杨亮，王亦菲，张彦素，吕玉泽
(国防科学技术大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)
摘要：介绍了雷达吸波涂层的工作原理，依据隐身武器装备使用过程中引起损伤状况的原因和损伤部位对雷达吸波涂层的损伤进行分类，并通过理论计算不同机械损伤面积对吸波涂层隐身性能变化。总结了目前美军对隐身武器装备雷达吸波涂层维修的措施和经验。为适应战场抢修的要求提出了研发工艺简单、使用方便、容易调节快速固化隐身涂层的修复思路。 关键词：雷达吸波涂层；损伤；修复
中图分类号:T B34文献标志码:A
The Repair Technique and the Damage of Radar Absorbing Coatings and I ts Research Progress
YANG Liang,WANG Yifei,ZH ANG Yansu,LV Yuze
(College of Aerospace and Material Engineering,National University of Defense Technology,Changsha4
10073,China) Abstr act:In this paper,the mechanism of r adar absor bing coatings is described.Accor ding t o the reason and location of the damage in the cour se of the weapon,the damage of radar absorbing coatings is classified.The change of the performance of mechanical damage of radar absorbing coat ings is calculated on the basis of t he theoret ic.The t echnique and experience of the r epair to radar absorbing coatings ar e summar ized at pr esent.The new method of the repair which quick2solidify r adar absor bing coatings is studied is developed as well for the requir ement of battlefield r epair.
Key wor ds:radar absorbing coatings,damage,r epair
隐身技术始于第二次世界大战，起源德国，发展于美国，在英、法、日、俄等发达国家得到了进一步发展应用，对于提高现代兵器的突防能力与生存能力发挥着重要的作用，引起世界各军事大国的高度重视。隐身技术可分为光学隐身技术、红外隐身技术、激光隐身技术、雷达隐身技术等，雷达隐身技术是隐身技术重点和难点。雷达隐身技术是通过减弱、抑制、偏转目标的雷达回波强度或减小雷达散射截面积(RCS)，来降低敌方雷达对目标的发现概率，其中能够实现雷达隐身技术重大突破的途径主要是发展高效的雷达吸波材料[1]。雷达吸波材料可以按其成型工艺与承载能力，分为涂敷型和结构型两大类。涂敷型吸波材料是具有电磁波吸收功能的涂料，即雷达吸波涂层(RAM)；结构型吸波材料则兼具承载和吸波的双重功能，其结构形式有蜂窝状、角锥状和波纹状等。涂敷型吸波材料具有施工简
单、吸波性能好、不受武器形状限制等特点广泛应用飞机、导弹、舰艇、坦克装甲车辆等武器装备。如美国F-117A,B-2,F-22等现代隐身飞机以及俄制米格-31、以列/猛犬0、法国/阵风0等战斗机机身表面都采用了RAM涂层；日本反舰导弹XSSM-I的外表面也涂有一层约2.5mm厚的吸波涂层[2]。本文对涂敷型雷达吸波涂层的原理、损伤状况、性能变化和修复措施进行了介绍。1吸波涂层的工作原理
吸波涂层是利用介电物在电磁场作用下产生传导电流或位移电流，受到有限电导率限制，使进入涂层中的电磁能转换为热能损耗掉，或是借助磁化物内部偶极子在电磁场作用下运动，受限定磁导率限制而把电磁能转变成热能损耗掉[3]。它是在树脂基体(胶粘剂)中添加吸波材料(吸收剂)以及各种助剂组成。其中，吸收剂是主体，决定了涂层吸波性能的好坏；树脂基体是基材，决定了吸收剂的加入量、吸收性能的强弱、涂层性能的好坏；各类助剂起辅助作用，虽然用量较小，但必不可少，它决定了涂层的质量，而且对吸收剂的加入量也有影响。吸波涂层因其制备简单、施工方便、不受工件外形条件限制等优势而成为飞行器隐身的首选方式，在军事上应用越来越广泛[426]。几乎所有隐身武器都用到了吸波涂层技术。
图1单层吸波涂层结构吸波涂层结构可分为
单层型结构、多层型结构
和干涉型结构。如图1所
示单层吸波涂层组成，其
中颗粒状的为吸收剂，其
复介电常数和复数磁导率
分别为E1和L1。常见的吸收剂有铁氧体吸收剂、羰基铁吸收剂、稀土类吸收剂、导电短纤维或金属丝类
吸收剂、金属超细粉末吸收剂，新型的吸收剂有视黄基席夫碱类吸收剂、陶瓷类吸收剂、多晶铁纤维吸收剂、等离子体吸收剂、纳米材料吸收剂[7]。胶粘剂的电磁参数为E2和L2，胶粘剂作为吸波涂层的成膜物质，它决定了涂层的物理力学性能和耐环境性能，同时，胶粘剂的分子结构对吸波涂层的电磁参数也有不可忽视的影响。常见的胶粘剂有氯磺化聚乙烯胶粘剂(CSM)，聚氨酯胶粘剂(PU)和环氧树脂胶粘剂(EP)。多层型结构由两层或两层以上的涂层组成，使入射的电磁波产生较少的反射而全部进入涂层并被涂层完全吸收或衰减掉。
干涉型吸波涂层的原理是利用进入涂层经由目标表面反射回来的反射波和直接由涂层表面反射的反射波相互干涉而抵消(即反相180b而互相抵消)，使总的回波为零。因此涂层厚度L应为K/4的奇数倍(K为涂层内电磁波波长)[8]。
2吸波涂层损伤的性能变化
吸波涂层因自然原因或人为因素产生破坏，导致吸波涂层性能下降。平板涂层受到划伤露出金属底材时，由于露出的金属部分对雷达波形成全反射，导致涂层的吸收效果要下降，理论上可以对损伤后的涂层反射率进行计算。不同吸波性能的材料复合制成分块涂层时，由于电磁波的波长远大于吸波材料的厚度，所以在不同分块上的相位差很小，则反射率可以近似用公式表示[9]:
R=20lg E
i
{5i#10R i20}(1)式中,5i为整块吸波材料中i组分的面积分数,R i则为当整块都是由i组分制成的吸波材料时材料的反射率。
吸波涂层受到损伤后，可以把损伤后的涂层看作由2个不同分块组成的涂层，即有涂层分块与无涂层分块，在不考虑不同厚度产生的相位差以及电磁波在损伤边界处的影响时，损伤后涂层的理论反射率R L为:
R L=20lg[(1-5)10R20+5](2)式中,5为涂层脱落的面积分数,R为涂层无损伤前的反射率。
在一定反射率条件下，吸波涂层损伤面积的增加,R L/R逐渐减小，隐身性能降低；从理论计算，当无损伤反射率为-15dB时，损伤面积为2%,R L/R 为0.95；损伤面积为5%,R L/R为0.88，吸波涂层的反射率下降明显；当损伤面积为10%,R L/R为0.78。由此可见，吸波涂层损伤面积的增大导致吸波性能的严重下降，而即使小面积损伤也会引起隐身性能较大程度的下降。
二面角是普遍存在于舰船、飞机、装甲车辆等武器装备的一种机械结构。隐身涂层是减少舰船、飞机、装甲车辆等武器装备二面角RCS的有效方法之一[10]，由于二面角会对电磁波形成强烈的多次反射作用。因此，二面角损伤对隐身涂层的性能的影响更加严重，必须采取合理的措施进行修复。
3吸波涂层的损伤
吸波涂层被广泛用于飞机、舰船、导弹及其他武器装备。在武器装备寿命期内的任何隐身涂层在贮存、运输和使用过程中，均会受到环境因素的影响和作用，从而引起涂层变、粉化、起层、开裂、附着力下降等物理化学性能的变化和涂层隐身性能的波动。同时，在战场上、平时训练等引起的隐身涂层的划伤、擦伤等机械损伤都会严重影响到武器的隐身性能。涂层脱落部分使电磁波反射严重，从而会严重影响到舰艇等武器装备的隐身性能。
根据钢材的形状，可以分为平面吸波涂层损伤、二面角涂层损伤及其他异型涂层损伤3类。平面涂层损伤如舰船船侧、飞机机身吸波涂层的划伤、碰伤、涂层局部脱落等，其特征是涂层保护的基材为平面；
二面角损伤是指舰船、飞机、装甲车辆等武器装备中两金属板正交或非正交地结合处吸波涂层的划伤、腐蚀、涂层局部脱落等，其特征使涂层保护的基材为两面间的夹角，异型涂层损伤为上述2类之外的其他情况。
根据吸波涂层损伤的原因，又可分为机械损伤和自然损伤2类。机械损伤是指飞机、舰艇等武器装备在贮存、运输和平时训练过程中，隐身涂层因为刮划、蹭伤等现象导致破损或脱落，另外，在战争中隐身涂层也容易因为炮弹冲击等引起脱落。自然损伤是指由于吸波涂层/金属界面腐蚀造成涂层起泡、生锈、脱落或者吸波涂层自身化学的、物理的变化引起涂层粉化、起泡、龟裂等损伤。田月娥[10]等人针对隐身涂层海洋环境适应性问题进行了剖析，研究结果表明，以环氧树脂为胶粘剂的雷达隐身涂层在自然的海洋环境中(在国防科技工业自然环境试验中心万宁试验站进行)表面的初期变化特征主要是变、粉化；随着暴露时间的增长,2年后出现鼓泡、锈蚀现象;4年后出现起层、开裂等现象。而涂层附着力在初期变化较大，附着力的破坏形式也有一定的变化。文献[11]研究了不同损伤面积吸波涂层的反射率变化情况，随着机械损伤面积的增加，无论是平板涂层还是二面角涂层，反射率均逐渐增大，二面角涂层损伤后隐身性能下降较平板涂层快，当损伤
面积仅为8%时其反射率增加至-13.5dB，比未损伤涂层增加了26%。
4吸波涂层的修复
隐身武器装备是通过低的雷达反射截面积来提高其生存能力，而雷达反射截面积与外形设计及隐身涂层有关，其特性与速度和航程之类不同，根据上面推导可知，隐身涂层很小的损伤或缺陷都可能引起隐身性能较大的恶化，所以对于吸波涂层的划伤等机械损伤必须及时进行修复。美国空军司令部就把隐身飞机的维修作为头号维修问题。
美国F-117战机在初期，出现过每飞行小时平均要有100h(MMH/FH)维修工作量的月份。差不多10次出动中，飞机的隐身系统有9次要进行大修[12]；如B-2飞机900m2表面的95%涂覆一种具有不同厚度的韧性隐身涂层，每次飞行后，都需要对其表面进行掉屑、划伤和腐蚀等检查，且在两次飞行之间必须对损坏的蒙皮进行修理[13]。因此，美军高度重视雷达吸波涂层维修技术的研究，认为该技术对隐身武器装备的作战效能、装备战斗力的形成与提高、甚至战争的胜负具有至关重要的影响。
目前，美军隐身飞机隐身维修发展大致分为:1)让隐身外形及吸波材料的缺陷保持在允许范围，在飞机外表面隐身涂层设计中规定了低可探测特性表面和材料的最小允许缺陷数；维修人员开发了发现缺陷及修理缺陷的方法和操作程序。一旦发现损伤立即修复。主要采用在蒙皮上粘贴900kg含羰基铁的聚合物材料以使飞机表面不存在电磁不连续性；采用贴片RAM进行损伤修复。2)通过外形设计降低RCS，减少维修量。B-2隐身飞机虽然隐身性能与气动特性比F-117进了一步，但在隐身性重于维修性方面是相似的。几乎是出动一两次就大修一次。主要采用RCS低的外形设计。其维修主要是采用喷涂技术对材料表面缺陷进行修复。3)在外形设计的基础上减少RAM种类与数量，减少维修库存、设备与
人员。F-22按新的隐身维修性标准设计，力争没有特殊维修要求。尽量减少材料数目，只有其他隐身飞机的1/3，总的目标是隐身性维修不成为总维修成本的主导部分。由于受工艺及战术要求限制，无法完全通过外形设计降低RCS，目前还只能采用第一种方案，一旦发现损伤立即修复。据报道，美国空军开发了用在航线上的RAC 小修时用的手提式或机器人喷涂设备，针对吸波涂层不同类型的损伤和不同部位对涂层的吸波性能要求;B-2轰炸机将采用特殊配方的隐身涂层代替以往的吸波带及吸波腻子，克服吸波带及吸波腻子覆盖飞机维修缝隙耗时费工、效率低等缺点，减少维修时间，简化维修。舰艇的隐身涂层修复技术发展水平远落后于飞机、导弹等武器系统，人们对隐身涂层的修复技术知之甚少，几乎没有这方面的报道。
我国目前对隐身涂层的修复技术尚处于探索研究阶段，未见相关研究成果报道。但是随着高技术条件下局部战争的迅速发展，必然对武器装备的隐身性能修复提出要求。
5结语
雷达隐身涂层广泛应用于各种武器装备，有效地提高了武器装备的突防性能和生存能力，但是随之而来的维修问题成为重要的问题。由于雷达隐身涂层无论是受到环境腐蚀还是机械损伤都会使隐身武器装备的隐身性能下降，所以在实际使用过程中必须对涂层采取有针对性的防护及修复措施，以保证武器装备具备最佳的隐身效果。因此，需要对隐身涂层损伤机理和规律进行研究，开发快速固化隐身涂
层战场修复技术，这对于保护装备良好的隐身性能，保持武器最佳战斗力具有十分重要的意义。特别是在现代高技术条件下的局部战争，战场抢修时间的紧迫性要求损伤的装备必须在24h内修复，否则它就不能再次投入本次战斗。所以，有必要开发一种工艺简单、使用方便、容易调节快速固化型隐身涂层，针对吸波涂层不同类型的损伤和不同部位对涂层的吸波性能要求，进行快速修复。
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激光修复机
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新型铁基纳米晶带磁敏传感器设计
杨晓红，郑金菊2，方允樟2,3，孙怀君2，施方也2
(1.金华职业技术学院，浙江金华321007;2.浙江师范大学数理与信息工程学院，浙江金华321004;
3.浙江师范大学物理化学研究所，浙江金华321004)
摘要：利用具有高软磁特性的铁基纳米晶合金带材、采用定频调幅方法设计制作了新型磁敏传感器，并对其性能进行了测试，试验结果表明，该传感器性能良好，在0.1mT﹤B﹤0.4mT之间线性度好，灵敏度为7.45976，不存在迟滞现象，稳定性好。
关键词：铁基纳米晶带；磁敏传感器；磁电转化
中图分类号:T G132.2文献标志码:A
Design on a New Magnetic Sensor with Fe2based Nanocrystalline Str ip
YANG Xiaohong1,ZH ANG Jingju2,F ANG Yongzhang2,3,SUN Huaijun2,Shi fangye2
(1.Jinhua College of Pr ofession and T echnology,Jinhua321007,China;
2.College of P hysics and Mathematics and Infor mation,Zhejing Normal U niversit y,Jinhua321004,China;
3.R esear ch Institute of P hysics and Chemistr y,Zhejiang Normal University,Jinhua321004,China)
Abstr act:A new type magnetic sensor is designed and made by using AM frequency method based upon giant magneto2 impedance pr operties of Fe2based nanocr ystalline.Then t his paper car ries the tests of its per formance,and the t est results show that the sensor has good performance,its linea rity is between0.1mT﹤B﹤0.4mT,and its sensitivity is7.45976, ther e is no lag and the sensor has good stability.
Key wor ds:Fe2based nanometer crystalline,magnetic sensor,magneto2electr icity conversion
所谓软磁材料，特指那些矫顽力小、容易磁化和退磁的磁性材料。软磁合金材料与传统的磁性材料相比具有许多优异的特性，具有很高的导磁率，可以起到很好的聚集磁力线的作用，所以软磁材料被广泛用作导磁材料，例如变压器、传感器的铁芯，磁屏蔽罩，特殊磁路的轭铁等。国内外对这种新型磁性材料进行了广泛的研究[125]。Fe基纳米晶材料是Yoshiza2 wa等[6]于1988年用非晶化法制备的具有优异的软磁性能的软磁材料，其作为一种新型的磁功能材料在传感器制造领域中得到了广泛的认可，它是迄今为止发现的对磁场最敏感的一种新型磁敏材料[7211]，利用材料的磁敏特性研制的磁敏传感器具有灵敏度高、体积小、响应快以及非接触、温度稳定性好、响应速度快、无磁滞、使用寿命长等特点，是电子测量领域及发展高水平控制系统的关键器件之一，它在电机控制、工业机器人、医疗电子、自动化等领域可以替代原有的传感器，使产品的自动化控制系统提高到一个新的水平，因此利用Fe基纳米微晶材料研制磁敏传感器具有很高的商业价值。
1材料制备及其磁性能
将熔融态合金溶液经单辊快淬制成宽3mm，平均厚35L m的Fe73.5Cu1Nb3Si13.5B9合金薄带,X 射线衍射图显示无尖锐峰值，仅有漫射峰出现，证明材料处于非晶态。非晶带在N2保护下经540e等温退火1h后随炉冷至室温，制成Fe基纳米晶带材料。大量研究表明Fe基合金经淬火获得的非晶态薄带经过540?10e,1h退火处理可以得到最佳
2003,4792484.
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*武器装备预研基金项目(9140A27030307KG0186)
作者简介：杨亮(19832)，男，硕士研究生，研究方向为隐身涂料。
收稿日期:2008年9月19日
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