紅外與雷達波兼容隱身復合涂層的機理研究.pdf

1、在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，控制武器裝備的紅外輻射特征，是決定武器裝備戰(zhàn)場生存能力的至關重要的技術之一。盡管目前國內(nèi)外紅外隱身技術在工程應用上已獲得一定成果，但理論研究滯后于實踐，已成為紅外隱身技術繼續(xù)發(fā)展的一大瓶頸。本文從紅外輻射與顏料粒子的相互作用的微觀物理機制和涂層中熱輻射傳輸方程出發(fā), 對紅外與雷達波兼容隱身的機理，進行了深入的研究。 首先，為了選擇低紅外發(fā)射率材料，研究了金屬、半導體和電介質(zhì)的光學性質(zhì)。金屬材料具有很低的發(fā)射率，但金

2、屬的自由電子散射所引起的高反射使得金屬連續(xù)薄膜不能與可見光和雷達波隱身兼容，然而當金屬粒子作為顏料滲入樹脂中構建紅外涂層時卻可以做到對雷達波隱身的兼容。摻雜半導體，可以通過改變摻雜濃度而調(diào)整其等離子頻率，使得半導體薄膜可以實現(xiàn)可見光低反射、紅外高反射，實現(xiàn)可見光與紅外兼容隱身。極性材料的剩余射線區(qū)域可以用來構建低紅外發(fā)射率薄膜，同時也可以實現(xiàn)與其它波段的兼容隱身。 其次，討論了顏料粒子的單散射性質(zhì)，計算了球形均勻粒子、包覆球形粒

3、子、旋轉橢球粒子以及其它非球形粒子的散射和吸收性質(zhì)。以球形均勻粒子為重點，計算了散射體的相函數(shù)、前向散射率和其它一些參數(shù)。在滿足Hottel判據(jù)，即粒子之間的最短距離大于0.3個波長時，涂層中粒子的散射計算可以采用獨立散射近似。 第三，研究了紅外涂層中的輻射傳輸。考慮到熱輻射的近似半各向同性性質(zhì)，可以采用標準應用條件下的Kubelka-Munk理論求解涂層中的熱輻射傳輸。采用Maheu等提出的平均路徑參數(shù)概念，給出了Kubelk

4、a-Munk理論中散射系數(shù)和吸收系數(shù)與粒子的散射性質(zhì)關系。 第四，將兩種經(jīng)典的有效媒質(zhì)理論推廣到大粒子情形，求解涂層的有效光學常數(shù)。采用牛頓迭代法，求解出了兩種廣義有效媒質(zhì)理論的數(shù)值解。涂層的有效光學常數(shù)，可以用來確定涂層中的輻射傳輸方程的邊界條件。 最后，以球形鋁粉為顏料粒子，在滿足Hottel判據(jù)的稀粒子條件下，根據(jù)所建立的輻射傳輸方程，解出紅外涂層的發(fā)射率對粒子半徑和涂層厚度的依賴性。研究發(fā)現(xiàn)，（1）顏料粒子的半徑

5、有一個最佳范圍，使用這個粒徑范圍內(nèi)的鋁粉粒子和丙烯酸樹脂構成的涂層，即使涂層很薄，涂層的發(fā)射率也能從0.9降到0.5以下。對于3~5 μm波段，最佳的粒子半徑范圍在0.3~0.8 μm；而對于8~14 μm波段，最佳的粒子半徑范圍在0.7~1.6 μm。（2）紅外涂層的厚度增加到一定程度，由最佳粒徑范圍內(nèi)的鋁粉粒子構成的涂層的發(fā)射率不再下降，此即涂層的飽和厚度。在3~5 μm波段，飽和厚度約為100 μm；在8~14 μm波段，飽和厚度