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碳纤维加持!隐形飞机蒙皮对电磁波的吸收率达90%以上

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美国空军使用的隐形战斗机成本高达1亿美元,训练隐形战斗机飞行员的成本高达1000万美元。保护飞行员和飞机显然都很重要。北卡罗来纳州立大学的一组研究人员正在开发新的碳纤维蒙皮(如下图),以保护这些宝贵的资产。北卡罗来纳州立大学机械与航空航天工程副教授Cheryl XU简明扼要地说,“我们必须确保飞行员的生命。如果飞机被击落,那就是场悲剧。”


碳纤维蒙皮的隐形飞机


隐形喷气式飞机机身覆盖着一种雷达吸收材料(RAM),如B-2“精灵”或F-117“夜鹰”,目的是将接受电磁波转化为热量。RAM在高温、潮湿和摩擦下会失去完整性。RAM在不同频率下的工作方式不同,没有一种RAM技术能够偏转所有雷达频率。此外,RAM的设计不能承受高于250摄氏度的温度。


北卡罗来纳州立大学的研发团队开发了一种碳纤维增强复合聚合物(CFRP)蒙皮,以解决RAM限制引起的问题。该复合材料由碳纳米管(CNTs)进行了增强,碳纳米管强度高、重量轻,能够承受超过1800°C的温度,并有助于传导传入的电磁能。


试验证明,新的复合材料拥有极低的发射率,几乎无法被检测到,与目前隐形飞机上使用的仅能吸收70-80%的RAM相比,对电磁波的吸收率可达90%以上。这种新材料将喷涂到飞机上,厚度为3毫米。


该团队获得了美国空军科学研究办公室的资金支持,将继续进行各种测试并争取实现材料的可扩展性。下一步将这种材料的使用范围扩大到潜艇、战斗机、弹道导 弹及航母上。


那么,蒙皮到底是个啥?


蒙皮主要分为半硬壳式和硬壳式结构。大多数飞机的外壳传统蒙皮材料还是航空铝材,一般厚度2到5毫米之间。铝材蒙皮铆接固定在内框架上。


最新式的大飞机和战机则多用碳纤维复合材料代替普通航空铝材制作蒙皮。不过不论是传统的铝材还是复合材料做蒙皮,飞机在2.2马赫以下飞行问题不大。但是一旦速度更高,则会产生严重的气动加热外加飞行蒙皮受到气动高压变形的问题。过去提到3倍音速飞行,气动加热严重的情况分析较多。其实高速下外壳变形的问题同样严重。比如看J8高速飞行的录像,就会看到J8的部分外蒙皮严重抖动并且明显变形。其实J8有加速到2.5马赫以上的潜力。但是传统的铝合金蒙皮根本受不了。

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硬飞之下,甚至会出现蒙皮撕裂的故障。高速下蒙皮抖动变形,还会导致隐身飞机的隐身外形整体破坏。


2020年有段时间,俄罗斯媒体就报道称,俄空天军最新的苏-57战机将披上“隐身外衣”。这种由特殊聚合材料制成的“外衣”,将覆盖战机所有主要部件。据称,它将保护停放在地面和飞行中的苏-57,“令敌方航空光电系统和雷达无法发现它们”。那么这种听上去很玄乎的隐身外衣到底是什么黑科技?苏-57能不能因此改善隐身性能呢?


按照俄罗斯媒体报道,每架苏-57将获得十几件“外衣”,包括起落架、机头、机身中段和后段、主翼、座舱盖、尾喷口、垂尾、进气道和其他构件。从曝光的少数合同条款来看,苏-57战机的特种“外衣”将从2021年开始供货,将持续到2028年,首批生产8套,今后数量还会增加。俄专家表示,这项技术将使俄航空部队更有效地在世界各地调遣兵力。



最近的图像显示,苏-57进气道内使用了雷达屏蔽器,减少发动机叶片对雷达波的反射。


按照俄罗斯媒体的说法,这样的“外衣”具有三大作用。首先,它能更持久可靠地保护战机涂层和机载电子设备、传感器天线免受不利天气的影响。近年来,许多媒体报道了美军F-22隐身战机的特殊雷达隐身涂层存在的问题,一旦受损,就需要进行昂贵的维修。而这种外衣,可以保护雷达隐身涂层。其次,特种“外衣”将帮助苏-57在地面上躲避侦察系统监视。穿上隐身外衣后,卫星和飞机的光学、红外侦察系统,也无法对其有效识别。第三,还有一些分析认为,他还能让苏-57在飞行中更加隐身。




来源:前沿材料PLUS,匈奴狼山,张学峰看空天

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