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战斗机3_5_m波段红外特征空间分布及低发射率材料隐身效果分析

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〈制导与对抗〉战斗机3～5μm波段红外特征空间分布及低发射率材料隐身效果分析冯晓星，吉洪湖，斯 仁，刘福城（南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京 210016）摘要：对典型战斗机在3～5μm波段范围内的红外辐射强度空间分布进行了数值计算，研究了红外搜索跟踪系统对目标的探测距离计算方法，考虑了大气透过率的影响，并分析了采用低发射率材料后战斗机的隐身效果。

红外辐射特征的计算采用自开发软件NUAA-IR进行，探测距离的计算通过自编程完成，计算结果表明采用低发射率材料后战斗机在3～5μm波段机身正后向小角度范围内的红外辐射特征降低的量值比较大，3～5μm波段的红外搜索跟踪系统对战斗机正后向小角度范围内的探测距离明显减小。

采用低发射率材料后，红外隐身效果提高了。

关键词：飞行器；红外；隐身效果中图分类号：V231.1 文献标识码：A 文章编号：1001-8891(2011)07-0389-06Numerical Study on Spatial Distribution of 3～5μm Infrared Signature and Stealth Effect of Low Emissivity Material for Fighter AircraftFENG Xiao-xing，JI Hong-hu，SI Ren，LIU Fu-cheng(College of Energy and Power Engineering, Nanjing University of Aeronautics and Astronautics, Nanjing 210016, China)Abstract：Taking a typical fighter aircraft as a model, the spatial distribution of infrared signature in 3～5μm is calculated. The method of detection range is given and the stealth effect of low emissivity material of fighter aircraft is analyzed. The spatial distribution of infrared signature is calculated by the self-developed software NUAA-IR, and the detection range is calculated by the self-developed program. The result shows that in 3～5μm, after the low emissivity material is used, the integral radiant intensity in the small-angle direction of the back fuselage is obviously reduced, and the detection range in the small-angle direction of the back fuselage is also obviously reduced. The radiant intensity in other direction is reduced a little. In a word, the stealth effect of low emissivity material is improved.Key words：fighter aircraft，infrared，stealth effect引言目前，红外探测和制导技术在战斗机空战中的作用越来越大，“先敌发现，先敌开火”[1]已成为未来空战战术的一种趋势，为了提高战斗机的战场生存率和作战效能，必须开展战斗机红外隐身技术研究和隐身效果评估方法研究。

隐身效果评估大体可包括三个部分：①计算并分析战斗机的红外辐射特征；②计算红外探测系统对采用隐身措施后战斗机的探测距离；③及其对战斗机的生存率的影响（由于战斗机的生存率涉及到空战模拟等诸多因素，难度大，所以本文未作考虑）。

在飞行器红外辐射特性计算方面，罗明东等[2]利用离散传递法对“全球鹰”无人机排气系统在高空巡航状态的红外辐射强度进行预估，计算了无人机对称平面及水平平面内的红外辐射强度分布；吕建伟等[3]采用反向蒙特卡洛法计算飞行器表面8～14μm 波段内红外辐射特征，通过改变飞行器各主要部件的表面温度和发射率，获得对飞行器水平方向上总的红外辐射特征的影响和控制规律。

在隐身效果分析方面，韦第升等[4]针对飞行器的红外隐身问题，推导出红外辐射对比度与探测距离的关系，通过实际算例考察了目标表面温度、目标发射率和飞行速度对红外辐389390射对比度及探测距离的影响；武振波等[5]推导了导弹在点源制导和成像制导两种情况下探测距离的计算公式，以武装直升机为例，研究了辐射强度和温差对导弹作用距离的影响，并对红外抑制效果与途径进行分析。

从目前发展形势来看，红外隐身研究主要针对3～5 μm 和8～14 μm 两个波段。

本文仅以3～5 μm 波段为例，研究了典型战斗机的红外特征，与前期工作[2]不同的是，本文计算的飞行器红外特征不仅局限于飞行器对称平面和水平平面，而是全球空间方向；发展了飞行器红外隐身效果分析方法，在NUAA-IR 软件中开发了相应的软件模块，红外探测距离的计算采用的是目标红外光谱辐射强度和大气光谱透过率，计算结果更为精确；计算了战斗机在采用低发射率材料的情况下，在3～5 μm 波段范围内的红外辐射强度空间分布，并计算了3～5 μm 波段的红外搜索跟踪系统对其的探测距离，分析了战斗机的红外隐身效果。

1 流场计算1.1 物理模型本文选取了某一典型战斗机作为模型，其物理模型如图1所示，包括机头、机舱盖、机身、机翼、水平尾翼、垂直尾翼和喷管。

本文认为该模型在结构上具有对称性，所以在计算中只选取了战斗机模型的一半。

喷管部件如图2所示，包括外涵进口、内涵进口、混合器和中心锥。

图1 战斗机模型图 Fig.1 Fighter aircraftmodel图2 喷管部件图 Fig.2 Nozzle model1.2 计算域和网格划分 外流场的计算域是一个1/2的圆柱体，若定义机身长度为L ，则计算域长4L ，直径为4L ，自由来流的计算域和尾后喷流的计算域均为1.5L ，与如图3所示。

本文的流场网格采用非结构化网格，在贴近机身表面以及喷管出口附近等温度、压力变化梯度较大的区域采用较密的网格，对称面上的网格如图4所示。

经过网格独立性验证，网格数量为360万左右。

图3 战斗机外流场计算域Fig.3 Computational domain of aircraft’s flow field图4 计算域对称面上的网格划分 Fig.4 Grid of symmetry plane1.3 边界条件和计算方法飞行高度是海拔11 km ，飞行速度为0.85Ma ，飞行俯仰角0°，飞行滚转角0°。

外流场边界设置为压力远场边界；进气道设置为压力出口边界；喷管的内涵进口和外涵进口，均设置为压力进口边界条件。

本文采用FLUENT 软件进行流场的数值模拟，运用耦合显式求解器进行求解，流场计算的湍流模拟采用SST k -ω两方程模型。

方程组解收敛的判别标准是残差小于1.0×10－3。

2 红外辐射特征计算2.1 网格划分和计算方法2011年7月 冯晓星等：战斗机3～5 μm 波段红外特征空间分布及低发射率材料隐身效果分析 July 2011391战斗机的蒙皮和排气系统固体壁面的红外网格均采用三角形网格，如图5所示。

图5 战斗机的红外网格划分示意图 Fig.5 Grid of fighter aircraft for infrared本文采用了NUAA-IR （Numerical analysis of aircraft’s infrared signature ）软件[2,7]对战斗机的红外辐射特征进行计算。

飞机蒙皮、喷管内所有固体壁面（中心锥、混合器、喷管壁面）均假设为灰体壁面，内外涵进口截面亦看作灰体壁面，本文计算了两种情况[7]，一种是所有固体壁面及内外涵进口截面的发射率均设置为0.9，另一种情况是除了外涵进口和喷管壁面发射率为0.9以外，其它均设置为0.2；喷管内所有固体壁面和内外涵进口截面的温度值均是从流场计算结果中取得，并直接插值到红外计算网格中；燃气流中二氧化碳、水蒸气、一氧化碳等吸收-发射性气体组分的浓度、温度、压力分布亦是从流场计算的组分数据中提取。

2.2 空间探测方向设置图6中给出了本文计算采用的坐标系Oxyz ，坐标原点位于飞机机身重心，轴x 平行于机身轴线指向前方，轴y 在飞行器对称平面内，垂直于轴x 指向上方，轴z 垂直于飞行器对称平面指向右方，图中倾斜角α表示红外探测方向向量与平面xz 之间的夹角，向上倾斜为正；周向角β表示红外探测方向向量在平面xz 上的投影线与轴x 之间的夹角，倾斜角α和周向角β决定了空间探测方向。

当倾斜角α一定时，周向角β从0°到360°的探测方向会形成一个探测锥面。

本文计算了倾斜角α＝－60°～60°，15°一个间隔，周向角β＝0°～180°，10°一个间隔的空间方向上的红外辐射特征。

3 红外隐身效果分析方法红外探测系统对飞行器的探测距离大小是评价飞行器红外辐射水平以及红外辐射抑制效果的一个重要指标。

本文针对红外搜索跟踪系统，研究了其对目标的探测距离计算方法，这类探测系统在对目标进行探测时，依靠目标辐射能量大小进行探测，由于探测距离较远，通常将目标作为点源处理。

其探测距离的计算方程如下[8,9]：2112*0t b a 012d ()()()d ()SNR A I I D R A f λλλλλτλτλλ⎡⎤⋅−⋅⋅⋅⎢⎥=⎢⎥⎢⎥⋅Δ⎣⎦∫ (1) 式中：I t λ红外目标辐射源的光谱红外辐射强度；I b λ为背景的光谱红外辐射强度；τa (λ)为目标与探测系统之间的大气光谱透过率；A 0为光学系统有效入射孔径面积；τ0(λ)为光学系统的光谱透过率，一般可认为是定值；D λ*为光谱比探测度；A d 为探测器单元的面积；Δf 为等效噪声带宽；SNR 为红外探测系统的信噪比。

30α=30α=−0β=180=°90β=°β=β°90β=°180β=°180=°0β=°图6 空间探测方向定义Fig.6 Definition of spatial detection direction本文在背景红外辐射特征处理过程中，认为在理想情况下，背景为黑体，在3～5 μm 波段背景红外辐射特征相比战斗机较弱，一般可以忽略不计。

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基于超构材料的红外和雷达兼容隐身材料研究进展

基于超构材料的红外和雷达兼容隐身材料研究进展

运用各种侦察探测手段，实现战场透明化是现代信息化战争的一个基本特点。

红外探测和雷达探测被广泛应用于战场，这促使红外和雷达兼容隐身技术成为了对抗探测的研究重点。

相较于传统红外和雷达兼容隐身材料，基于超构材料的新型红外和雷达兼容隐身材料表现出更加优异的性能。

1红外和雷达兼容隐身原理与途径红外隐身，顾名思义就是降低目标被红外探测器（红外探测系统）发现的概率，达到隐身的目的。

红外探测器通过对物体发射的红外线进行感光成像，进而可以发现与背景存在较大红外辐射差异的位置。

一般而言，武器装备以及作战人员相较于环境背景均具有较强的红外辐射。

控制目标红外辐射实现红外隐身的两个途径：一是控制目标表面的红外发射率；二是控制目标的表面温度。

通常为了实现军事目标的红外隐身，需要尽可能降低其表面温度和所用材料的红外发射率。

雷达通过主动发射并接收目标被动反射的电磁波实现对目标的探测。

雷达隐身的目的就是降低目标被雷达探测设备发现的概率。

雷达散射截面（RCS）就是反映目标在受到电磁波照射后，向雷达接收方向散射电磁波能力的量。

通过降低目标的RCS可以减小目标被探测的距离，进而降低目标被发现的概率。

降低武器装备RCS 的主要途径有：一是通过外形设计等方法来改变散射波的方向；二是通过雷达吸波材料吸收入射的电磁波。

红外和雷达兼容隐身材料要能够在红外和雷达两个频段同时具有隐身能力，然而不同频段对隐身材料的电磁特性一般具有不同的要求，甚至在某些方面是相互限制的。

红外隐身一般要求材料具有低发射率，根据基尔霍夫定律也就是低吸收率；而雷达隐身为了更好地吸收入射电磁波，则一般要求材料具有高吸收率，这就导致红外隐身和雷达隐身在隐身材料吸收率上存在机理上的矛盾，这也正是红外隐身和雷达隐身兼容的科学难点所在。

因此，红外和雷达兼容隐身材料的研究重点是在借助上述能够实现红外隐身和雷达隐身的途径的基础上，尽可能降低两者在隐身性能上的相互影响。

目前常见的红外和雷达兼容的隐身材料实现的途径可概括为以下两种：第一，通过研制单一型材料，使其能够同时实现红外低辐射和雷达高吸收，实现红外和雷达兼容隐身。

F35隐身战斗机红外辐射特性建模_曲兆俊

F35隐身战斗机红外辐射特性建模_曲兆俊

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的温度、压力、组分的浓度都有不同。为简化计算， 将尾焰沿轴向和径向进行了分层。轴向分层方法示 意图见图 6，在轴向和径向划定的区域内，燃气的 温度、压力、组分浓度认为均匀。尾焰横截面的形 状为圆形。
图6
尾焰轴向分层
Fig.6
Layers along axis of the plume
谱带模型与逐线法的误差小于 1%[12]。 利用 Malkmus 统计窄谱带模型计算透过率可参考文献[11]。 本文根据窄谱带法编写了气体辐射计算程序， 利用 HITEMP 2010 高温气体光谱数据库进行光谱 922 为：
流场入口：质量流量入口； 流场出口：压力出口； 飞机进气口：压力出口； 飞机尾喷口：质量流量入口； 壁面条件： 机体与流体的交界面设为耦合界面。
1
隐身战斗机红外辐射特性模型
战斗机的红外辐射特征源包括 3 部分：发动机 尾喷口/腔体热部件、高温尾焰和机体蒙皮。 F35 战斗机采取的红外隐身技术和措施主要包 括采用先进涡扇发动机、发动机采用低可见度喷管 （LOAN）及喷口锯齿修形、发动机射流引射冷却、 蒙皮使用红外隐身涂层、辐射遮挡等多种先进的红 外特征抑制技术。核心和内涵是通过冷却、降温、 遮挡和降低发射率等技术来控制或减缩飞行器被敌 方红外探测器探测的红外特征信号。 本文在研究战斗机隐身技术的基础上建立隐身 战斗机红外辐射特性模型，建模步骤如图 1 所示。 1.1 三维建模及流场计算 机体的三维模型通过 Creator 软件进行建立。对 机体表面和流场计算区域进行了网格划分，见图 2。 使用 GASTURB[8]发动机仿真软件对发动机工 作状态进行仿真，得到发动机内流场相关参数，作 为喷管外流场计算的输入。 GASTURB 仿真输入条件为： 高度：5000 m； 发动机涡轮前温度 T4*：1900 K； 飞行 Ma 数：亚音速巡航 0.8Ma； 发动机压比数据参考文献[9]，燃料特性可以使 用默认值。 利用 FLUENT 软件对飞机机体及发动机尾焰 的外流场进行仿真。流场仿真的输入条件： 速度 0.8 Ma， 攻角 0； 飞行条件： 高度 5000 m， 来流条件：来流边界条件设为压力远场，大气 的密度采用理想气体密度；
精选雷达隐身材料红外隐身技术与材料

精选雷达隐身材料红外隐身技术与材料


• 1、吸波材料的发展
• 荷兰首先将吸波材料用于飞机隐身。
• 其后，德、美等国也将吸波材料用于飞机和舰艇。
• 60年代，美国将吸波材料用于Ｕ2高空侦察机。
• 70年代,美国又Байду номын сангаасＦ14、Ｆ16、Ｆ18战斗机上使用了吸波材料。
• 80年代初先后研制成ATF、B1 、A10等型号的隐身飞机。
• 80年代中后期相继面世的美国隐形飞机无疑代表了吸波材料实际 应用的巨大成就。其中，有代表意义的是Ｆ117、Ｂ2、Ｆ22、Ａ 12等隐形飞机。Ｆ117隐身战斗机的成功，系统地运用了各种缩 减雷达散射截面的措施，其RCS值为0.2ｍ2。Ｂ2隐形轰炸机的 RCS值仅为0.01ｍ2。
1.1.2、“乔装打扮”——隐身材料技术
• 所谓“乔装打扮”，主要是指采用能吸收或透过雷达波 的涂料或复合材料，使雷达波有来无回、多来少回，达 不到预期的目的。
1.1.3、“随机应变”——微波传播指示技术
• 所谓“随机应变”，是指钻雷达波传播中的空子，利用 计算机预测出雷达波在大气中传播情况，使突防飞行器 在雷达波覆盖区的“空隙”、“盲区”或“波道”外飞 行，就可避开敌方雷达的探测，顺利突防。
e：对电子设备进行屏蔽。如改进武器装备的结构， 采用特殊材料或涂料，以减少向外辐射电磁能等。
1.4、匿迹潜形---反可见光探测隐身技术
• 控制目标的电磁辐射和红外辐射特征，虽可 对雷达、电子、红外探测系统达到隐身目的， 但对可见光波段的光学探测、跟踪、瞄准系 统达不到隐身目的，所以，反可见光探测隐 身技术也在研究和发展。
a：现用或研制中的隐身飞机都以 单站雷达 为对抗目标 。
• 现在的隐身飞机只能对抗单站雷达，很难在所有被照射 的角度上都达到很小的雷达截面。F-117A正前方迎头正 负30度之内雷达截面平均值为0.02平方米，但从前半球 45度至侧向，其雷达截面会增加25-100倍，从上方侦察 时，更容易被发现。
211181375_红外隐身防护材料研究进展

211181375_红外隐身防护材料研究进展

第44卷 第9期 包 装 工 程2023年5月PACKAGING ENGINEERING ·137·收稿日期：2023−04−21作者简介：许毅辉（1996—），男，本科。

红外隐身防护材料研究进展许毅辉，贾凌杰，贾贤补，陈尔余（武警士官学校，杭州 310000）摘要：目的 综述近年来国内外先进的红外隐身防护材料技术的研究进展，并对红外隐身材料的未来进行展望。

方法 从红外探测技术与红外隐身原理出发，着重介绍低发射率材料、控温材料、新型智能红外隐身材料以及协同复合材料等一系列有优异性能的材料。

结果 红外隐身可通过降低物体表面温度及降低物体表面辐射率来实现，依据这两方面原理研制的红外隐身防护材料具有良好的隐身效果。

结论 不同种类的红外隐身材料具有不同的特点，已广泛运用于军事装备、织物等方面，但依然存在一些不足，未来要针对不同应用环境要求进一步优化，以期满足现代化战争需求。

关键词：红外隐身；低发射率材料；控温材料；复合材料中图分类号：TB34；TN215 文献标识码：A 文章编号：1001-3563(2023)09-0137-10 DOI ：10.19554/ki.1001-3563.2023.09.017Research Progress of Infrared Stealth Protection MaterialsXU Yi-hui , JIA Ling-jie , JIA Xian-bu , CHEN Er-yu(NCO, Academy of PAP, Hangzhou 310000, China)ABSTRACT: The work aims to summarize the research progress of infrared stealth protection materials in China and abroad in recent years and prospect the future development. Based on infrared detection technology and infrared stealth principle, a series of materials with excellent performance, such as low emissivity materials, temperature control mate-rials, cooperative composite materials and emerging materials, were introduced. Infrared stealth could be realized by re-ducing the surface temperature and emissivity of the object. The infrared stealth protection materials developed on the basis of these two aspects had good stealth effect. Different types of infrared stealth materials have different characte-ristics and have been widely used in military equipment, fabrics, and other fields. However, there are still some short-comings. In the future, further optimization should be carried out according to different application environment require-ments to meet the needs of modern warfare.KEY WORDS: infrared stealth; low emissivity material; temperature control material; composite material现代战争逐渐向着信息化、智能化发展，随着探测技术与传感技术的迅猛发展，红外探测装置的精确度与分辨率也不断提高[1]。