紅外隱身涂層是指用于減弱武器系統(tǒng)紅外特征信號(hào),達(dá)到隱身要求的特殊功能涂料,旨在降低目標(biāo)（如飛機(jī)、導(dǎo)彈、坦克等）在紅外波段的輻射亮度,使裝備在紅外探測(cè)系統(tǒng)中的形狀得以掩飾、變形或偽裝,降低其被發(fā)現(xiàn)和識(shí)別的概率。發(fā)射率是描述物體向外界輻射能力的無(wú)量綱物理量,是表征材料紅外光譜輻射性質(zhì)的重要參數(shù)。調(diào)控紅外隱身涂層發(fā)射率是降低目標(biāo)紅外輻射能量、提高裝備隱身性能的有效途徑。本文主要采用Mie散射理論對(duì)單個(gè)粒子的光學(xué)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算,將涂層中的金屬粒子等效為各向同性的金屬球,計(jì)算出單個(gè)粒子的散射、吸收與消光等參數(shù)。分析其尺寸參數(shù)對(duì)于光學(xué)參數(shù)的影響,并將計(jì)算出的結(jié)果導(dǎo)入Kubelka-Munk二能流理論中,計(jì)算涂層的發(fā)射率。通過(guò)改變粒子的粒徑、摻雜百分?jǐn)?shù)、涂層厚度等參數(shù),優(yōu)化設(shè)計(jì)出具有較低發(fā)射率的紅外隱身涂層。根據(jù)涂層的實(shí)際使用需要,采用金屬的Drude模型計(jì)算不同溫度下金屬粒子的光學(xué)常數(shù),計(jì)算分析溫度對(duì)于涂層發(fā)射率的影響規(guī)律,并選取與實(shí)際使用溫度吻合度較高的404 K進(jìn)行了發(fā)射率計(jì)算。為紅外低發(fā)射率涂層建立含紅外積分球的輻射特征測(cè)量裝置,并將實(shí)際測(cè)量值與理論值相對(duì)比,驗(yàn)證模型的準(zhǔn)確性。掌握紅外隱身涂層... 

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殲-20隱身戰(zhàn)斗機(jī)Figure1-2.J-20Stealthfighter

渤海大學(xué)碩士學(xué)位論文3二氧化碳、氧氣等吸收所造成，使得大氣的紅外透過(guò)率只有某些波段下較高，這些波段被稱為窗口波段，也被稱為大氣窗口[3]。紅外波段的大氣窗口主要由三個(gè)：1-2μm、3-5μm、8-14μm。圖1-3.紅外大氣透過(guò)率Figure1-3.Infraredtransmittanceintheatmosphere基于維恩位移定律，物體紅外輻射的中心波長(zhǎng)會(huì)隨著輻射體溫度的變化而變化[2,3]。對(duì)于飛機(jī)蒙皮等目標(biāo)來(lái)說(shuō)，其輻射的峰值波長(zhǎng)位于8-14μm窗口內(nèi)，距離飛機(jī)尾噴管較近的區(qū)域由于其溫度較高，所以輻射的中心波長(zhǎng)處于3-5μm窗口內(nèi)。紅外探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)距離是該系統(tǒng)的重要性能指標(biāo)，探測(cè)距離的大小直接決定了其偵查范圍與紅外制導(dǎo)的視場(chǎng)，當(dāng)系統(tǒng)噪聲看作為只存在探測(cè)器噪聲時(shí)，目標(biāo)的紅外輻射強(qiáng)度直接影響了紅外探測(cè)系統(tǒng)的最大探測(cè)距離[2,5]。由此可見(jiàn)，降低物體的輻射強(qiáng)度可以有效削弱紅外系統(tǒng)的探測(cè)能力。紅外熱成像系統(tǒng)的工作原理主要為：通過(guò)采集目標(biāo)的有效輻射和背景輻射，將采集的兩種輻射形成比值，實(shí)現(xiàn)熱紅外偵查，紅外輻射能量可以由斯蒂芬-玻爾茲曼定律來(lái)計(jì)算[2]，紅外材料表面的溫度與發(fā)射率都直接影響目標(biāo)的輻射亮度。降低目標(biāo)的有效輻射值可以降低其在環(huán)境中的對(duì)比度，從而降低處于紅外視場(chǎng)中被發(fā)現(xiàn)的概率，增強(qiáng)目標(biāo)紅外隱身的性能。圖1-4分別為不同溫度與不同發(fā)射率情況時(shí)，光譜的輻射亮度，可以看出發(fā)射率對(duì)于輻射亮度的影響較為明顯。在無(wú)法降低飛行器表面溫度的情況下，降低表面發(fā)射率可以有效提高飛行器的隱身性能[1,8]。

含球形鋁粒子的低發(fā)射率涂層發(fā)射率建模及仿真研究6圖1-5.M．Miyazaki等人制備的ZnO復(fù)合Ag涂層微觀結(jié)構(gòu)Figure1-5.MicrostructureofZnOcompositeAgcoatingpreparedbyMiyazakietal.C.C.M.Ma等結(jié)合K-M模型和界面反射理論討論了不同厚度下的各種樹脂層對(duì)紅外輻射的吸收影響，測(cè)量實(shí)驗(yàn)表明氯化橡膠中的弱吸收基團(tuán)有利于得到較小的發(fā)射率[20]。P.G.Appleyard以時(shí)域有限差分方法研究研究輻射在粒子中的透射、衰減規(guī)律，然后結(jié)合球諧函數(shù)法和能流法求解了輻射傳輸方程[21]。M.K.Gunde等探討了表面粗糙度等對(duì)涂層發(fā)射率的影響，但沒(méi)能給出涂層表面的粗糙度和相關(guān)常數(shù)的計(jì)算方法，只能通過(guò)大量測(cè)試給出經(jīng)驗(yàn)公式，制約了該模型的應(yīng)用[22]。A.B.Murphy采用改進(jìn)的K-M模型如圖1-6所示，計(jì)算TiO2涂層300nm~800nm范圍內(nèi)的光譜反射率，驗(yàn)證了粗糙度模型（僅光學(xué)粗糙度＜0.2）的有效性[23]。圖1-6.A.B.Murphy改進(jìn)的K-M模型Figure1-6.A.B.Murphy"simprovedK-Mmodel可以看出，國(guó)外的科研工作者熱衷于涂層的理論研究，對(duì)粒子的散射、吸收等研究從最初的基礎(chǔ)理論到加以限制的優(yōu)化模型，都展開(kāi)了深入的探討。但大多數(shù)僅考慮模型的散射參數(shù)，未將模型展開(kāi)討論，并分析各個(gè)參數(shù)對(duì)紅外發(fā)射率的數(shù)值影響規(guī)律。

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