雷达吸波涂层海洋大气环境适用性试验研究_宿兴涛.pdf

第 20 卷 第 2 期 装 备 环 境 工 程 2023 年 2 月 EQUIPMENT ENVIRONMENTAL ENGINEERING 17 收稿日期：20220429；修订日期：20220701 Received：2022-04-29；Revised：2022-07-01 基金项目：国防科技基础加强计划（2021-JCJQ-JJ-1058）Fund：National Defense Science and Technology Foundation Strentthening Program(2021-JCJQ-JJ-1058)作者简介：宿兴涛（1984），男，博士，高级工程师，主要研究方向为大气环境仿真。Biography：SU Xing-tao(1984-),Male,Doctor,Senior engineer,Research focus:atmospheric environment simulation.引文格式：宿兴涛,孙敬哲,朱晓蕾.雷达吸波涂层海洋大气环境适用性试验研究J.装备环境工程,2023,20(2):017-025.SU Xing-tao,SUN Jing-zhe,ZHU Xiao-lei.Experimental Study on Applicability of Radar Absorbing Coating to Marine Atmospheric Environ-mentJ.Equipment Environmental Engineering,2023,20(2):017-025.雷达吸波涂层海洋大气环境适用性试验研究 宿兴涛，孙敬哲，朱晓蕾（北京应用气象研究所，北京 100029）摘要：目的目的 分析一种雷达吸波隐身涂层在海洋大气自然环境下性能的变化规律。方法方法 对 12 个月不同阶段涂层的常规物理性能和电性能进行检测，其中常规物理性能包括宏观形貌、金相形貌、微观性能、附着力、抗冲击强度和红外光谱。结果结果 从宏观形貌看，涂层明度和色差值呈上升趋势，12 个月明度增加 1.22，色差值增加 2.91，颜色向绿色和蓝色发展，失光率先增大、后减小，最大失光率为 9 个月时的 34%。涂层附着力和试验时间呈现非线性关系，6 个月时，附着力降低了 18%，12 个月时增大了 24%。涂层在 218 GHz的频率范围内，吸波曲线大体呈“U”形，最低反射率随时间向低频方向偏移。涂层金相形貌、微观性能、抗冲击强度和红外光谱特征总体变化不明显。结论结论 在 1 a 内，自然海洋大气环境对雷达吸波隐身涂层常规物理性能和电性能产生了一定影响，但在试验时间相对较短情况下，海洋大气环境对涂层老化的影响作用尚未充分显示，需要结合更长周期的试验数据进一步分析。关键词：隐身涂层；雷达吸波；制备；物理性能；电性能；海洋大气环境 中图分类号：TJ05；TJ06 文献标识码：A 文章编号：1672-9242(2023)02-0017-09 DOI：10.7643/issn.1672-9242.2023.02.003 Experimental Study on Applicability of Radar Absorbing Coating to Marine Atmospheric Environment SU Xing-tao,SUN Jing-zhe,ZHU Xiao-lei(Beijing Institute of Applied Meteorology,Beijing 100029,China)ABSTRACT:The work aims to analyze the change rule of radar absorbing stealth coating in marine atmospheric environment.The conventional physical properties and electrical properties of the coating at different stages within 12 months were examined,including macroscopic morphology,metallographic morphology,microscopic properties,adhesion,impact strength and infrared spectrum.In terms of macroscopic morphology,the brightness and chromatic aberration of the coating increased.The brightness increased by 1.22 and the chromatic aberration increased by 2.91 within 12 months and the color turned green and blue.The loss of light firstly increased and then decreased,with the maximum value of 34%in the 9th month.The adhesion of the coating was nonlinear with the test time,and decreased by 18%in the 6th month and increased by 24%in the 12th month.The radar wave absorption curve was approximately in the shape of U within the frequency of 2-18 GHz,and the lowest reflectivity shifted to the low frequency direction with time.The overall change of metallographic morphology,microscopic properties,impact 18 装 备 环 境 工 程 2023 年 2 月 strength and infrared spectrum characteristics of the coating was not clear.Within 1 a,the natural marine atmospheric environ-ment has a certain effect on the conventional physical and electrical properties of radar absorbing stealth coating.However,un-der the condition of relatively short test time,the effect of marine atmospheric environment on coating aging has not been fully demonstrated,which needs to be further analyzed in combination with longer-term test data.KEY WORDS:stealth coating;radar absorbing;preparation;physical properties;electrical properties;marine atmospheric en-vironment 隐身技术能够显著提高国防体系中军事目标的生存能力、武器系统的突防和纵深打击能力，各国均十分重视此项技术。在目前看来，隐身涂层、结构隐身材料和外形技术是实现隐身的3项主要技术措施1。其中，隐身涂层具有高性能、易施工、低成本、不受目标外形限制等特点，是目前应用最广、发展最好、最为有效的隐身技术手段2，是隐身技术中的重要支撑。随着隐身技术以及民用物联网电磁干扰/屏蔽3、红外能量辐射控制4等技术的发展，隐身涂层材料的重要性日益受到社会关注，国内外普遍重视对隐身材料的研发和应用。目前已服役战机如美国F-22和F-35战机、俄罗斯苏-57 战机及我国 J-20 战机，均在机体表面涂覆有大量隐身涂层5，俄罗斯地面装备如“阿玛塔”主战坦克、T-72 主战坦克、BMP-2 和 BMP-1KSh步兵战车等也已开展大量涂装试验。随着探测技术的迅速发展，单一频段的隐身已经不能够满足需求，隐身涂层正向雷达波、红外线、可见光等多频谱隐身方向发展2,5。根据涉及的频谱，包括微波、红外、光、声等，相对应隐身涂层材料也分为雷达隐身涂层材料、红外隐身涂层材料、可见光及声隐身涂层材料等2,6。随着装备使用服役，隐身材料等基础产品的环境效应特性对装备的环境适应性和性能的发挥具有重要影响，严重制约装备的作战能力7-15。包括美俄在内的军事强国高度重视隐身涂层环境效应研究，认为该项技术对隐身武器装备的作战效能，装备战斗力的形成、维持与提高，甚至战争的胜负具有至关重要的影响4。作为武器装备的重要质量特性之一，隐身涂层的环境适应性研究尤为重要1。目前，我国装备基础产品的环境效应数据积累不足，特别是新型材料（如隐身涂层材料）的环境效应数据严重匮乏。由于未开展系统的环境试验考核与验证，这些新型材料在预期服役环境中的劣化特征、规律等未能掌握，难以预判其在服役环境中的环境适应性，导致装备研制设计面临环境效应数据支撑不足，严重制约了新型隐身材料在装备中的应用。因此，迫切需要开展新型隐身材料的环境试验研究，掌握其环境效应数据，推动新型隐身材料在装备中的应用，满足装备隐身性能发展需求。本文针对我国东南沿海地区装备运用，制备一种雷达吸波隐身涂层，研究海洋大气环境对隐身涂层性能的影响，为装备部署运用提供数据和技术支撑。1 样品制备 关于隐身涂层的制备已经开展了较多研究16-20，本文制作的雷达吸波涂层样品，选用碳纤维增强环氧树脂基复合材料作为样品基材。将雷达吸收剂、环氧树脂、偶联剂、固化剂等按相应比例或含量混合，搅拌分散制成雷达吸波涂料。按照雷达吸波涂层的涂装施工要求，在碳纤维增强环氧树脂基复合材料上涂覆雷达吸波涂料，制备不少于 20 件满足性能指标要求的雷达吸波涂层试验样品，其尺寸规格为 300 mm 300 mm。样品 P 的主要成分为片状铝粉、环氧树脂、偶联剂、固化剂、有机黑色颜料，样品 M 的主要成分为片状铝粉、有机硅树脂、偶联剂、分散剂、流平剂、无机粘结剂、无机黑色颜料。涂层样品四周边缘采用硅橡胶进行封边。制备完成后，对雷达吸波涂层样品进行合格检测。其中，常规物理性能包括外观、光泽、色差、附着力、抗冲击强度、厚度和微观性能，电性能包括红外反射率和雷达反射率。涂层厚度为(0.50.1)mm，频率范围为 818 GHz，反射率小于5 dB，附着力5 MPa。检查结果符合相关参考标准，同时相关材料符合当前市场主流，具有较好的代表性。2 自然环境试验设计 海洋大气环境具有平均气温高、降水多、湿度大、润湿时间长、日照时数高、太阳辐射强、盐雾浓度高等特点，对装备表面隐身涂层腐蚀能力强21-26。选择海南万宁试验站作为自然环境试验地点，该站属于典型热带海洋大气环境，具有较好的代表性。参照 GJB 8893.12017 军用装备自然环境试验方法第 1 部分：通用要求和 GJB 8893.22017军用装备自然环境试验方法第 2 部分：户外暴露，开展雷达涂层样品的大气自然环境暴露试验，户外暴露试验面向赤道，与水平面呈现 45角。同时，开展雷达涂层样品 0和45不同暴露角度的考核对比试验，研究不同暴露角度对涂层体系性能/功能的劣化特征及规律。样品试验信息见表 1，试验现场如图 1 所示。鉴于自然环境试验时间还在开展过程中，本文选取已采集的第一年海洋大气环境效应数据进行分析，研究对