國際新研發:為隱身飛機開發復合材料蒙皮

訓練一名隱身戰斗機飛行員需要嚴格的訓練和飛行測試,平均每位合格飛行員的花費高達1000萬美元。因此,隱身戰斗機的結構外形設計和可靠性至關重要。來自美國北卡羅來納州立大學一個研究團隊一直致力于為隱身戰斗機開發一種更可靠、更耐用和更高效的全新蒙皮。
  
目前,B-2“幽靈”(Spirit)或F-117“夜鷹”(Nighthawk)等隱身飛機均涂有雷達吸收材料(RAM),旨在吸收環境周圍的電磁波并將其轉化為熱量釋放。目前已經有適用于不同條件、不同類型的RAM技術,一些在較高頻率下表現更佳,一些在較低頻率下表現出色。但是,沒有任何一種RAM技術能夠覆蓋所有的雷達頻率,使其在同時面對不同頻率電磁波時都能實現隱身。此外,RAM非常脆弱,不能承受250℃以上的溫度,熱量、鹽分、濕氣和摩擦均會導致RAM失去完整的功能特性。因此,隱身作戰飛機往往須通過特殊的結構設計方式在保護RAM的同時,還要兼顧機動性、速度和巡航時間等方面。
北
北卡州立大學研究團隊正在開發的一種碳纖維增強復合材料蒙皮有望解決上述難題。這種復合材料可實現兩項具體功能:傳導和絕緣。聚合物基碳氮化硅(SiCN)陶瓷使用經氧化釔穩定的氧化鋯纖維進行增強后,可幫助傳導攝入的電磁能。由于陶瓷結構的加入,這種復合材料可以承受高達1800℃的高溫。該復合材料還使用重量輕且強度高的碳納米管進行了增強,使該材料結構本身結實耐用。
  噴涂材料
  經過對這種材料的測試發現,其反射率非常低,并且吸收了近90%的入射波,而現有RAM的吸收率僅為70%到80%,可提升作戰飛機的優勢性能。此外,這種材料還具有很強的抗氧化和抗腐蝕能力。
  北卡州立大學的研究人員表示,從目前測試的結果看,這種材料的性能和耐用性已經沒有任何問題,因此,針對飛機的設計方式也不再有任何限制。
  新材料可像油漆一樣涂覆在飛機表面,且僅需幾天時間即可完成密封。研究人員表示,3毫米厚的材料理論上可以噴涂到飛機的所有表面,且對飛行性能幾乎沒有影響。但是,具體的表現仍然需要進行測試。
  可擴展性測試
  開發這種材料仍然存在重大挑戰。其中大的挑戰是這項材料技術并沒有任何研發基礎,相關測試技術并不存在。由于材料具有導電性,研究團隊不得不建造自己的設備在高溫條件下測試材料。
  研究團隊的研發工作已經取得了長足進步,并且從美國空軍科學研究辦公室獲得研發資金,以進行材料的進一步的測試和應用驗證。
  這種新型隱身涂料還有一系列其他可能的應用,包括潛艇、航母、彈道導彈等等。未來一段時間,研究團隊需要尋找行業合作伙伴繼續實現研發目標,潛在的合作伙伴包括波音、洛馬、雷神和諾格公司等制造商。整個航空航天市場對于隱形技術的興趣持續存在,預計該領域的年增長率將超過6%。
  北卡州立大學研究團隊計劃在接下來的2年內完成這種材料的定型。