无人机是什么材质做成的?
目前,复合材料在无人机领域已成为主要结构材料,如使用碳纤维复合材料、玻璃纤维复合材料、蜂窝夹层复合材料等。通常,无人机除机身的龙骨、梁和隔框、起落架等结构件采用铝合金外,机翼、尾翼及各种天线罩、护板、蒙皮等结构件均大量使用复合材料。另外,在中小型无人机上,木质材料、轻型塑料、塑料薄膜等非金属材料也得到大量使用。复合材料的应用对无人飞机结构轻质化、小型化和高性能化已经起到了至关重要的作用。 很多材料商也在开发更适合无人机的材料,如聚赛龙,已研发无人机专用塑料。
“暗星”无人机采用奇特的外形设计,主要是考虑到隐身能力和飞行性能的兼顾,尽量减小飞机的雷达反射截面积,为了提高“暗星”的隐身性能,除了在外形上采取措施外,还采用了大量的先进材料和制造工艺,如“暗星”的全复合材料、全胶接的大展弦比机翼,就是采用B-2隐身轰炸机和F-22先进战斗机的制造技术生产的;机体下部涂有黑色涂料也是从隐身考虑的,上部涂成白色是为了增加阳光辐射,减少吸热,以免机载,包括探测设备和飞行控制系统等。
隐形无人机的隐身性能受到这些因素影响,比如说飞机上的涂料、发动机的性能以及天气的影响。可能很多小伙伴都在电视剧里面听说了隐形战斗机,其实这样的战斗机确实能够做到隐形的原理,并不是说凭空消失,而是能够躲避雷达的追踪竞赛主要分为两种,一种是雷达隐身技术,另一种是红外隐身技术,隐形战斗机的发展在美国最为先进,而美国也拥有很多种隐形战斗机,只要他们在空中进行翱翔,就没有雷达能够将其捕获了,但是如果他们一旦发起进攻的话就会被雷塔索捕捉,所以隐形战斗机也是有缺点的,今天主要给大家讲解的就是影响隐形战斗机隐形因素都有哪些。
影响隐形战斗机的因素分别有飞机身上的涂料、飞机发动机的性能。在隐形战斗机机身上都会涂上一层隐形涂层,也就是最长特殊的涂料能够反射雷达的波段,在雷达捕捉战斗机的过程当中,它会将所有的波段都原封不断的反射回去,这样的话雷达就难以捕捉隐形战斗机达到隐形的效果。还有就是发动机的性能,倘若发动机非常劣质的货就会发出很大的噪音,影响隐形的效果,但是一般隐形战斗机的发动机性能都非常的高,它能够达到隐形的状态。
影响隐形战斗机隐身的因素就是以上几点,我们接下来讲的就是反隐形技术的一些技术。现在国内反隐形技术也是十分发达的,首先就是米波雷达,它能够发射出不同的波段,然后探测出隐形战斗机,除此之外无源雷达、激光雷达也可以直接跟踪飞行器,还有很多的雷达也可以探测出隐形战斗机的存在,比如说双基地雷达、超宽带雷达以及空基地雷达等等。
对于这件事情,你要是有什么更好的想法,欢迎写在评论下方,我们一起讨论吧。
最早的隐身——迷彩是一种光学隐身。在视觉上我们很难分清原来的形状,如飞机背上涂迷彩的草绿色,很容易跟草地的颜色混淆;而机腹涂成天蓝色,跟天空的颜色一致,这样无论它在地上还是天上,都很难看清楚。
迷彩的确可以迷惑敌人的眼睛,但是雷达一出现,它就失去了作用。雷达发射的电磁波像水纹一样遇到障碍物会被反射,反射回来的电磁波会在接收仪器上显示为一个光点,称为雷达反射截面,战场上可以根据雷达反射截面的大小来发现并推测目标大小。B2隐形轰炸机就是通过缩小自己的雷达反射截面来实现隐身的。它的雷达反射截面是目前世界上各种飞机里最小的,大概只有0.01,相当于一只水鸟的雷达反射截面,这是很惊人的。就是说,当B2从头顶飞过,监视雷达的人,在雷达的接收仪器上看到了光点,会认为是一只鸟。而且远距离时可能什么都没看见。要缩小雷达反射截面,就要设计多棱折面的外形。如第一代隐形飞机F117就是最好的例子。它有一个奇怪的外形——多棱折面。当雷达波到达折面后,会向其他方向反射。
利用折面的设计,实现对雷达波的反射,达到隐形的目的,这种技术反映了较早的隐形思想。但是对于飞机来说,平面的设计会使飞机的阻力增大,升力减少,机动性变差。
第二代隐形飞机,比如B2,它就不采用这种方式,整个机体是由曲面组成的,为了减少雷达波的反射,B2上面涂了一种能够产生等离子体的涂料,在飞行中,该涂料把周围的空气电离,形成一层带电薄膜(物理上把这层膜叫等离子体鞘)蒙在飞机的周围。使射来的雷达波或者被散射或者被吸收。但由于此涂料是靠它的辐射来产生电离,因而对人体有害,一般用在无人机上。这是一种利用或者是人为地制造等离子体的隐身技术。有人驾驶的B2上的人造等离子体是用高压、高温产生的。它的机翼前缘加有高电压,尾喷流里面加有负离子,因而它的机翼前缘到机翼后缘之间能产生几十万伏甚至是上千万伏的电位差,使它机翼的表面气流电离,产生等离子体 。
此时飞机已经不在空气里飞行,而是在等离子体里飞行,等离子体的密度和空气的密度是不一样的,它的升力、阻力都会发生很大变化,如果设计得好,它的机动性能可以有较大幅度的改善。
雷达技术的应用,使人类视觉大大延伸,为了与之抗衡,隐形技术也逐步发展,隐形的手段五花八门,但是原理基本上是相同的,就是尽量用各种方法避开敌人的视线。
几百年来,隐身(隐形)技术一直是一些人津津乐道的话题,亦是另一些人想入非非的追逐梦幻。本世纪五、六十年代,“隐身故事”曾经广为流传过。然而进入九十年代,隐身涂装技术才有了实质性的突破和进展。今天,经过“隐身涂装”处理的飞机和坦克,导弹和军舰,仪器和士兵。在地球上不是“天马行空”的独一无二的事情。
1.隐身的重要性
记得一位哲人说过、幻想是打开现实的钥匙、隐身“包装”技术经过100年的研究与开发,终于从幻想走到了现实。如今,利用隐身“包装”技术,有了隐身飞机、隐身舰艇。隐身坦克、隐身特工等等。
这里自然牵涉一个问题,什么叫隐身?工程技术人员认为,“隐身”有两个含义:第一,不是“眼睛”看不见的物品,而是“眼睛”不易看见的物品。这里的“眼睛”是泛指,包括雷达、红外线夜视仪等现代化眼睛;第二,隐身的目的是为了保护自己生存或物品安全而非其他。由于“隐身”范围很广,至今尚无确切的定义。很明显,实现隐身的科学手段就是隐身技术。
不言而喻,隐身“包装”技术是随着战争升级而发展起来的。随着科学技术的飞速发展,现代战争中的“眼睛”各种各样的观(察)瞄(准)仪器、探测系统诸如雷达、红外夜视仪、激光探测器等等日益增加,性能更加完善,普通武器和士兵被敌方发现的可能性也越来越大,安全性大大减少;再加之种种导弹带有“眼睛”,威胁也越发严重,因此“包装”技术也在为各国军备竞争的内容。为了减少被敌方发现的机会。旨在增加安全性的这种技术称为“隐身技术”或“隐形技术”,在军事上亦叫“低可探测性技术”。
第二次世界大战后,隐身“包装”技术作为重大军事技术提到了议事日程上当时的美、苏、日、英等国都投入大量经费进行研究。如今隐身技术得到了较快的发展,特别表现在红外隐身、雷达隐身“包装”技术处于领先水平。标志着“当代先进技术”的各种隐身战斗机,隐身侦察机,隐身护卫舰出现在天空与大洋中。
2.迷彩涂料(迷彩型隐身技术)
迷彩涂料是一种简单泛用的伪装隐身涂料。主要用于军事装备和士兵的可见光隐身和近红外隐身。一般而言,迷彩涂料视目标环境的不同而采用单色涂装或多色迷彩涂装,使“目标”融于所处环境背景的色彩中而免于被敌方看见最终达到隐身的目的。
对军用迷彩涂料而方言,因其使用环境(寿命环境)恶劣,故而要求迷彩涂料应具良好的物理化学性能、而微生物(霉菌)性等等要优良。目前使用的迷彩涂料主要有丙烯醊树脂、聚氨枉费、过氯乙烯树脂、环氧树脂、聚酯树脂、醇酸树脂等等。对于颜色单调的环境诸如沙漠、雪原、海洋等宜用单色或双色迷彩。而多色迷彩宜根据目标环境诸如热带森林、山地、丘陵等的不同而采用深浅颜色交错配置的三色或四色迷彩涂装,且各色斑点面积大小不相同。各迷彩斑点可按下式计算:
A=ND/3400
式中:A为迷彩斑点可见尺寸
D为观察距离N为计算系数,当保护色与对比色的亮度对比K≥0.4,N=2.5~
3;当K<0.4,N=3~4
3.红外隐身技术
3.1 红外隐身概况
随着军事科学技术的迅速发展,现代的外侦察、瞄准技术已达到了相当高的水平。据报道,在1999年3月至5月的“科索沃之战争”中,为了轰炸“南联盟”,北约出动了50颗“天眼”侦察卫星在几百公里的高空日夜侦察。其中,光电成像卫星可获得分辨率为0.1M的可见光图象和红外图像,并可在全暗的条件下拍摄地面目标,特别适于坦克、装甲车辆、监视机动式弹道导弹的动向。因而使各种军事目标和武器装备的安全受到严重威胁,为此,以降低装备红外线发射和削弱敌方红外探测效能为宗旨的红外隐身技术,就受到世界各国的高度重视,并迅速发展。
3.2 红外隐身涂料涂装
红外隐身涂料也叫中远红外伪装涂料,是一种使3UM-5UM和8UM-14UM工作波段的红外探测设备难以探测造错觉的隐身技术。按红外伪装的方式和性质,可分为隐身型和干扰型的两大类。应用隐身型涂料红外伪装技术可以降低和改变“目标”的热辐射特性。
红外线隐身材料主要采用红外涂层材料。现有两类涂料:一类是吸收型,通过涂料本身(如使用能进行相变的钒、镍等氧化物或能发生可逆光化反应的涂料)或某些结构和工艺技术,使吸收的能量在涂层内部不断消耗或转换而不引起明显的温升,减少物体热幅射;另一类涂料是转换型,在吸收红外线能量或改变反射方向,或使吸收后放出来的红外辐射向长波转移,使之处于红外探测系统的工作效应波段以外,最终达到隐身的目的。
此外,涂料中的粘合刘、填料的形态、涂层的强度与涂层和涂装技术水平上,已达到实用阶段,并收到较好的隐身效果。但高级隐身涂料仍处于探索之中。可以预计,这类隐身功能材料作为国防装备或机密工程设施应用仍有很大的潜力和市场。
4.雷达隐身技术
4.1 雷达隐身概况
在现代高科技战争中,雷达是飞行器的最大敌人。美国在世界飞行器隐身技术方面是研究最早、投资最大、技术最先进的国家。先后研制出来的隐身的侦察机、轰炸机、战斗机、无人机、直升机、巡航导弹等各种飞行器,以及隐身坦克、舰艇、导弹发射车等等武器装备已投入部队使用,并在近十年的局部战争中。从技术上充分发挥了武器装备的有效的空防能力和攻击作用。
我们来看看隐身飞机的技术效果。在1991年初历时42天的海湾战争中,多国部队出动F-117A隐身战斗机1270架次,仅占作战飞机出动总架次的2%,却承担了40%的进攻任务,攻击命中率达到85%,战线显著,突破伊军防空雷达网而无一损伤。
4.2 雷达隐身涂料涂装
为了减少雷达截面,常用的隐身技术途径有三类:即外形设计技术、吸收材料技术和加载对消技术。下面主要介绍相关的雷达隐身涂料技术。
涂敷型吸波涂料实质上是一种高分子复合涂料。它是以高分子溶液或乳液为基料,及波刘和其它附加成分分散加入其中而制成。如美国研制的系列铁氧体吸波涂料,主要成分是俚镉、镍镉和锂锌铁氧体,它在厘米波段到分米波段,可使雷达波反射衰减达20DB。日本研制的铁氧体和氯丁橡胶或氯磺化聚烯等吸波涂料。当涂层厚度为(1.7-2.5)MM时,对(5-10)GH2的雷达波反射衰减达30DB。这种涂料的涂装工艺简单,使用方便,但是增加飞机器的消极重量,涂层剥离强度低、频宽窄、涂层厚和耐高温性能差等等,这些缺点限制了它的应用。因此,研制开发“轻、薄、宽”的吸波涂料是今后主要发展方向。
目前国外正在研制超薄层、宽频带、高效能的吸波涂料,例如放射性同位素吸波涂料。它利用钋210和锔242等同位素射线产生的等离子体来吸收雷达波,在(1-20)GH2宽频带内雷达反射波可衰减20DB。美国伯奇博士研制一种名为ATRSBS的化合物,它吸收雷达电磁波后转化为热能,起到雷达隐身之作用。
近几年来,国外开发了一种四针状氧化锌晶须ZNOW,ZNOW 是四针状晶体在,四根针从正面体的重心向三维方向展开,这在数十种晶须中是独一无二的,由于其导电性能优异和典型的四针状三维结构,不仅可用作抗静电材料、微波发热体材料,而且更是电磁波吸收体,在雷达工作的(5-18)GH2 波段由它可吸收可达20DB的电磁波(即99%以上),是一种综合性能良好的雷达隐身涂料。
为了使雷达隐身涂料充分发挥效能,涂装时特别应注意两点:一是吸波纤维(导电粒子)的尺寸应与雷达工作波长相匹配;二是涂层宜为多层,每层中纤维应平行而上下层纤维应互为垂直,而且纤维中心距离0.5-2倍波长佳。
随着国外隐身涂装技术的发展,亦给我们提出了今后为军政人员、军用物资、军事目标、普通兵器、观瞄仪器等等进行隐身研究的重要课题,开发高新隐身涂料涂装是我们在将来的重要任务。
2)一种红外吸收材料,其组成由以下通式表示:SiO2:(MOn·xH2O)a,其中M为Fe、Cu、Co、Cr、Ca、Sn、Ni、Zn、Y金属元素,1≤n≤2,0.001≤a≤0.1,0≤x≤6。x随着除去水分时温度的改变而改变,但这种改变对吸收效果影响不大。且M为Sn时具有更好的吸收效果。该红外吸收材料使用二氧化硅作为基质,各种含金属元素的化合物为掺杂物质。所得产品在中红外、部分远红外和部分近红外区域均有强吸收,在可见区域基本没有吸收。本发明还公开了其制备方法,该方法是先混合二氧化硅和含某种金属元素的化合物在蒸馏水中,室温下充分搅拌后得到悬浊液或溶胶,调节pH值至中性,然后将得到的沉淀或凝胶在120℃的条件下脱除水分即得到目标产物。
3)近红外吸收材料,要掺杂在环氧树脂中的近红外吸收材料
4)采用LPCVD和PECVD技术制作了不同厚度的SiNx和SiC材料样品,使用傅立叶变换红外光谱仪对其进行了红外吸收特性测试,并通过离子注入的方式对其红外吸收特性进行调节.实验结果表明:LPCVD SINx材料在8~14μm波段存在吸收峰,而PECVD SiNx和SiC材料在3μm~5μm波段和8~14μm波段存在吸收峰.随着材料厚度的增加,吸收度也增加,1 μm厚的LPCVD SiNx,红外吸收度可以达到0.92.离子注入可改变材料的红外吸收能力.
隐身——我们似乎并不陌生,在很多神话和传说中,人类都流露了自己隐身的梦想。很早以前人们一直在想这个办法,所谓明眼人打瞎子,一直都在想把自己隐藏起来,让敌人暴露在自己的目光下。
最早的隐身——迷彩是一种光学隐身。在视觉上我们很难分清原来的形状,如飞机背上涂迷彩的草绿色,很容易跟草地的颜色混淆;而机腹涂成天蓝色,跟天空的颜色一致,这样无论它在地上还是天上,都很难看清楚。
迷彩的确可以迷惑敌人的眼睛,但是雷达一出现,它就失去了作用。雷达发射的电磁波像水纹一样遇到障碍物会被反射,反射回来的电磁波会在接收仪器上显示为一个光点,称为雷达反射截面,战场上可以根据雷达反射截面的大小来发现并推测目标大小。B2隐形轰炸机就是通过缩小自己的雷达反射截面来实现隐身的。它的雷达反射截面是目前世界上各种飞机里最小的,大概只有0.01,相当于一只水鸟的雷达反射截面,这是很惊人的。就是说,当B2从头顶飞过,监视雷达的人,在雷达的接收仪器上看到了光点,会认为是一只鸟。而且远距离时可能什么都没看见。要缩小雷达反射截面,就要设计多棱折面的外形。如第一代隐形飞机F117就是最好的例子。它有一个奇怪的外形——多棱折面。当雷达波到达折面后,会向其他方向反射。
利用折面的设计,实现对雷达波的反射,达到隐形的目的,这种技术反映了较早的隐形思想。但是对于飞机来说,平面的设计会使飞机的阻力增大,升力减少,机动性变差。
第二代隐形飞机,比如B2,它就不采用这种方式,整个机体是由曲面组成的,为了减少雷达波的反射,B2上面涂了一种能够产生等离子体的涂料,在飞行中,该涂料把周围的空气电离,形成一层带电薄膜(物理上把这层膜叫等离子体鞘)蒙在飞机的周围。使射来的雷达波或者被散射或者被吸收。但由于此涂料是靠它的辐射来产生电离,因而对人体有害,一般用在无人机上。这是一种利用或者是人为地制造等离子体的隐身技术。有人驾驶的B2上的人造等离子体是用高压、高温产生的。它的机翼前缘加有高电压,尾喷流里面加有负离子,因而它的机翼前缘到机翼后缘之间能产生几十万伏甚至是上千万伏的电位差,使它机翼的表面气流电离,产生等离子体 。
此时飞机已经不在空气里飞行,而是在等离子体里飞行,等离子体的密度和空气的密度是不一样的,它的升力、阻力都会发生很大变化,如果设计得好,它的机动性能可以有较大幅度的改善。
雷达技术的应用,使人类视觉大大延伸,为了与之抗衡,隐形技术也逐步发展,隐形的手段五花八门,但是原理基本上是相同的,就是尽量用各种方法避开敌人的视线。
为了实现隐身,一般有以下方式
1、采用隐身涂料和复合材料,减小机体的雷达反射面
2、在气动外形设计上下功夫,比如将机头改为菱形、采用S型进气道、减少开口,全面隐身设计等
3、红外隐身,设法在发动机上下功夫
对于新的隐形飞机而言,三方面必须同时下功夫
然后来说这三方面的技术来源
1、涂料和复合材料
实际上早在60年代援助越南的时候,TG就打下来几架老美的火蜂无人机,无人机上有隐身涂层,是铁屑+非磁性材料组成的,当时TG就开展了研究,算是开始入门了(这在昔日洪都航空总师——陆孝鹏的书里有),有消息说南斯拉夫击落的那架F117的部分残骸也转到了中国,涂料让中国看到了外面的最新趋势
至于复合材料,T600和T800主要来自两个方面,启蒙老师实际上是波音和空客,通过为他们做代工,这边知道了复合材料的使用方式。后来又引进了部分技术加上自主研发
算下来,50%是国外的功劳,50%是自己的
2、气动设计
这东西没办法,主要和自己的任务状况相关,比如J20用的是长机体、全动翼设计,这玩意就是根据中国空军的技战术要求搞出来的
没法参考别人,充其量就是在DSI技术上,参照国外资料自行研发
至于那个31001,体现了沈霍伊一贯的毫无想象力和创造力,抄袭外面的习惯,没有获得空军认可和立项也是自然
所以说,在气动设计方面,至少J20是完全自主的
3、红外隐身
做的最好的战斗机当属F22,采用矩形喷气口,虽然损失部分功率,但还是可以接受的
而中国的发动机不行,没办法,只好舍弃这一块
所以说总体说下来,和F117充其量也就是在涂料上有一点关系而已
机体结构设计技术:飞机结构强度研究与全尺寸飞机结构强度地面验证试验。在飞机结构强度技术研究方面,包括飞机结构抗疲劳断裂及可靠性设计技术,飞机结构动强度、复合材料结构强度、航空噪声、飞机结构综合环境强度、飞机结构试验技术以及计算结构技术等。
机体材料技术:机体材料(包括结构材料和非结构材料)、发动机材料和涂料,其中最主要的是机体结构材料和发动机材料,结构材料应具有高的比强度和比刚度,以减轻飞机的结构重量,改善飞行性能或增加经济效益,还应具有良好的可加工性,便于制成所需要的零件。非结构材料量少而品种多,有:玻璃、塑料、纺织品、橡胶、铝合金、镁合金、铜合金和不锈钢等。
飞行控制技术:提供无人机三维位置及时间数据的GPS差分定位系统、实时提供无人机状态数据的状态传感器、从无人机地面监控系统接收遥控指令并发送遥测数据的机载微波通讯数据链、控制无人机完成自动导航和任务计划的飞行控制计算机,所述飞行控制计算机分别与所述航姿传感器、GPS差分系统、状态传感器和机载微波通讯数据链连接。本实用新型采用一体化全数字总线控制技术、微波数据链和GPS导航定位技术,可使无人机平台满足多种陆地及海上低空快速监测要求。
无线通信遥控技术:无人机通信一般采用微波通信,微波是一种无线电波,它传送的距离一般可达几十公里。频段一般是902-928MHZ,常见有MDSEL805, 一般都选用可靠的跳频数字电台来实现无线遥控。
无线图像回传技术:采用COFDM调制方式,频段一般为300MHZ,实现视频高清图像实时回传到地面,比如NV301等。(劲鹰无人机)
“暗星”的外形非常奇特,机翼硕大,机身扁平,采用了无尾式翼身融合体设计,有人称它为飞翼和飞碟设计的混合体。机翼的平面形状基本为矩形,前缘后掠角4.5度,后缘后掠角只有0.5度。一台由威廉斯公司与外国合作研制的FJ44涡轮风扇式发动机装于其中。
机头上方的圆洞为发动机进气口,尾喷口位于后机身下部。采用了前三点式起落架,前轮很靠前,可向后收起;主起落架位于翼身连接处。可向里收入机身内。
采用这种奇特的外形设计,主要是考虑到隐身能力和飞行性能的兼顾,尽量减小飞机的雷达反射截面积,为了提高“暗星”的隐身性能,除了在外形上采取措施外,还采用了大量的先进材料和制造工艺,如“暗星”的全复合材料、全胶接的大展弦比机翼,就是采用B-2隐身轰炸机和F-22先进战斗机的制造技术生产的;机体下部涂有黑色涂料也是从隐身考虑的,上部涂成白色是为了增加阳光辐射,减少吸热,以免机载,包括探测设备和飞行控制系统等。
“暗星”无人机