等离子体隐身技术在航空领域的应用探索

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1、42机电技术2011年6月*等离子体隐身技术在航空领域的应用探索刘海涛刘汝兵（福建省等离子体和磁共振重点实验室、厦门大学物理与机电工程学院，福建厦门361005）摘要：阐述了研究等离子体隐身技术的重要意义和等离子体的基本概念以及等离子体隐身的基本原理和优点，并介绍了国内外等离子体隐身技术在飞行器等军事科技方面的研究现状和前景展望。关键词：等离子体；隐身技术；飞机；电磁波中图分类号：V218文献标志码:A文章编号：1672-4801(2011)03-042-05隐身技术又称为目标特征信号控制技术，是热门的研究课题，已逐步从实验室走向实用化。指综合利用各种反探测手段降低己方目标的电1等

2、离子体概述磁、声、热、视觉等信号特征，使之难以被发现、识别、跟踪和打击的低可探测性技术的统称。根1.1等离子体的基本概念据探测器种类的不同，隐身技术可分为雷达隐身、当任何不带电的普通气体在受到外界的高能[1]红外隐身、声隐身和视频隐身等。激励作用(如对气体施加高能粒子轰击、强激光或在现代及未来战争中，由于雷达具有探测距α射线照射、气体放电、热致电离等方法)后，部离远、抗干扰能力强、全天候等特点，仍将是探分原子中的电子会脱离原子核束缚成为自由电测目标的最主要手段。因此隐身技术的研究是以子，原子因失去电子而成为带正电的离子，这样雷达特征信号控制为重点，雷达隐身是隐身领域原来的中性气体就

3、因电离而转变成由大量自由电最活跃、也是研究最多的隐身方法。子、正电离子和部分中性原子组成的宏观仍呈电[2]雷达隐身技术的核心是减少雷达散射截面中性的电离气体，这类气体称为等离子体。它(RCS)，也就是降低目标对雷达信号的反射。RCS是继固态、液态和气态三种形态之外的又一种物越小，被雷达探测到的距离越近，目标的生存能质凝聚态，又称为物质的第四态或等离子态。力就越高。目前实现雷达隐身技术的手段主要有等离子体广泛存在于宇宙空间，从电离层到外形隐身技术、材料隐身技术、等离子体技术、宇宙深处物质几乎都是电离状态，宇宙空间可见对消技术、微波传播技术等。物质中99%是等离子体。地球表面几乎没有自

4、然传统的隐身技术大多以改变飞机的几何外形存在的等离子体，只存在于闪电和实验室中气体和降低气动性能为代价，大量采用独特的多面体放电等情形下。外形（如F117）严重影响了飞机的气动性能，飞1.2等离子体的特性机表面涂敷的吸波材料不仅维护复杂、价格昂贵，等离子体是由电子、离子等带电粒子以及中而且增加了飞机的自身重量。性粒子（原子、分子、微粒等）组成的尺度大于等离子体隐身技术是指利用等离子体规避雷德拜长度的宏观中性电离气体，其运动主要受电达探测系统的一种新型有源隐身技术技术，与外磁力的支配，并表现出显著的集体行为。尽管等形隐身、材料隐身和结构隐身等传统的隐身技术离子体在整体上呈电中性，却具

5、有了很好的导电相比，等离子体隐身技术具有许多独特的优势，性，在电磁性能上完全不同于普通气体。普通气是21世纪隐身技术的重要发展方向。体中如有0.1%的气体被电离，这种气体就具有很在当今军事科技迅猛发展的时代，以牺牲飞好的等离子体特性，如果电离气体增加到1%，这机的气动性能为代价来降低雷达散射截面（RCS）样的等离子体便成为导电率很大的理想导电体。的传统隐身技术正面临挑战。等离子体雷达隐身1.3等离子体的分类理论和技术的日益成熟引起了国内外的广泛关注等离子体按热力学平衡可以分为3类：和高度重视，西方军事强国竞相开展等离子体隐(1)完全热力学平衡等离子体。也称为高温身技术的应用研究，离

6、子体隐身技术正成为一个等离子体，是完全电离的核聚变等离子体，温度*基金项目：福建省自然科学基金（1010014）作者简介：刘海涛(1985-)，男，硕士研究生，研究方向：等离子体放电特性研究。第3期刘海涛等：等离子体隐身技术在航空领域的应用探索438-31高达10K数量级。此类等离子体中电子温度、离=9.11×10kg）；ε0是真空中的介电常数，子温度、气体温度完全一致。ε=8.854×10-12F/m。0(2)局部热力学平衡等离子体。也称为热等由于等离子体的折射率与等离子体自由电子35离子体，热力学温度为10～10K。由于等离子密度有关，通过控制等离子体密度分布，使入射体中各物质

7、通常很难达到严格的热力学一致性，到等离子体内部的雷达电磁波向外发生弯曲，减当其电子、离子和中性粒子温度局部达到热力学小目标与雷达的相互作用，即可实现对雷达波的一致性时，称之为局部热力学平衡等离子体。折射隐身[3]。(3)非热力学平衡等离子体。也称为冷等离2.2吸收隐身25子体，其电子温度为3×10～10K，此类等离子等离子体能以电磁波反射体的形式对雷达进体内部电子温度很高，可达上万开尔文，而离子行电子干扰，同时对入射到等离子体内部的电磁及气体温度接近常温，从而形成热力