝制造的高溫合金渦輪盤，與粉末高溫合金相比，工序簡單，成本降低，具有良好的鍛造加工性能，是一種有極大發展潛力的制備技術。圖2為美國戰斗機各種材料結構的重量比。

圖2

美國戰斗機各種材料結構重量比

1.5

鎢合金

鎢的熔點在金屬中最高，其突出的優點是高熔點帶來材料良好的高溫強度與耐蝕性，在軍事工業特別是武器制造方面表現出了優異的特性。在兵器工業中它主要用于制作各種穿甲彈的戰斗部。鎢合金通過粉末預處理技術和大變形強化技術，細化了材料的晶粒，拉長了晶粒的取向，以此提高材料的強韌性和侵徹威力。我國研制的主戰坦克125Ⅱ型穿甲彈鎢芯材料為閱讀全文(24)

第四篇：“班班通”在小學英語課堂教學中應用講解

“班班通”在小學英語課堂教學中應用

摘要:“班班通”整合了電腦、交互式電子白板、投影機等整套教學設備, ,打破了“一本書,一支粉筆,一盤磁帶”的傳統英語教學模式,使抽象的、枯燥的學習內容轉化成形象生動的、有趣的、可視可聽的動感內容,它能夠有效地渲染氣氛,創設情景,它的資源多樣性、內容生動性,學習過程的互動性等這些優勢,能夠激發學生創新的意識,培養學生的創造思維能力,為我們的小學英語教學開辟了新的天地,給課堂教學注入了新的生機和活力。通過班班通在課堂教學中的使用,我切實體會到它是小學英語課堂教學的好幫手,充分調動了學生學習的主動性和積極性,提高了學生課堂學習效率,讓小學英語課堂隨之“活”了起來。關鍵詞:班班通;小學英語課堂;激發興趣;提高效率

“班班通”是一個融合了基礎設施、軟件資源以及教育教學整合等內容的系統工程。目前在學術界和實踐領域還沒有一個統一的定義,中央電教館給出的內涵界定為:“班班通”是指學校每個班級里具備與外界進行不同層次的信息溝通、信息化資源獲取與利用、終端信息顯示的軟硬件環境,實現信息技術與學科日常教學的有效整合,促進教師教學方式和學生學習方式的變革,最終促進學生的發展。

“班班通”以其直觀、高效地呈現教學內容為教學所用,合理、恰當、科學的運用班班通提供的多媒體教學手段,創設教學情境,創設愉悅的學習氛圍,有利于激發學生的學習興趣,突破教材重點、難點,發展學生思維。能調動學生的學習積極性,增強學習的信心,激發學生的求知欲,激勵學生的創造思維,使他們真正成為學習的主人,從而提高學習效率。通過近兩年的使用,我認為班班通的運用給英語教學帶來了很多好處。下面我來談談在使用“班班通”輔助教學的一些體會:

一、利用“班班通”組織教學,激發了學生學習英語的興趣。

我們經常說:興趣是最好的老師。小學英語教學的對象是十歲左右的孩子,活潑好動,注意力難集中,持續學習的能力較差,這是他們的特點。因此,僅靠傳統的“一本書,一支粉筆,一盤磁帶”的教學模式顯然是小學生不感興趣的,不符合新課程標準要求的,達不到有效地教學與學習目的。然而班班通的運用,大大激發了學生學習英語 的興趣。在我的日常教學實踐中,我是這樣做的:在上課開始的2-3分鐘里,播放一些簡單生動的英文歌曲,或者運用簡單的鼓點旋律將所學知識編成小chant,活潑生動的flash動畫,舒暢動感的鼓點旋律一下子就吸引了學生的注意力,讓他們在不知不覺中進入到英語學習的氛圍中,為一節新課的學習做好充分的準備。有時候為了緩解緊張的學習氣氛,我還會在上課伊始,播放一些學生們感興趣的視頻,例如在學習B5M6U1 《You can play football well》的時候,因為有好多同學對足球很感興趣,尤其是男孩子,所以我就在講課文的時候給他們播放了一段世界杯足球比賽的經典視頻,視頻的播放既緩解了緊張的學習氛圍,又提升了學習興趣,還促進了孩子們對足球的了解,整個課堂充滿著純真的歌聲與笑容。運用學生們喜歡的方式讓整個課堂變得很和諧,這增強了學生的求知欲,有利于提升課堂效率。試想,如果沒有“班班通”,僅僅依靠錄音機或者獨立的圖片,無法實現聲音與動畫的同步播放,是不會取得如此好的效果的,學生的學習興趣也難以得到長期的維護。

二、運用“班班通”教學,調動學習的積極性,刺激學生的思維。

布魯姆說:“成功的外語課堂教學應當在課內創設更多的情景,讓學生有機會運用已學到的語言材料。”運用班班通教學可以大大優化教學環境,促進學生的主動學習,可以使課堂變得生動活潑,色彩鮮明,聲情并茂。這就改變了以往在課堂上學生只能看黑板、聽老師講的單調模式,為學生提供豐富多彩的聲、電、光等各種信息,使課堂變得絢麗多彩,使師生之間的信息交流變得豐富而生動。例如:在教新標準英語第二冊“They are cows.”這課時,我首先放一段有關農場景色的錄像:狗、牛、小雞、貓等圖像、并從素材庫中搜集了它們的叫聲,這樣一下子抓住了學生的興趣,學生很快就掌握了本課的單詞。真實的情景,動感的畫面,富于情感的對話交流,創設了視聽一體的教學情景,增強了形象的真實感,吸引著學生的注意,極大地激發了學習興趣,吸引著學生積極、主動地參與到語言實踐活動中來。老師的講解輔以多媒體教學,使整個過程圖文并舉、聲情并茂視聽結合,渲染了氣氛,創造出對話的情景,表達情感。學生在輕松愉快的氛圍中學到了知識,培養了交際能力,又強化了記憶。

三、利用“班班通”獨有的優勢,進行情感教育

“班班通”所獨有的集聲音、文字、動畫于一體的優勢,有助于引發共鳴,利于在課堂上進行情感教育。我在講授外研社版第五冊Module 7 Community Unit 1 He can’t see.這一課時,就發揮運用了“班班通”的優勢。Module 7的主題為Community(社區,本課的情感目標是要關心幫助他人,我在操練運用環節使用多媒體展示了一些我們身邊有困難的人,請學生描述他們存在的困難以及自己可以做些什么。因為幻燈片展示的都是我們身邊確實存在的人,很真實,所以學生在小組討論時很熱烈,紛紛發表見解,在總結時也能水到渠成地說出We should help each other.之后,我又增加了四川雅安大地震的圖片連環播放,大地震造成的危害和戰士、護士、學生獻愛心的場面都一覽無余,再配著《天空之城——吟唱版》的音樂,學生、家長、聽課老師無不感慨,大家都感受到人與人之間相互幫助相互關愛的必要性。在課堂結束時,學生家長竟然鼓起掌來,我認為,這是對我們教育的鼓勵,也是對教學中先進技術的肯定,更是對“班班通”給學生帶來的各種感官享受的認可。

四、運用“班班通”組織教學,易突破教學重點,難點

電教多媒體有著極其豐富的表現力,可以通過動畫形象跨越時空的限制,創造情景,再現各種事物和其運動變化的過程,有效地提高客觀事物的本質和內在聯系,幫助教師突破教學中的重點、難點。例如:在新標準第一冊中的“顏色”時,我就運用了班班通,創設了一個情境:在一座大森林里，一群小動物在森林里嬉戲,天邊出現了一道亮麗的彩虹。T: Look!A rainbow.How nice!這時,屏幕中逐一閃現彩虹并用英語介紹顏色:red、red, green、green…學生們學習了這些單詞。而且學生們都沉浸在這美麗的情景中,突然彩虹不見了,我立刻讓學生用英語說出剛才看到的顏色,孩子們爭相說出剛才所聽到和看到的顏色。“red, yellow, green….”一個個新單詞,我還沒有說出,學生已經脫口而出,然后我把剛才的圖畫重新展現,幫助學生復習鞏固。在這一節課上,我充分的利用多媒體設備,創設優美的情境,以及標準的語音,讓學生在語音、語境中學習,感知它們的優美,培養學生的語感,激發他們學習的欲望,增強學生學習的情感。使得原本枯燥又容易混淆的七種顏色很容易地被學生記住了,取得了很好的教學效果。

五、利用“班班通”教學,有效進行情境教學,增強了學生的應用于實踐能力。情境教學是小學英語教學中必不可少的有效方法,由于傳統教學手段的有限性,有些情境的創設,僅在同班同學間進行交流,缺乏活動的真實性,因為課堂上是不可能出現與書本上相同的情境的,這就會影響到孩子們在實際生活中應用英語的能力,從而使情境教學無法達到預期的效果。因此基于小學生的年齡特點,運用形象生動,圖文并貌的媒體技術的運用就使得不可能變成了可能,更能激發他們的興趣,更能增強他們的應用英語的能力。在教授B6M5U1《It’s big and light》的時候,在最后的拓展應用環節我設計了一個“Let’s go shopping”的環節,我用Flash動畫展示了一幅生動的超市購物情境,讓學生充當畫面中的人物進行小組合作應用英語,在小組長的安排下,分別擔任不同的角色,運用本節課所學習的句型進行應用練習,當學生親身體會時,頓時會感到真實親切,激情高漲。這種運用班班通電教技術組織的教學,創設的語言環境,既讓他們感興趣,又從中鞏固拓展了本節課的內容,從而收到很好的課堂效果。

總之,“班班通”集聲音、動畫、字幕于一體,充分調動學生的各種感官,以其直觀、高效地呈現教學內容為教學所用。合理、恰當、科學的運用班班通提供的多媒體教學手段,能調動學生的學習積極性,激發學生的學習興趣,有利于突破教材重點、難點,發展學生思維。在小學英語教學中,“班班通”發揮了無可比擬的優勢,在熱身啟動、課文呈現、操練運用、作業小結等各個環節均起到十分有益的作用。相信隨著各種多媒體技術進一步為教育所用,我們教育事業也會與時俱進,不斷提升。

但是,在英語教學中,班班通的多媒體僅僅是一種輔助課堂教學、優化教學效果的手段,對它的運用應遵循適時、適度、適當的原則,切忌過分依賴。它不應該也不可能完全取代黑板。只有讓多媒體和黑板適當結合,揚長避短,相得益彰,都為教學服務,我們才能引導學生高高興興地學,有滋有味地學,也才能使學生學英語具有新鮮感,輕松感,愉悅感,自信感,成就感-,這樣英語教學才能取得事半功倍的良好效果。多媒體這種新技術給我們帶來種種便利的同時,也提出一些新的問題。最主要的是對教師提出了新的要求。教師不僅要掌握多媒體技術以及與此相關的網絡通訊技術,學會在網上查找信息,而且還要能夠開動腦筋對所獲取的信息資源進行分類和取舍。決定哪些信息資源以什么樣的方式出現在課堂上,是教師在課前要頗下功夫、頗費

腦筋的準備工作。不僅如此,教師還應該能夠設計開發先進的教學課件,并將它們融于教學活動中,為學生營造一個集知識性和趣味性為一體的學習環境。讓我們更加成熟地運用“班班通”,趨利避害,為孩子們呈現一個更加豐富多彩的知識海洋吧!參考文獻: 1.《小學英語新課程標準》 2.《小學英語新課程標準解讀》 3.《小學英語教學設計》

第五篇：高分子材料在軍事隱身領域的應用范文

學院：材料與化工學院 專業：高分子材料與工程 班級：090306 學號：090306116 姓名: 楊小磊

2012-4-3

高分子材料在軍事隱身領域的應用

高分子材料在軍事隱身領域的應用

楊小磊

（西安工業大學材化學院；陜西西安 ；710021）

摘要：在這篇論文中我提及了少數的幾種主流材料在軍事隱身技術中的應用，主要論述了導電高分子材料和智能高分子材料在軍事隱身領域的應用，以及國內外的發展水平和各種材料的發展前景。

關鍵詞：軍事 隱身 發展 應用

The application of polymer materials in the field of military stealth

Yang xiaolei(School of Chemistry Engineering＆Material, Xi＇an Technological University，Xi＇

an 710021，China)

Abstract:In this paper, I mentioned a few of several mainstream materials in military stealth technology, and discussed the conductive polymer materials and intelligent polymer materials in the field of military stealth applications, as well as the level of development at home and abroad and prospects for the development of the material.綜述

隨著軍用探測技術的迅猛發展，軍事目標面臨著各種雷達探測系統、紅外探測系統以及光學探測系統的威脅，由于探測系統的日趨精確和導彈技術的飛速發展，使目標幾乎處于“被發現即等于被命中摧毀”的程度，因此，提高軍事目標的生存能力，降低被探測和發現的概率，對于現代戰爭來說，具有十分重要的意義【1】。隱身技術成為了提高武器系統生存、突防，尤其是縱深打擊能力的有效手段，已經成為集陸、海、空、天、電、磁六維一體的立體化現代戰爭中最重要、最有效的突防戰術技術手段，并受到世界各國的高度重視【2】。例如

B-2隱身轟炸機(美國諾斯普羅公司)大量采用石墨碳纖維材料、鋸齒狀雷達散射結構、蜂窩狀雷達吸波結構、雷達吸波材料涂層，并采用了新型的飛翼氣動外形，沒有平尾、翼身融合技術，以求達到最佳隱身效果【3】。現有的隱形材料有很多種類，也各有其長處和缺點，在這篇論文中作者對各種材料的優缺點進行了比較和羅列，可以給隱身材料的設計者提供有價值的、真實的、具有說服力的、來源可靠的數據，如果真的能達到這個目的，那么無論我的最終成績是什么，我都是成功的。

一、納米吸波材料

現代化戰爭對吸波材料的吸波性能要求越來越高，一般傳統的吸波材料很難滿足需要。由于結構和組成的特殊性，使得納米吸波涂料成為隱身技術的新亮點。納米材料是指三維尺寸中至少有一維為納米尺寸的材料，如薄膜、纖維、超細粒子、多層膜、粒子膜及納米微晶材料等，一般是由尺寸在1—100 nm的物質組成的微粉體系【4】。

納米薄膜或納米多層膜具有優異電磁性能，做成納米結構的微米粉作吸收劑，具有頻帶寬、兼容性好、質量小和厚度薄等特點，是一種有發展前途的雷達吸波材料，適合于隱身材料帶優化設計。納米吸波材料對電磁波特別是高頻電磁波具有優良的吸收性能。美、俄、法、德、日等國都把納米吸波材料作為新一代雷達吸波材料進行探索與研究。美國已研制出一種稱作“超黑粉”的納米吸波材料，其對雷達波的吸收率高達99％，而且目前正在研究覆蓋厘米波、毫米波、紅外、可見光等波段的納米復合材料。法國最近研制成功一種寬頻吸波涂層，它由粘結劑和納米級微屑填充材料構成。納米級微屑由超薄不定型磁性薄層及絕緣層堆疊而成，磁性層厚度為3 nm，絕緣層厚度為5 nm【5】。

雖然目前已經取得了不少的研究成果，但是這種技術還不成熟，所以并沒有被廣泛的應用在實戰中，但是納米吸波材料也會成為未來戰斗機的主流隱身材料。

二、等離子體隱身技術

等離子體是氣體在某種外在因素的激發下，電離生成密度近似相等的自由電子、正離子和少量負離子而形成的第四態物質。理論研究和實驗結果表明，等離子體對雷達波具有十分顯著的吸收、耗散效果。

其優點是吸波頻帶寬、吸收率高、隱身效果好、使用簡便、使用時間長、價格便宜而且不影響飛行器的飛行性能，由于沒有吸波材料和涂層，也大大降低了維護費用。此外，俄羅斯進行的風洞試驗表明，利用等離子體隱身技術還可以減少飛行器的飛行阻力30%以上【6】。

但是這種技術也有其缺點，因為這是一項十分復雜的系統工程，包括大氣等離子體技術、電磁理論與工程、空氣動力學、機械與電氣工程等學科，研究此項技術必須首先做好各學科之間的交叉、配合的研究。所需電源功率很高，設備龐大，不容易在戰斗機或轟炸機上安裝。而且需要較多的人力、物力、財力投入，適合國家相關機構進行研究與開發，個人是不可能承受這些代價的。軒轅楊杰整理上傳

三、填充型導電高分子材料

1977年日本化學家Shirakawa和美國化學家MacDiarmid、物理學家Her ger發現摻雜的聚乙炔膜具有金屬導電性，其電導率可以達到金屬級別，從此高分子被認為是絕緣體的傳統觀念被打破了。隨后，科學家相繼發現具有共扼結構的聚毗咯、聚苯胺和聚苯硫醚等經過摻雜后其電導率均可達到半導體或者金屬導體水平。最重要的是這些材料具有微波吸收性能，可以用來制備雷達吸波材料【7】，這一發現引起了研究人員的極大興趣。

如今隨著導電高分子本身問題的不斷解決和相關材料、技術的不斷發展，導電高分子在雷達吸波材料領域中的優勢將越來越明顯，未來主要的發展方向是通過與具有磁損耗特性的材料或納米超微粒子復合，制備出兼具電損耗和磁損耗特性或并集納米材料特殊效應于一身的復合吸波材料，同時利用導電高分子的成纖特性與凱芙拉纖維等增強基體材料混編來達到雷達吸波材料向“ 薄、輕、寬、強”方向發展的要求【8】。

總之，填充型導電高分子在雷達吸波材料領域將大有可為。

四、智能高分子材料

相對于目標而言，背景是十分復雜并且不斷變化的，所以使用一成不變的隱身技術手段很難真正達到良好的隱身效果，20世紀80年

代末，美國和日本科學家首先提出了智能材料的概念，智能材料是一種能從自身表層或內部獲取關于環境條件及其變化信息，進行判斷、處理和反應，以改變自身結構與功能并使其很好的與外界協調，具有自適應的材料系統，在武器裝備隱身化和新軍事變革的大背景下，智能隱身得到的各國的高度重視。

智能隱身材料是伴隨著智能材料的發展和裝備隱身需求而發展起來的一種功能材料，它是一種對外界信號具有感知功能、信息處理功能、自動調節自身電磁特性功能、自我指令并對信號作出最佳響應功能的材料的系統，而且具有通訊、隱身、電子對抗、火控等功能，可以部分或全部替代原來離散的電子設備，增加功能，減輕質量，提高生存能力。

區別于傳統的外加式隱身和內在式雷達波隱身思路設計，智能隱身材料為隱身技術的發展和設計提供了嶄新的思路，是隱身技術發展的必然趨勢，因為高分子聚合物材料以其可在微觀體系即分子水平上對材料進行設計、通過化學鍵、氫鍵等組裝而成具有多種智能特性而成為智能隱身領域的一個重要發展方向。智能隱身材料主要包含對雷達波智能隱身材料、紅外波智能隱身材料和可見光智能隱身材料，因為是未來的重要發展方向，所以在這里詳細分析。雷達波智能隱身材料

雷達是迄今為止最為主要和有效的遠程電子探測設備，隨著雷達技術的改進和發展，現代雷達對各種軍用目標構成了致命的威脅，雷達波隱身仍然是目前隱身技術發展的重點，雷達波智能隱身是雷達波

隱身發展的一個重要方向。對于目標言，可能同時面臨著多部雷達的探測和威脅，面對這種局面，材料單一化的被動隱身已經越來越不能適應現代戰爭的要求，有些國家對雷達波智能隱身的研究已經取得了一定的成果。據報道，用智能纖維增強的一種導電聚合物作為隱身的結構材料在雷達波智能隱身中得到了應用，不僅降低了雷達散射的截面，同時還把飛機隱身材料的質量減輕了50％，并且對聲波也具有良好的隱身效果。雷達波智能隱身的一大熱點是動態適應雷達吸波材料Mo(dynamically adaptive radar—absorb—ing materials，縮寫為DARAM)，該種材料能夠感應人射的電磁波，實時調節材料的電磁參數，使材料吸收峰處在入射波電磁頻譜，以對特定頻率電磁波的強吸收。英國謝菲爾德大學研制的一種成分PANi．HBF。PEO(poly—ethylene-oxide)，銀(12％，質量分數)和AgBF4(12％，質量分數)的導電聚合物，對于含40％PANi．HBF。的導電聚合物，該導電聚合物能夠作為動態自適應雷達吸波材料，其本質在于對其施加電壓后其電磁參數可以調節，其原理是一旦對導電聚合物施加電壓后會發生如下反應：PANi．HBF。+Ag與PANi．Ho+AgBF。，其中左邊易導電，右邊不易導電，施加電場后向易導電的方向發展。

通過施加電壓不同，調節了導電聚合物的電磁參數，從而能夠使電磁波在聚合物內的波長發生改變，達到對雷達實現智能隱身的目的。

2.紅外智能隱身材料

隨著紅外探測技術的不斷進步以及背景環境的快速變化，傳統意

義的紅外偽裝即單一被動抑制目標紅外輻射、改變輻射特性已經越來越不能適應現代戰場的要求，對紅外隱身材料的研究也在不斷發展，尤其是在動態紅外智能隱身材料

研究方面。1995年，P．Chandrasekhar對導電高分子電致變色材料的紅外發射性能進行研究，發現在中遠紅外寬頻范圍(0．41xm～45txm)具有可控的紅外發射率變化(0．3—0．7)以適應背景的紅外發射率，實現動態紅外偽裝。對艦船、坦克、車輛等武器裝備在不同環境下的偽裝要求，采用導電高分子電致變色涂層(聚苯胺／聚二苯胺涂層)，利用其紅外發射率不同而達到夜間或白天紅外偽裝的目的，此種材料還可使武器裝備表面涂層呈現不同的可見光迷彩偽裝效果。為了調節目標表面溫度變化范圍，可以采用慮大熱慣量材料，其中相變材料是其中一種很有發展前途的材料，相變材料是在某一溫度發生相變時，吸收熱量，因而達到蓄熱調溫的作用，使物體表面溫度下降，輻射率減小，達到紅外隱身的效果，而且此過程是可逆的，Mckinney等將相變高分子材料(主要是鏈烷烴和某些塑性晶體如2，2二甲基一1，3丙二醇(DMP)、2烴甲基-2一甲基一1，3丙二醇(HMP))用無機或有機高分子材料進行包覆制成微膠囊，再將這種微膠囊作為填料加入到涂料中，或者加入到樹脂中擠壓形成纖維，將涂料或織物覆蓋于物體表面，當溫度升高時，相變高分子材料發生相變吸熱，塑性晶體分子結構發生變化吸熱，降低表面溫度，溫度降低時，相變高分子材料發生相變放熱，升高表面溫度，利用高相變熱儲材料的可逆過程，達到紅外偽裝的目的。

當然在具體應用時，還應該考慮隱身材料所應用目標的溫度和環境因素等來動態調節物體表面溫度。雖然這種高分子材料還未見應用于紅外智能隱身材料的報道，不過從材料特性看，這種高分子材料具有未來應用于紅外智能隱身的潛力。具有良好的應用前景。3.可見光智能隱身材料

為了提高目標在可見光背景下的偽裝能力，有些國家致力于偽裝材料在可見光背景下的環境自適應技術研究，其中電致、光致變色高分子材料成為可見光智能隱身的一個重要研究方向。據報道，美國空軍研究了一種導電聚苯胺復合材料，可用于調節飛機蒙皮的亮度和顏色，它是通過安裝在飛機各個側面的可見光傳感器控制它的光電等特性，在不加電時，它是透光的，在加電時，可同時改變亮度和顏色，使用這種蒙皮的飛機，在飛行中從上往下看，它的上部顏色與它下面地表的主體顏色相近，從下往上看，它的底部顏色與太空背景一致，而且蒙皮加電時，能夠散射雷達波，使跟蹤雷達的探測距離縮短一半以上。

美國佛羅里達大學研制出一種電致變色聚合物材料，將這種材料制成薄板覆蓋在目標表面，板在加電時能發光并改變顏色，在不同電壓的控制下會發出藍、灰、白等不同顏色的光，必要時還可產生深淺不同的色調，以便與太空的色調

相一致，能夠消除目標與背景的色差，達到可見光隱身的效果【9】。

五、發展前景

現代攻擊武器的發展，特別是精確打擊武器的出現，使武器裝備 的生存力受到了極大的威脅，單純依靠加強武器的防護能力已不實際。采用隱身技術，使敵方的探測、制導、偵察系統失去功效，從而盡可能地隱蔽自己，掌握戰場的主動權。搶先發現并消滅敵人，已成為現代武器防護的重要發展方向。隱身技術的最有效手段是采用隱身材料。國外隱身技術與材料的研究始于第二次世界大戰期間，起源在德國，發展在美國并擴展到英、法、俄羅斯等先進國家。目前，美國在隱身技術和材料研究方面處于領先水平。在航空領域，許多國家都已成功地將隱身技術應用于飛機的隱身；在常規兵器方面，美國對坦克、導彈的隱身也已開展了不少工作，并陸續用于裝備，如美國M1A1坦克上采用了雷達波和紅外波隱身材料，前蘇聯T－80坦克也涂敷了隱身材料。

隱身材料有毫米波結構吸波材料、毫米波橡膠吸波材料和多功能吸波涂料等，它們不僅能夠降低毫米波雷達和毫米波制導系統的發現、跟蹤和命中的概率，而且能夠兼容可見光、近紅外偽裝和中遠紅外熱迷彩的效果。

近年來，國外在提高與改進傳統隱身材料的同時，正致力于多種新材料的探索。晶須材料、納米材料、陶瓷材料、手性材料、導電高分子材料等逐步應用到雷達波和紅外隱身材料，使涂層更加薄型化、輕量化。納米材料因其具有極好的吸波特性，同時具備了寬頻帶、兼容性好、厚度薄等特點，發達國家均把納米材料作為新一代隱身材料加以研究和開發；國內毫米波隱身材料的研究起步于80年代中期，研究單位主要集中在兵器系統。經過多年的努力，預研工作取得了較

大進展，該項技術可用于各類地面武器系統的偽裝和隱身，如主戰坦克、155毫米先進加榴炮系統及水陸兩用坦克。

目前，世界上正在研制的第四代超音速殲擊機，其機體結構采用復合材料、翼身融合體和吸波涂層，使其真正具有了隱身功能，而電磁波吸收型涂料、電磁屏蔽型涂料已開始在隱身飛機上涂裝；美國和俄羅斯的地對空導彈正在使用輕質、寬頻帶吸收、熱穩定性好的隱身材料。可以預見，隱身技術的研究和應用已成為世界各國國防技術中最重要的課題之一。

六、結語

隨著材料科學的發展，隱身材料從以前的單一隱身朝著全波段隱身的方向發展，而且兼具機械性能、經濟實用。無論是納米吸波材料還是采用等離子或其他隱身技術，智能隱身材料將會是未來隱身技術的重要發展方向，從相關研究可以看出，利用其導電、顏色、溫度等方面的可控性，高分子材料在智能隱身方面已經得到了很好的應用，可以預計，高分子材料在智能隱身技術領域將有非常好的發展前景，而且，利用其電磁特性或溫度可調控的特點，全波段兼容智能隱身也已經成為高分子材料智能隱身的下一個發展趨勢。

參考文獻：

[1]于海濤,莊焱 ,莊海燕.高分子材料在智能隱身技術中的應用.2008.9.1-5 [2]郭洪范,朱紅,林海燕, 張積橋.導電高分子在雷達吸波材料中的應用研究進展。2007.10.1-4 [3]佚名.隱身技術概述.8-24 [4]焦桓.羅發.周萬城納米吸波材料研究與發展趨勢.2009.3.1-3 [5]焦桓.羅發.周萬城納米吸波材料研究與發展趨勢.2009.3.2-3 [6]佚名.隱身技術概述.19-24 [7]孫業斌,張新民.填充型導電高分子材料的研究進展.2009.7.1-6 [8]郭洪范,朱紅,林海燕,張積橋.導電高分子在雷達吸波材料中的應用研究進展.2007.10.3-4 [9]于海濤,莊焱 ,莊海燕.高分子材料在智能隱身技術中的應用.2008.9