红外伪装技术

11、红外伪装原理2、常见的红外伪装的方法主要包括3、红外伪装材料4、自适应红外伪装技术5、红外伪装技术的发展趋势2大气的红外窗口分为近红外窗（0.75~2.0μm）、中红外窗口（3~5μm）和远红外窗口（8~14μm），大部分红外探测器都集中在这三个波段内工作。根据Stefen—Boltzman定律，物体在所有可能方向和波长范围内的辐射功率为：式中M为物体的辐射功率（W•m-2），Ɛ为发射率，δ为玻尔兹曼常数，T为物体的绝对温度。4M=T3（1）改变目标的红外辐射特征。使目标红外辐射波段避开红外大气窗口或红外制导导弹的工作频率。（2）降低目标的红外辐射强度，主要是降温和降低辐射率。（3）控制目标红外辐射的传输过程。增加其在红外传输过程中的吸收、散射和反射及其改变目标红外辐射的功率分布。（4）干扰目标的红外辐射信号。发出或形成模拟目标或背景的红外信号，造成假象。4（1）红外抑制和遮挡技术。（2）红外气溶胶技术。（3）红外伪装网和遮障技术。（4）红外假目标技术。（5）红外干扰技术。（6）材料技术。5红外隐身材料按其工作波段可分为近红外和中、远红外隐身材料。1、近红外伪装材料2、中、远红外伪装材料6近红外隐身材料目前都是涂敷型的，按工作原理分单色迷彩、变形迷彩和变色迷彩三类。20世纪40年代，英国率先研制出模拟叶绿素的绿色伪装涂料。随后美国也研制出改进的绿色伪装涂料。70年代初，美国研制出紫外、可见光兼容的近红外四色迷彩涂料，这种涂料由黄褐色、褐色、暗黑色、黑色构成，使用后，可使目标的可见性下降30%。780年代中期，美国开始研制由不同红外反射率的颜料组成的伪装涂料。80年代以来，我国先后研制出溶剂型、水乳型和粉末型的近红外隐身涂料，如712型涂料和505-M-III型涂料。8沙漠迷彩变形迷彩按颜料类别分，主要有以下四种：(1)铬酸铅系涂料。(2)三氧化铬系涂料。（3）芘四酸酐衍生物系涂料。(4)偶氮化合物系涂料。三氧化铬的反射率曲线组成质量分数组成质量分数三氧化铬0.2282十烷酸钴，5%0.0022氧化铁黄0.0375十烷酸钴，10%0.0018氧化铁红0.0132十烷酸钙0.0087二氧化钛0.1843甲乙基酮0.0142硅酸镁0.1320石油溶剂0.0744硅烷醇酸树脂0.3035组分质量分数12345二氧化钛0.5240.35三氧化铬0.1990.60~0.65氧化钴0.1970.20~0.250.450.150.449氧化锌0.080三氧化铝0.150.550.550氧化镍0.35氧化镁0.001色彩绿绿绿绿青组分质量分数123N，N‘-双（2-氨基乙基）芘四酸二酰亚胺0.05700.05500.0553二氧化钛0.12200.13760.0461铬黄500LSG0.18300.18350.1843氧化铬绿SU0.40650.44040.4608氧化铁黄2145010.22350.17970.1982氧化铁红N1350.00800.01380.0415氧化铁黑N740.0138色彩亮绿绿棕深绿实现中远红外伪装有两种主要的途径：1、降低目标表面温度，可用做降低目标表面温度的热红外隐身材料有降温材料。2、降低目标表面的发射率，即采用低发射率材料作为热红外隐身材料。目前报导最多的中、远红外隐身材料是涂敷型涂料。13降温材料是降低目标热辐射的最有效的方法。降温材料主要研究的是隔热材料、相变材料。隔热材料主要有隔热泡沫塑料和隔热陶瓷材料。隔热泡沫塑料的种类取决于目标的表面温度，表面温度越高，选用的隔热泡沫塑料的熔点越高。常用的有聚苯乙烯、聚氨基甲酸酯和硅橡胶。1415(a）的涂层使大面热源33的热辐射汇集到34附近。（b）的涂层使热源35的热辐射转移到36附近。（c）的涂层使热源37和38的热辐射汇集39附近。（d）的涂层使大面积热源40的热辐射分散在41和42两处。不均匀泡沫塑料图层的隔热效应隔热泡沫塑料隔热陶瓷材料的种类很多，但由于它主要涂敷在发动机内壁，要求高耐温性。氧化锆陶瓷的熔点高达3000℃以上，可以满足各种发动机对高耐温性的要求。如美国NASA刘易斯研究所研究的氧化锆陶瓷涂层，经在发动机上试验，其隔热效果为150℃。目前已在F—22战斗机上应用。16相变材料微胶囊技术1、将相变材料与红外吸收涂料或可见光伪装涂料混合后，涂覆在目标表面，形成热红外辐射吸收层，或是兼具红外和可见光伪装作用的涂层；2、将相变材料加入到液态聚合物中，然后发泡形成泡沫塑料；3、将变相材料添加至纤维内或涂覆于纤维表面，然后制得储热调温织物。优点：在一定温度范围内，具有较明显的降温及温度自适应功能，有利于实现目标与背景的红外融合，为对抗双波段红外热像仪反伪装技术提供可能。缺点：目标-背景温度相差较大的系统中，相变隐身涂层伪装效果不好。17相变隐身涂料制备工艺流程Fig.9相变隐身涂料在低温小温差系统中的热图Fig.10相变隐身涂料在高温大温差系统中的热图目标-背景温度较为接近的系统中，相变隐身涂层实现了部分隐身。目标-背景温度相差较大的系统中，相变隐身涂层无隐身效果。20在两片导热性良好的绝缘体材料中间，夹有错落排开的P型和N型半导体材料，两端有金属材料相连。当半导体制冷片两端加上电压时，由P型和N型半导体构成的热电偶对两端之间产生热量转移，形成冷热端。当电压反向时热电偶对两端的热量转移发生转变，冷热端发生互换。智能温控复合材料是一种基于温控元件，可以根据预定指令进行温度控制,使目标随环境温度变化,并保持两者的温度差很小,致使红外探测系统无法探测到目标的新型智能材料。21智能温控复合材料示意图吕相银等将热电制冷器(TEC）附着于目标材料表面,利用热电制冷技术实现对目表表面辐射温度的实时控制,将目标温度从34度降低至26度。目前正在研究的低发射率材料有涂料型和薄膜型两类。低发射率涂料由颜料、粘接剂和附加成分复合而成，它也是一种功能性的复合涂料。22颜料粘接剂附加成分金属颜料高分子粘接剂硅化物，硫化锌、三硫化二锑树脂类橡胶类着色颜料防老剂、防冻剂、增强剂等无机粘接剂半导体颜料分散剂、固化剂、稀释剂、增稠剂和催干剂等硅化物可使低发射率涂料的太阳能吸收率降低，硫化锌或三硫化二锑可使铝粉含量低的涂料的发射率降低和漫反射率增高；序号研制者基本配方红外隐身性能1SupcoeRF(1981年）Al粉（0.10—0.20），Co（0.02—0.15），氧化钴(0.02—0.05），TiO2（0.07—0.23），有机硅醇酸树脂（0.65—0.75），其它灰色，兼容可见光伪装(2~15)μmε=0.511,(8~14)μmε=0.512,(0.3~1.8)μmε=0.6232TschulenaG(1981年)Al箔片（Φ=10μm）、炭黑、商业无色聚氨酯漆灰色(RAL7000)ε=0.53CalvertRL(1984年）Al箔片（Φ=70μm）0.50醇酸树脂ε=0.164HugoG(1986年)Al丁基橡胶/溶解的颜色绿色，颜色可调，ε（3~5)μm=0.45ε（8~14)μm=0.55常见的红外电致变发射率材料有导电高分子和三氧化钨（WO3)。美国EclipseEnergySystems公司生产的EclipseVEDTM能耗仅为0.1mW/cm，量为5g/m，在8m处发射率最大变化量可达0.9。24编号电致变发射率器件结构发射率变化范围1Au/NiO/Ta2O5/c-WO3/金属栅0.057~0.059（2~13.8μm）2玻璃/ITO/NiO/(AMPS/DMA)/c-WO3/硅片0.60~0.68(1~30μm)3玻璃/铝层/a-WO3/a-Ta2O5/c-WO3/铝制栅0.40~0.59(2~40μm)4玻璃/ITO/c-WO30.261~0.589(1.5~20μm)5ITO玻璃/NiVxOyHz/ZrO2/a-WO3/铝制栅0.33~0.59（2~50μm）6Au/RFS-WO30.08~0.86(3~5μm)7EclipseVEDTM:聚酰亚胺（Kapton）/RE/EC/EL/IS/TEΔε=0.8(7~12μm)25基于WO3的电致变发射率器件对应的发射率变化范围美国Florida大学的Schwendeman和California大学的YablonovitchE等人设计的类似三明治结构的器件,在1.3～2.2μm的近红外波段内，反射率变化范围最高大于80%，在3.5～5μm波段内变化范围高于50%。26双聚合物基红外电致变发射率器件结构新型隐身材料的主要发展方向有：手性材料、纳米隐身材料、多晶铁纤维吸收剂和导电高分子材料（CPs）树脂基多谱隐身材料等。27用CPs电致变色材料制备的红外发射器件结构示意图多谱隐身复合材料结构示意图自适应红外伪装系统能够随环境的变化自动地调节被探测目标的红外辐射特性。自适应红外隐身系统采取闭环控制方式进行信号采集、处理、控制及反馈等操作。28发展趋势可以总结为两方面：一是寻求各波段各种伪装技术的兼容，即全波段伪装技术；二是研发新型伪装材料。2930