等離子體隱身技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用探索

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1、42機(jī)電技術(shù)2011年6月*等離子體隱身技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用探索劉海濤劉汝兵（福建省等離子體和磁共振重點實驗室、廈門大學(xué)物理與機(jī)電工程學(xué)院，福建廈門361005）摘要：闡述了研究等離子體隱身技術(shù)的重要意義和等離子體的基本概念以及等離子體隱身的基本原理和優(yōu)點，并介紹了國內(nèi)外等離子體隱身技術(shù)在飛行器等軍事科技方面的研究現(xiàn)狀和前景展望。關(guān)鍵詞：等離子體；隱身技術(shù)；飛機(jī)；電磁波中圖分類號：V218文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A文章編號：1672-4801(2011)03-042-05隱身技術(shù)又稱為目標(biāo)特征信號控制技術(shù)，是熱門的研究課題，已逐步從實驗室走向?qū)嵱没?。指綜合利用各種反探測手段降低己方目標(biāo)的電1等

2、離子體概述磁、聲、熱、視覺等信號特征，使之難以被發(fā)現(xiàn)、識別、跟蹤和打擊的低可探測性技術(shù)的統(tǒng)稱。根1.1等離子體的基本概念據(jù)探測器種類的不同，隱身技術(shù)可分為雷達(dá)隱身、當(dāng)任何不帶電的普通氣體在受到外界的高能[1]紅外隱身、聲隱身和視頻隱身等。激勵作用(如對氣體施加高能粒子轟擊、強(qiáng)激光或在現(xiàn)代及未來戰(zhàn)爭中，由于雷達(dá)具有探測距α射線照射、氣體放電、熱致電離等方法)后，部離遠(yuǎn)、抗干擾能力強(qiáng)、全天候等特點，仍將是探分原子中的電子會脫離原子核束縛成為自由電測目標(biāo)的最主要手段。因此隱身技術(shù)的研究是以子，原子因失去電子而成為帶正電的離子，這樣雷達(dá)特征信號控制為重點，雷達(dá)隱身是隱身領(lǐng)域原來的中性氣體就

3、因電離而轉(zhuǎn)變成由大量自由電最活躍、也是研究最多的隱身方法。子、正電離子和部分中性原子組成的宏觀仍呈電[2]雷達(dá)隱身技術(shù)的核心是減少雷達(dá)散射截面中性的電離氣體，這類氣體稱為等離子體。它(RCS)，也就是降低目標(biāo)對雷達(dá)信號的反射。RCS是繼固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)三種形態(tài)之外的又一種物越小，被雷達(dá)探測到的距離越近，目標(biāo)的生存能質(zhì)凝聚態(tài)，又稱為物質(zhì)的第四態(tài)或等離子態(tài)。力就越高。目前實現(xiàn)雷達(dá)隱身技術(shù)的手段主要有等離子體廣泛存在于宇宙空間，從電離層到外形隱身技術(shù)、材料隱身技術(shù)、等離子體技術(shù)、宇宙深處物質(zhì)幾乎都是電離狀態(tài)，宇宙空間可見對消技術(shù)、微波傳播技術(shù)等。物質(zhì)中99%是等離子體。地球表面幾乎沒有自

4、然傳統(tǒng)的隱身技術(shù)大多以改變飛機(jī)的幾何外形存在的等離子體，只存在于閃電和實驗室中氣體和降低氣動性能為代價，大量采用獨特的多面體放電等情形下。外形（如F117）嚴(yán)重影響了飛機(jī)的氣動性能，飛1.2等離子體的特性機(jī)表面涂敷的吸波材料不僅維護(hù)復(fù)雜、價格昂貴，等離子體是由電子、離子等帶電粒子以及中而且增加了飛機(jī)的自身重量。性粒子（原子、分子、微粒等）組成的尺度大于等離子體隱身技術(shù)是指利用等離子體規(guī)避雷德拜長度的宏觀中性電離氣體，其運動主要受電達(dá)探測系統(tǒng)的一種新型有源隱身技術(shù)技術(shù)，與外磁力的支配，并表現(xiàn)出顯著的集體行為。盡管等形隱身、材料隱身和結(jié)構(gòu)隱身等傳統(tǒng)的隱身技術(shù)離子體在整體上呈電中性，卻具

5、有了很好的導(dǎo)電相比，等離子體隱身技術(shù)具有許多獨特的優(yōu)勢，性，在電磁性能上完全不同于普通氣體。普通氣是21世紀(jì)隱身技術(shù)的重要發(fā)展方向。體中如有0.1%的氣體被電離，這種氣體就具有很在當(dāng)今軍事科技迅猛發(fā)展的時代，以犧牲飛好的等離子體特性，如果電離氣體增加到1%，這機(jī)的氣動性能為代價來降低雷達(dá)散射截面（RCS）樣的等離子體便成為導(dǎo)電率很大的理想導(dǎo)電體。的傳統(tǒng)隱身技術(shù)正面臨挑戰(zhàn)。等離子體雷達(dá)隱身1.3等離子體的分類理論和技術(shù)的日益成熟引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注等離子體按熱力學(xué)平衡可以分為3類：和高度重視，西方軍事強(qiáng)國競相開展等離子體隱(1)完全熱力學(xué)平衡等離子體。也稱為高溫身技術(shù)的應(yīng)用研究，離

6、子體隱身技術(shù)正成為一個等離子體，是完全電離的核聚變等離子體，溫度*基金項目：福建省自然科學(xué)基金（1010014）作者簡介：劉海濤(1985-)，男，碩士研究生，研究方向：等離子體放電特性研究。第3期劉海濤等：等離子體隱身技術(shù)在航空領(lǐng)域的應(yīng)用探索438-31高達(dá)10K數(shù)量級。此類等離子體中電子溫度、離=9.11×10kg）；ε0是真空中的介電常數(shù)，子溫度、氣體溫度完全一致。ε=8.854×10-12F/m。0(2)局部熱力學(xué)平衡等離子體。也稱為熱等由于等離子體的折射率與等離子體自由電子35離子體，熱力學(xué)溫度為10～10K。由于等離子密度有關(guān)，通過控制等離子體密度分布，使入射體中各物質(zhì)

7、通常很難達(dá)到嚴(yán)格的熱力學(xué)一致性，到等離子體內(nèi)部的雷達(dá)電磁波向外發(fā)生彎曲，減當(dāng)其電子、離子和中性粒子溫度局部達(dá)到熱力學(xué)小目標(biāo)與雷達(dá)的相互作用，即可實現(xiàn)對雷達(dá)波的一致性時，稱之為局部熱力學(xué)平衡等離子體。折射隱身[3]。(3)非熱力學(xué)平衡等離子體。也稱為冷等離2.2吸收隱身25子體，其電子溫度為3×10～10K，此類等離子等離子體能以電磁波反射體的形式對雷達(dá)進(jìn)體內(nèi)部電子溫度很高，可達(dá)上萬開爾文，而離子行電子干擾，同時對入射到等離子體內(nèi)部的電磁及氣體溫度接近常溫，從而形成熱力