水下隱身材料

隱身材料是實現武器隱身的物質基礎。武器裝 備如飛機、艦船、飛彈等使用隱身材料後，可大大減小自身的信號特徵，提高生存能力。隱身材料按頻譜可分 為聲、雷達、紅外、可見光、雷射隱身材料、按材料用途可分為隱身塗層材料和隱身結構材料。聲隱身材料包 括消聲材料，隔聲材料，吸聲材料及消聲、隔聲、吸聲的複合體。主要用於新一代潛艇。雷達隱身材料能吸收雷 達波，使反射波減弱甚至不反射雷達波，從而達到隱身的目的。

基本介紹

• 中文名：水下隱身材料
• 用途：武器裝備
• 範圍：水下
• 特徵：躲過聲納檢測

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水下隱身材料問世：可騙過聲吶探測

伊利諾斯大學研究人員設計了一個二維的圓柱形外罩，這種外罩由16個聲音線路構成的同心環組成，每個環擁有不同的折射指數，可以引導聲波的方向。水下物體在這種聲學隱形外罩的遮擋下，甚至連聲吶和其他各種超音波都探測不到，可以讓物體在聲吶或其他超音波探測中銷聲匿跡。

通常情況下，水下看不到的物體可以通過聲吶探測得到。但是，現在伊利諾斯大學的聲學隱形技術可以讓你聽都聽不到。由伊利諾斯大學機械科學與工程學教授尼古拉斯-方領導的研究團隊近日對外公開了這項聲學隱形技術。方教授表示，“我們並不是在談論科幻小說，我們是在討論如何在一個特定空間中控制聲波並將其彎曲或扭曲。這當然也不是哈里-波特所使用的魔法。”
多年以來，理論認為可能存在能夠讓物體周圍的聲音轉彎而不反射或吸收的材料。但是，真正實現這種概念具有相當的難度。方教授研究團隊在《物理評論快報》期刊上發表研究文章，介紹了他們的可行性原型，這種聲學隱形外罩可以遮擋很寬的聲波範圍。
聲學隱形外罩由一種超材料製成，這種超材料是一種經過特殊設計的人工材料。方教授的研究團隊設計了一個二維的圓柱形外罩，這種外罩由16個聲音線路構成的同心環組成，可以引導聲波的方向。每個環擁有不同的折射指數，這就意味著聲波速度從外環到內環會發生變化。
方教授介紹說，“你所看到的基本上就是一系列由隧道相連的洞穴。聲音將通過隧道進行傳輸，這些洞穴將會讓聲波減速。但當聲波繼續前進進入到內環時，速度會越來越快。”由於加速需要能量，因此聲波將改為沿外罩外環傳播，在聲音線路內由隧道引導。這種特殊構造的聲學線路實際上就是將聲波彎曲，使其環繞在隱形外罩的外層。

在試驗中，研究團隊利用一個鋼製圓柱體來測試隱形外罩的性能。他們將圓柱體放入水箱中，水箱的一側裝有一個超音波源，另一側裝有一個感測器陣列。然後，他們將隱形外罩蓋住圓柱體，此時再一次聲吶探測已無法找到這個圓柱體。
此外，研究人員還考慮到被隱形物體的結構是否會對聲學隱形現象產生影響。因此，他們還對其他各種不同形狀和密度的物體進行了測試。方教授介紹說，“結果顯示，不管你想隱形什麼結構的物體，效果都是相似的。當我們將聲學隱形外罩蓋住我們想要隱藏的物體後，散射和陰影效果明顯弱化了。”
據研究人員介紹，聲學隱形外罩的一大優點就是可以覆蓋很寬範圍的波長，作用範圍從40千赫到80千赫的超音波。當然，改進後的作用範圍理論上可覆蓋數十兆赫的波長。

套用

研究人員計畫下一步將這種技術投入套用，套用領域包括軍事秘密行動、隔音、醫療衛生等。比如，儘管超音波和其他聲學成像技術在醫學領域非常普遍，但人體內的許多東西會產生干擾，從而破壞了圖像的效果。一種由超材料製成的繃帶或防護物可能會隱藏一些無關區域，從而掃瞄器可以集中對感興趣區域進行檢查。
此外，聲學隱形技術還可以影響非線性聲學現象。對於水下快速移動的物體來說，一個嚴重的問題就是氣穴現象。方教授相信，他們能夠利用聲學隱形外罩來平衡氣穴現象發生區的能量，從而解決這個問題。

原理

雷達隱身材料能吸收雷達波，使反射波減弱甚至不反射雷達波，從而達到隱身的目的。如日本研製的一種由電阻抗變換層和低阻抗諧振 層組成的寬頻帶高效吸波塗料，其中變換層由鐵氧體和樹脂混合組成，諧振層由鐵氧體導電短纖維和樹脂組成 ，在1～20吉赫的雷達波段上吸收率達20分貝以上。另外，一些由矽、碳、硼、玻璃纖維，以及某些陶瓷與有機聚 合物構成的複合材料，有很高的機械強度，可用於製作部分結構件，如飛機蒙皮、雷達天線罩等，同時又具有隱身 功能，這類材料稱為隱身結構材料。

紅外隱射材料主要用於車輛、艦艇、軍用飛機及其他軍用設施，使這些裝 備和設施的紅外輻射與背景基本達到一致，敵人的紅外探測器難以分辨。用鋁粉及含有二價鐵離子的材料作為 填充料，加到能透過紅外線的粘結劑中，可構成紅外隱身塗料。可見光隱身材料通常由鋁粉、多屬氧化物粉和有 機物複合而成，或由摻雜的半導體材料構成，可形成與背景顏色相匹配的迷彩圖案，滿足可見光隱身的要求。

雷射隱身材料用來對抗雷射制導武器、雷射雷達和雷射測距機，要求這些材料對雷射的反射率低可吸收率高。對 隱身材料來說，對某種探測手段的隱身性能好，往往對另一種探測手段的隱身性能就不好。例如，對雷射探測的 隱身性能好，對紅外探測就不能隱身。這就是隱身材料的相容性問題。為解決這一問題，研製了兼容型隱身材 料，如雷達波、紅外兼容隱身材料，紅外、雷射兼容隱身材料，雷達波、紅外、雷射等多種兼容的隱身材料等。 這是當前隱身材料的發展方向。