科普贴之 -- 对我国飞机隐身技术的粗探 －－－－ －原 ...

世界各国对第四代战斗机的战技要求主要体现在5个方面: 低可探测度, 超强隐形性能; 超强机动性和良好的操控敏捷性; 超声速巡航能力; 较大的有效载荷, 远航程; 短距起降。隐身要求做为四代机的一个重要指标，主要是为了提高其生存和防御能力而提出的。而隐身技术的发展日新月异, 成为了各国军事竞相追逐的制高点。本文借黑丝机成功曝光满月之机，对小白兔现有的各种已投入实际应用和在研的飞机隐身技术做一次既不全面也不细致的梳理。以求提高自身对小白兔科技水平的理解和认识。

隐身技术又称为低可探测技术, 是通过降低飞机的信号特征, 使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的一种技术。按照个人习惯的分类方法，隐身技术可大体分为：无源隐身技术，有源隐身技术，新生隐身技术等三大类。


一、无源隐身技术

目前我们所熟知的隐身技术均属此类，其原理是通过对飞机的外形，结构进行巧妙设计和采用吸波、透波材料等一系列措施，尽量减少飞机对电波、红外波、可见光和声波等能量的反射或辐射，降低信号特征，从而达到隐身的目的。

目前，各国军队都大量装备了远程搜索和目标指示雷达, 防空导弹和大部分高炮是由雷达引导攻击，因此，雷达隐身技术成为了飞机隐身技术研究应用的重要方向。

飞机对雷达的隐身性能指标主要是雷达散射截面积 (RCS)，它是指飞机截获雷达辐射功率后，向雷达接收机天线方向散射电磁波能力的量度。RCS与许多因素有关, 其中包括目标本身的几何尺寸、形状、材料以及目标视角、雷达频率和电波的极化等。通常, 目标尺寸越大, 其 RCS可能越大, 但许多理论和试验研究都表明, 目标 (散射体) 的外形对其 RCS的大小影响更显著; 同时, 雷达散射截面积与雷达波长也有关, 当飞机的长度 (如翼展) 为雷达波长的一半时, 其雷达散射截面积很大, 也最易被雷达探测到。目前，降低飞机 RCS的常用方法有两种: 外形隐身技术和材料隐身技术。

1.        外形隐身技术
外形隐身技术是最直接有效的手段, 但需要与飞机的气动外形设计相结合。外形隐身设计可以在一定角域范围内显著减小 RCS, 其遵循的主要原则包括：消除角反射器效应的外形组合; 消除或减少有害散射源; 变后向散射为非后向散射; 由边缘衍射代替镜面反射; 合理使用平板外形及采用有效的遮挡和屏蔽等。

当飞机气动布局和外型确定后，计算电磁学为飞机的RCS 计算提供了方便可靠的手段。RCS 计算方法总体来说可以分为三大类：高频近似方法、时域法和频域法。高频近似方法是一类工程估算方法，其中应用较多的是物理光学法。物理光学法是将电场或磁场的积分方程简化为解析表达式的一种方法，其计算速度快，适合工程估算，但对复杂外形特别是进气道等腔体精度不够。时域法是模拟电磁波随时间在空间传播的一类方法最有代表性是时域有限差分 Finite difference time domain FDTD 方法时域有限差分方法用差分方式离散Maxwell方程。其优点是：适合模拟非均匀和各向异性的介质，适合宽带分析，进行一次计算就能获得宽频带的各种信息，还适合进行并行计算。不足之处是色散误差较大。矩量法是最经典的频域数值方法。矩量法的基本原理是首先将未知函数展开为一组基函数的叠加，然后对算子方程作检验，使之转化为矩阵方程，最后求解矩阵方程得到展开系数。矩量法中应用的电场或磁场积分方程能自动满足辐射边界条件，因而矩量法特别适合 RCS 计算这类开域问题。而且矩量法通过格林函数直接描述求解域中任意两个离散未知量的相互作用，所以没有数值色散误差，计算精度高。但是这种方法求解电大尺寸物体的 RCS 有很大的问题，因为矩量法得到的矩阵方程是满元矩阵方程，当求解问题很大时，存放矩阵所需的内存和求解的计算量都极大，因此过去矩量法只限于小尺寸物体的计算。为了提高矩量法的应用范围，研究人员提出了矩量法和高频近似方法的混合方法。而后又出现了多层快速多极子 (MLFMM) 方法，该方法大大降低内存和计算量需求，为大型目标的 RCS精确计算创造了条件。

在实际应用中，绝大多数小白兔的相关研究人员们（分别来自北航，南航，西工大，中国空气动力研究与发展中心，成飞科技中心等单位）对飞机这类具有复杂外形目标的RCS计算采用了工程算法。近来，中国空气动力研究与发展中心的研究人员们还编制了一数值计算与分析程序，并借此对飞机气动与隐身综合特性数值计算与分析做了初步的探索。其过程大致可分为四个步骤：
(1) 飞机外形参数化和计算网格的生成。对飞机外形进行参数化是指将飞机外形表达为一系列参数, 由这些参数生成用作气动和隐身特性计算的飞行器表面参数, 再由表面参数生成飞行器气动和隐身特性计算的网格;
(2) 飞行器气动特性计算程序的研制。编制基于数值求解纳维叶-斯托克(N-S)方程的飞行器气动特性计算程序(主要针对高速和超高速飞行器);
(3) 时域有限差分法计算飞行器隐身特性程序的研制。利用时域有限差分(FDTD)法求解 Maxwell方程, 编制可计算复杂目标 RCS的 FDTD程序;
(4) 气动与隐身综合特性的目标函数建立和多目标综合分析方法研究。建立描述隐身与气动性能的综合目标函数, 并选择适当的多目标综合分析和优化方法得到最优解。

此外，来自于成飞的研究人员在其文章中提出：根据中国的国情, 并考虑到国外先进战斗机的技术特点, 中国新一代战斗机的战技要求如下:
(1) 新飞机要具有较好的隐身性能, 正前方RCS值为0.X m2。
(2) 机动性优于 Su-27。
这就是中国的 “ 三代半 ”战斗机, 并称之为高机动隐身战斗机。该研究人员还对上述战技要求做出了进一步的解释：以上指标的具体含义是, 新飞机要有大的瞬间盘旋能力和大的可用迎角, 有高的最大升力系数及在失速迎角之后, 飞机仍是稳定可控, 同时超声速的升阻比要高, 而在外形设计上, 还要考虑到隐身的要求。成飞在该方面的成果可查阅宋老，杨总师等人的相关文章。

2.        材料隐身技术
雷达发射的电磁波碰到金属材料时易感应生成同频电磁流并建立电磁场, 向雷达二次辐射能量。材料隐身设计通过使用能够吸收和衰减电磁波的吸波材料, 将电磁能转化为热能耗散掉或是造成电磁波因干涉而消失。在材料隐身设计中，有两个关键问题: 一是如何让入射波能够最大限度地进入材料内部而不被表面反射; 二是如何让进入材料内部的电磁波能够迅速地被材料吸收衰减。近年来，小白兔的相关研究人员已经在隐身材料方面的研究取得了长足的进展，本文主要涉及到如下几个方向：纳米隐身吸波材料，矿物吸波材料，频率选择表面，超材料，中红外材料和光子晶体。

        纳米隐身吸波材料
纳米材料是指材料组分的特征尺寸在纳米量级的材料。它独特的结构使其自身在较宽的频率范围内显示出均匀的电磁波吸收特性。根据吸波机理的不同, 纳米隐身吸波材料主要可分为电损耗型和磁损耗型两大类。电损耗型隐身材料包括 SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等。主要特点是具有较高的电损耗正切角, 依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化的衰减来吸收电磁波。磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等,  已知纳米铁氧体粉、磁性金属粉、磁性纤维等材料具有较高的磁损耗正切角。可通过利用磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁极化机制来衰减和吸收电磁波。

        碳纳米管吸波材料
碳纳米管作为一种碳的同素异形体，在电镜下可观察到为管状。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。碳纳米管的分子结构决定了它具有一些独特的性质，如高的机械强度和弹性，优良的导体和半导体特性等。正因为碳纳米管具有极高的长径比和优异的导电性能, 使得复合材料中含有很少量的碳纳米管时就拥有了很好的微波吸收特性。研究人员通过比较添加了不同质量碳纳米管的聚酯基复合材料的电磁波吸收性能, 且初步分析了碳纳米管的螺旋结构, 表明在10 GHz～30 GHz波段具有良好的吸收。

        纳米碳、 氮化物吸波材料
纳米陶瓷是指在显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在小于100nm的陶瓷材料。随着材料的超细化，对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响。常见的纳米吸波陶瓷粉末主要有SiC、Si、N及复合物 Si/C/N等。这些材料具有耐高温、质量轻、强度大、吸波性能好等优点。

        纳米铁氧体吸波材料
铁氧体是铁元素与氧元素化合形成的各类型化合物，属亚铁磁性材料。广义而言，铁氧体就是磁性氧化物或磁性陶瓷。铁氧体的吸波性能来源于其既有亚铁磁性又有介电性能，其相对磁导率和相对电导率均呈复数形式，它既能产生介电吸波损耗又能产生磁致损耗，因此铁氧体吸波材料具有良好的微波性能。近期，小白兔的研究人员们不断地提及一种被称为“超黑色”的吸波材料，对雷达波的吸收可达99%，研究人员表示其有可能为纳米材料。

        过渡金属硫化物纳米吸波材料
过渡金属（如钼、铁、钴和镍等）硫化物纳米复合材料具有不仅在紫外、近紫外、可见光区有吸收, 而且在近红外光区也有吸收的特点。因此, 对过渡金属硫化物纳米复合材料的研究也正成为吸波材料研究的热点。

        金属微粉吸波材料
金属微粉吸波材料具有微波磁导率较高、温度稳定性好等特点, 它主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收损耗电磁波; 金属微粉吸波材料已广泛应用于隐身技术 , 如美国的F/A－18C/D 大黄蜂就使用了羰基铁微粉吸波材料。由于金属粉末在性能上存在不足。小白兔的研究人员尝试将六角晶系钡铁氧体与金属粉末通过合理地安排材料顺序及层厚，得到了较理想的复合微波吸收材料。并且还可以通过控制材料的粒径，调节材料中钴离子的含量，以改变吸收剂的适用频率范围，得到宽带吸波材料。

        矿物吸波材料
在地质过程中形成了数量众多，种类不同的矿物。这些矿物对入射电磁波表现出了一定的反射、吸收、散射和透射性能。不同类型矿物的电磁参数及其吸收电磁波性能也有着较大的差异。但这些天然矿物成本低廉，若将某些具有优异电磁特性的天然矿物经过特殊处理，即可研制出低成本高性能的矿物吸波材料。对这类材料的基本技术要求是能对指定频率范围内的电磁波实现高效宽带吸收。在这类材料研制中，矿物材料加工制备成吸收填料尤其重要。经过成都某大学和中国地质科学研究院的研究人员研究表明，某些铁锰类矿物和过渡族元素氧化物在一定频段内具有适宜的电磁参数，经过特殊加工处理后，有能力成为吸收剂的重要原料。在实际工程应用中，使用铁砂、稀土矿物或铁氧体矿物作为原料制备吸收剂，并将复合铁氧体矿物制备为吸波材料。实验表明在X～XX GHz频段内，该材料的吸收率能够达到XXdB的吸波频宽大于XGHz。此材料已成功地作为某种国产飞机的吸波片材得以应用。

        频率选择表面
频率选择表面 (Frequency Selective Surfaces, FSS) 是指在导电金属表面上周期性地刻蚀缝隙或粘贴金属贴片单元, 形成“电振子结构”, 使其电性能因表面的周期性而受到调制。

FSS的单元可分为两种类型：金属贴片型和导体屏上周期性开孔的孔径型，贴片或孔径单元可以有任意的几何形状。当入射电磁波频率在单元的谐振频率上时，FSS呈现出全反射 (贴片型) 或全透射 (孔径型), 其它频率的电磁波可透过FSS (贴片型) 或被全反射 (孔径型)，因此，FSS对入射电磁波呈现出滤波器的功能。FSS已被广泛应用于雷达罩的设计中, 也是目前研究中的热点问题。来自中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究人员就关于FSS雷达罩的设计提出了多种构想。他们通过研究发现为了实现雷达天线的隐身，可在雷达罩的设计中加载FSS, 也可以在已有雷达罩上加载 FSS。此时的 FSS对雷达的工作频段提供带通的传输特性, 而带外频率几乎被完全反射掉。将 FSS与雷达罩结合在一起可以有效地缩减自身的 RCS, 从而起到对雷达波隐身的效果，同时也因为屏蔽掉了工作频段以外的有害电磁波而提高了抗干扰能力。该所的研究人员还设计了一种具有新型单元的FSS，并将其应用于雷达罩的研究中，发现这种新型单元制造的频率选择雷达罩在大角度入射时具有较高的透过率，在电磁波大扫描角范围内中心频率的漂移量更小，更适合于应用在电磁波大角度入射曲面流线型雷达罩。

不仅如此，FSS还可与雷达吸波材料配合使用，以改善吸波材料的吸波性能。来自南京大学的有关人员研究了FSS与雷达波吸收材料配合使用对其吸收性能的影响。理论分析和实验研究表明，利用FSS可以明显改善吸波材料涂层S波段的吸波性能，展宽涂层的吸波带宽，从而改善吸波材料的低频吸波性能。同样来自南京大学的有关人员采用了随机分布的FSS配合雷达吸波材料使用，研究结果表明，此举可以明显改善吸波材料在低频端的吸收性能，以弥补雷达吸波材料在低频端吸波能力的不足。来自西工大的研究人员提出了用微波二极管控制的有源频率选择表面对吸波材料进行性能改进，通过仿真得到吸波材料性能随表面金属单元尺寸变化的改变。

另据有关资料显示，MD的爱抚娘娘（F22）飞机的雷达罩也使用了FSS技术，并结合外形设计达到了雷达隐身的目的。

        超材料
超材料 (Meta-material)主要是指由人工合成的具备自然界传统物质所无法具有的物理性质的一类材料。利用超材料实现隐身，其隐身机理是透射。外部的雷达波在超材料罩中绕行并透射，如果透射率足够高，雷达就检测不到回波，这样就对罩内物体实现了隐身。传统的吸波隐身是通过吸波材料来吸收雷达波、减少回波的方法来实现的，利用这种方法虽然单基雷达接收不到回波，但可以通过双基或多基雷达来确定其位置，从而不具有真正意义上的隐身。比较透波和吸波两种隐身机理, 可以看出透波隐身在反雷达跟踪方面更有优势。

空军工程大学的研究人员根据超材料的原理，在前人所做研究的基础上，利用方形金属铜六边形开口谐振环作为基本的超材料结构单元对二维圆柱隐身所要求的超材料进行设计, 并加工制作了二维圆柱超材料隐身罩样品。实验测试结果表明，基于超材料的透波隐身效果良好。虽然目前类似这种隐身材料只能在某一波长附近有效，但如果将这种超材料应用于对抗微光夜视系统以及激光测距或指示系统, 还是有望起到较好的效果。

        中红外材料
为了适应在 3~5 微米波段中红外制导技术的发展，小白兔在红外光学材料的研究上取得了较大的进展。其雷达隐身的原理就是当一束电磁波在其前进方向上遇到网孔周期小于其波长的一个金属网栅时，电磁波的能量会呈指数衰减。目前，主要的中红外材料主要有晶体类的硫化锌、蓝宝石、尖晶石、氟化镁、氮氧化铝等。玻璃类的有氟化物玻璃、铝钙玻璃、锗酸盐玻璃等。

近年来，中科院上海光学精密机械研究所成功制备了一种氟镓酸盐红外光学玻璃 IRG-05。IRG-05的红外透光性能明显好于蓝宝石和ALON 等红外晶体。也明显好于绝大多数国内外研制的红外玻璃，如铝钙玻璃和锗酸盐玻璃等。与美国海军实验室近年研制的广泛用于美军武器系统中的新型BGG红外玻璃(如F14红外侦察窗口)相比，IRG-05玻璃显示了更好的红外和机械性能 (强度和硬度等) 。目前IRG-05 已经成功应用于国内多个相关项目中。

        光子晶体
光子晶体是一种人工晶体，它是由介电材料的周期排列而构成的。在光子晶体中，介电常数在空间周期性地变化，当其变化幅度较大且变化周期与光的波长可相比拟时，介质的布喇格散射将会产生带隙，即光子带隙 (PBG) 。在带隙中没有任何光子态存在，频率落在光子带隙中的电磁波的自发辐射会被完全抑制。由于光子带隙的存在，使得电磁波在带隙中不能传播，而在带隙外有着较高的透过率。如果在光子晶体引入某种缺陷，其原有的周期性或对称性就会受到破坏，其光子带隙中就有可能出现频率极窄的缺陷态。正是这些独特的性质使得光子晶体在可见光、红外和雷达隐身领域具备了应用的潜力。

从目前国内外资料来看, 光子晶体红外/雷达隐身技术尚属崭新的研究领域, 真正的光子晶体工程应用报道还很少，而光子晶体对电磁波独特的控制能力预示着光子晶体材料必将促进红外/雷达隐身技术的进一步发展。


3.        光电隐身技术
光电隐身技术是指减小飞机的各种被探测光电特征，使敌方探测设备难以发现或使其探测能力降低的综合技术。光电隐身技术起源于可见光隐身，成熟于红外隐身，发展于激光隐身。

        可见光隐身技术
随着隐身技术研究的不断深化和现代战争对武器提出全天候作战要求，以往不是很重要的可见光隐身也提到日程上来，并日益受到重视。可见光隐身就是针对人的目视和观测手段而采取的隐身技术，是实现“ 全面隐身 ” 的重要内容 , 目的是要消除或减小目标与背景在可见光波段的亮度与颜色对比。小白兔的研究人员无一例外地流露出对MD的F117，B2这些只能在夜间出动，而白天用肉眼（光学仪器）就能看到并进行瞄准射击的黑色飞机由衷地关切之情。

就现有的技术水平，可见光隐身的难度较雷达、红外隐身都要大，目前主要采用的方法有：
(1)        改变飞机外形的光反射特性，如进行多面体设计，将光线进行散射；
(2)        控制飞机的亮度和色度，如涂覆色彩和光谱反射特性与背景相似的迷彩涂料，采用亮度和颜色可调的奇异蒙皮或电致变色薄膜等，模拟背景反射可见光及近红外光的性能；
(3)        控制发动机喷口和烟迹，采用适型的喷口，降低尾焰光强或隐藏发光暴露区；改进燃烧室设计，使燃料充分燃烧；飞机在未进行格斗前不进入拉烟层等。

        红外隐身技术
目前许多地空、空空武器和预警机都集成了红外探测功能，因此，各国为了提高飞机的战场生存能力，对发展飞机的红外隐身性能格外重视。军用红外探测系统可分为主动式和被动式两类。主动式工作原理与雷达相似，首先必须用辐射源照射目标，然后探测反射回来的辐射；被动式本身不发出辐射，只是接受来自目标产生的辐射。以现有各国装备的军用红外探测系统来看，主要为被动式。因此, 针对被动式红外探测系统的反红外探测技术是当前红外隐身技术的重点。从红外物理学可知，物体红外辐射能量是由斯蒂芬-玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann's law)所决定。温度相同的物体，由于发射率不同，在红外探测器上会显示出不同的红外图像。 一般军事目标的辐射都强于背景，而飞机等空中目标与天空背景辐射强度差别则更大。飞机作为被探测的目标，实现红外隐身就是要降低或改变红外辐射特性，减小与背景的辐射对比度，进而缩短其被探测发现的距离。

飞机的红外辐射源较多，一般情况下，较强的红外辐射源有：发动机尾喷口及其热部件、发动机尾喷流、飞行器蒙皮由于气动加热而引起的红外辐射。

(1) 发动机尾喷口及其热部件。发动机尾喷口是飞机上最强的辐射源，它是第一代红外制导的空-空导弹所追逐的主要目标。发动机尾喷口温度在900~950K左右，发动机部位蒙皮的局部温度也高达500~700K。
(2) 发动机尾喷流。发动机尾喷流是高温的燃气，其主要成分是二氧化碳和水蒸气，辐射波段为2~3Lm 和4~5Lm。其中二氧化碳在波长4.3Lm处有一强烈的窄带辐射，是第二代红外制导的空-空导弹所追逐的目标。
(3) 飞机蒙皮由于气动加热而引起的红外辐射。对于高速飞行器来讲，其飞行速度越快，飞机蒙皮所产生的红外辐射强度越高，当马赫数高于2 时，蒙皮温度高达500K 以上，其红外辐射峰值处于3~5Lm。该辐射是现代近距格斗型红外制导空-空导弹追逐的目标。

因此针对飞机的红外隐身技术主要用于控制其发动机、尾喷流及蒙皮上的热辐射。针对上述三种飞行器的强红外辐射源，目前采取相应的红外隐身措施主要有：

(1) 进行冷却和隔热。一是采用闭合回路冷却系统，将载荷设备产生的热传给燃油，或把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉；二是对热部件进行隔挡, 如采用隔热材料对发动机重要热部件进行隔热，采用遮掩式尾喷管，将发动机深埋入机腹内等。
(2) 改进发动机喷管设计。如采用 S形等二元喷管，改善尾焰与外界环境空气的掺杂，降低尾焰动能、温度和轴向长度，可以有效地滤除90%的红外辐射。另外，也可在尾管中安装红外过滤器降低红外辐射，探测距离可缩短 45%。
(3) 采用新型雾化喷嘴，改进燃烧室设计，使燃油充分燃烧，减少发动机排烟量，从而减弱排气的红外辐射。
(4) 在燃料中加入添加剂如含有钠、 钾、 铅等元素的添加剂，改变尾焰的红外辐射频带峰值，避开探测器的敏感波段。
(5) 采用气溶胶屏蔽发动机尾烟的红外辐射，即将含有金属化合物微粒 (一般直径为 1～100微米) 的环氧树脂、 聚乙烯树脂、 氨基甲酸乙酯树脂和硅硐树脂等发泡高分子物质的物流随发动机尾喷流一起喷到外部空间，混合物在遇到冷空气后雾化凝合成蒸气，在空中形成悬浮状泡沫塑料微粒。
(6) 涂覆红外涂料。采用隔热、吸热材料，抑制飞机表面温度的升高，从而减弱机体的红外辐射。
(7) 采用有源自适应冷却系统，使飞行器蒙皮温度随环境温度变化而变化，并保持两者的温度差恒为零，以使红外探测系统无法探测到目标。

        激光隐身技术
激光具有分辨率高和抗干扰能力强的特点。 目前，激光测距机、激光目标指示器已经发展了便携型、车载型、机载型、舰载型、星载型等，并广泛应用于侦察、攻击武器系统，激光雷达技术也日趋成熟。

影响激光雷达作用距离的因素主要是目标面积和目标反射率。因此，激光隐身的基本出发点就是降低目标表面反射率和减小反射截面。激光隐身技术就是要降低飞机表面反射激光的能力，主要方法有：
(1) 进行外形隐身设计，其设计原则与雷达外形隐身设计基本相同；
(2) 采用吸波、 透射、 导光材料，减少激光反射回波。

4.        声隐身技术
早在第一次世界大战中，就使用了听音器作为防空探测设备，用于引导飞机和高炮进行空中拦截。 声测装备与雷达相比，虽然探测距离较近，但其被动工作方式在日趋复杂的战场电磁环境中的适用性却很强。因此, 军事应用前景不容忽视。

飞机的噪声主要是发动机噪声和飞行过程中，产生的空气扰动噪声。自无人机问世以来（特别是在下一代主战战机很有可能为无人机的情况下），各国都异常重视噪声抑制技术的发展和应用。飞机声隐身的主要方法有：
(1) 改进发动机和辅助机械的设计，降低噪声；
(2) 采用吸声、 阻尼声材料，衰减机械振动；
(3) 通过外形设计、降低转速等措施减小空气扰动噪声；
(4) 修改噪声的频谱特性 (幅值和频率)，增加噪声经空气传播时的衰减；
(5) 声子晶体。与电磁波在光子晶体中受到调制一样，声波等机械波在某些人工合成材料中传播时，某些频率也会收到抑制，形成所谓的声子带隙，这样的材料一般被称为声子晶体。目前声子晶体的研究已从一维扩展到二维和三维。


二、有源隐身技术
有源隐身技术又称主动隐身技术, 是指利用有源手段使武器系统规避声、光、 电、 热等探测设备探测的一种技术。相对无源隐身来说，有源隐身效果更好，成本更低。近年来有源隐身技术越来越受到军事专家们的青睐。有源隐身技术主要是利用光或电子干扰等手段隐蔽目标。一是通过削减和抵消敌方探测信号来实现隐身；二是增加目标的可探测信息特征，使敌雷达、红外探测仪出现大面积虚假信号，以此达到隐身目的。目前小白兔的研究人员们比较热衷于等离子体隐身技术的研究和应用。

等离子体隐身技术是一种较新的隐身技术，作为近几年来兴起的一种隐身手段，受到世界各军事强国的广泛关注，成为隐身技术研究中一个十分活跃的分支。由于等离子体隐身具有不改变飞机外形、吸波频宽、吸收效率高、价格低、使用和维护方便等优点。

等离子体技术作为一种目标雷达特征信号控制的新兴技术，其核心是等离子体的生成与适度应用。等离子体隐身的基本原理：利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素在目标表面形成一层等离子体云，设计等离子的特征参数(能量、 电离度、 振荡频率和碰撞频率等)满足特定要求，使照射到等离子体云上的雷达波在遇到等离子体的带电离子后，两者发生相互作用，电磁波的一部分能量传给带电粒子，被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减，另一部分电磁波受一系列物理作用的影响而绕过等离子体或产生折射改变传播方向，因此，返回到雷达接收机的能量很小，使雷达难以探测。此外，等离子体还能通过改变反射信号的频率，使敌雷达测出错误的目标位置和速度数据以实现隐身。

生成等离子体的方法主要有以下几种：
(1) 脉冲放电式。即在低温下，通过电源以高频和高压形式提供的高能量产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活，电离形成等离子体；
(2) 电子束式。一种仿照老式电视发射机的阴极电子束产生装置，在真空中产生电子束，将气体介质激活，电离形成等离子体；
(3) 碱金属燃料燃烧。 在燃料中掺有铯、钾、钠等易电离成分，从而形成火箭和喷气式发动机的燃气射流，形成弱电离等离子体；
(4) 微波激发式。采用微波与自转磁体的组合方法激发易电离气体介质，生成等离子体；
(5)  激光激发式。采用激光激发易电离气体介质，生成等离子体；
(6) 放射性同位素涂层。在飞行器的特定部位(如强散射区)涂一层放射性同位素来吸收雷达波。

经过以上几种方法产生的等离子体在飞机表面的存在方式主要有外部开放式和封闭循环式两种。

        外部开放式
即等离子体覆盖在飞行器体表面上。根据产生等离子体物质的来源不同又分为大气电离式和携带工作气体介质等离子体发生器。其中，大气电离式就是采用各种激发方法(脉冲放电、微波激发、放射性同位素涂层)将飞行器外表面的大气电离而形成等离子体；而携带工作气体介质等离子体发生器是利用放电、微波等各种激发方式(脉冲放电、电子束、微波激发) 将工作气体在发生器内电离，然后利用压力差释放到飞行器外面形成等离子体层。外部开放式等离子体隐身技术与传统的被动隐身技术相比具有很多优点：吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好(尤其对长波) 、对飞机的外形没有特殊的要求、无须改变飞机的气动外形设计。此外，在气动力上还可以大大减少飞行阻力，但其以下缺点也是致命的。
(1) 对电源要求高，电源要有较高的功率。大气放电需要超过万伏的高压，要覆盖整个飞行器的表面，必须大功率电源才能产生足够量的低温等离子体，能耗太大，电源和燃料都太重。因此，用大气压放电的方法产生包覆整个飞行器的等离子体层不太现实，只能用在重点强反射部位，而等离子发生器也面临同样问题。
(2) 外部开放式等离子体流场难稳定维持，很难形成大面积均匀等离子体覆盖层。磁约束系统太重，能耗太大，亦不可行，要在大气中高速运动的飞行器表面形成长时间稳定的大面积均匀等离子体绝非易事。
(3) 等离子体发生器对于机载弹药也十分危险。产生等离子体通常需要高压，甚至高频微波来电离气体，有引爆机载油料和弹药的潜在危险。
(4) 等离子体屏蔽敌方雷达探测信号的同时也屏蔽了自身的导航、通信、火控等电磁系统，使飞行器和外界失去了联系。
(5) 在飞行器的特定部位(如强散射区)涂一层放射性同位素的方法对飞行器乘员和维护保障人员具有极大的危害，维护困难，且维护成本极高。
(6) 最致命的缺点是等离子体自身也辐射一定频率的电磁波(尤其是本底频率) , 极易被敌方采用无源被动雷达所探测。另外，外部开放式等离子体有强烈的可视和红外信号源，容易被目视(夜间)和红外探测所发现和攻击，应用前景受到很大限制，不容乐观。

        封闭循环式
该方式将等离子体密封屏蔽在透波的材料中，基本原理就是将等离子发生装置产生的等离子体封闭在透波材料为表面的密闭空间内，不仅能减小发生器的体积质量、发射功率，还节约能量，等离子发生器的开闭可自由控制，以实现飞行器的隐身或不隐身两种状态。

相对于外部开放式，该方式控制简单，可以解决屏蔽自身通信问题，激发功率也小得多，但在气动上不能减阻。最简单的直流辉光放电就能满足该技术的要求，消耗能量少，对电源的要求低；等离子的密度高，则质量轻；用透波材料制造瓦片覆盖飞行器表面，非常容易实现长时间稳定的大面积均匀等离子体。而且，因为是在腔体内放电，不受外界气流的影响，无论周围大气多复杂、气压变化多大、空气成分如何、飞机运动多快、飞行姿态如何、甚至是在空气稀薄的大气层之外也没有任何影响。但是，该方式的最大难点在于飞机的装配制造上，如果将飞机的所有表面都铺设闭式等离子材料，首要的问题是结构重量增大，影响机动性能。最难的是飞机机身与机翼接合处、进气道、座舱、起落架、尾喷口等外形复杂的过渡应如何加工制造及铺设。因此，将闭式等离子体隐身装置覆盖整个机身表面也不太现实，其次是载机雷达如何在被动工作状态探测工作以及主动工作时的隐身问题。

综上所述，小白兔的专家认为无论是外部开放式，还是封闭循环式等离子隐身技术，都存在着许多缺点和不足，这些缺点使得等离子体隐身技术的实现有一定困难。因此，那种奢望将等离子体覆盖整个机身表面而实现全面主动隐身的想法目前还不太现实，只有将外部开放式和封闭循环式混合使用，以及与其它隐身技术综合互补，才有可能取得更好的隐身效果。


三、新生隐身技术

此类技术与我们目前已知的隐身技术在技术原理上有着较大的差异，大多数还处于理论研究或者实验室研究阶段。小白兔的科研人员对此类技术的发展也保持了一定的关注程度。

1.        仿生隐身技术
仿生隐身技术是指借鉴某些动物的奇特生理结构，对目标进行结构隐身。传统的结构隐身一般是通过设计目标外表，尽量减小截面积，不使其出现较大反射面来实现隐身的。

在自然界中，许多动物都有天生的隐身本领，为人类研究隐身提供了许多活样本。如“变色龙”能根据环境随时变化不同颜色以实现隐身; 海鸥与燕八哥的形体大小相近，但试验证明，海鸥的雷达截面比燕八哥的大200 倍；蜜蜂的体积远小于麻雀，但它的雷达截面反而比麻雀大16倍。科学家们正在研究这些现象，以寻开发出新的隐身机理和隐身技术。

2.        “微波传波指示”技术
“微波传波指示”技术是利用计算机预测雷达波在大气中的传播情况。大气层的变化(如湿度、温度等的变化)能使雷达波的作用距离发生变化，使雷达覆盖范围产生“空隙”(即盲区)，同时雷达波在大气里传播时要形成“传播波道”，其能量集中于“波道内”，“波道”之外几乎没有能量。如果突防兵器在雷达覆盖区的“空隙”内或“波道”外通过，就可避开敌方雷达的探测而顺利突防。

3.        全频谱隐身技术
迄今为止的隐身材料多是针对厘米波雷达(2~18GHz)，而随着先进的红外探测器、米波雷达、毫米波雷达等先进探测设备的问世, 要求隐身材料在不久的将来要发展成为能够兼容米波、厘米波、毫米波、红外、激光等多波段电磁隐身的全频谱隐身材料。

全频谱隐身的一个研发方向是研制出能对雷达波、红外波和光波都有效的隐身涂料，包括可同时应付多种频谱的多层或多功能隐身涂料和新型的导电涂层、放射性同位素涂层等涂料。

正在研制中的一种多层涂料是将雷达吸波涂料涂在底层，反红外涂料涂在中间，迷彩涂料覆盖在外面，3 层涂料分别所起的作用不同，最终起到“全频谱”隐身的作用。主要目标是要研制出一种涂膜薄、重量轻的单层全频谱隐身涂料或薄膜。

导电隐身涂料是在涂层上加上电压，激活其表面的电荷，用于衰减雷达反射信号。这种涂料还能随环境而改变颜色，使肉眼不易分辨。

4.        智能型隐身材料
智能型隐身材料是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号做出最佳响应的功能的材料系统或结构。目前这种新兴的智能材料和结构已在军事和航空航天领域得到了越来越广泛的应用。同时这种根据环境变化调节自身结构和性能，并对环境做出最佳响应的概念，也为隐身材料和结构的设计提出了一个崭新的思路，使智能隐身目标的实现成为可能。


四、结束语

1.        本文参考公开学术资料而成，并得到各界匹爱锄地的指导，内容如有雷同，纯属必然。
2.        本文凡涉及国内有关设备数据处，都做了各种不同形式的技术处理，若想通过本文来获取小白兔真实科技水平，纯属枉然。
3.        本人水平能力为有限公司，参考资料也必有谬误，如您发现本文内容有误，纯属当然。

世界各国对第四代战斗机的战技要求主要体现在5个方面: 低可探测度, 超强隐形性能; 超强机动性和良好的操控敏捷性; 超声速巡航能力; 较大的有效载荷, 远航程; 短距起降。隐身要求做为四代机的一个重要指标，主要是为了提高其生存和防御能力而提出的。而隐身技术的发展日新月异, 成为了各国军事竞相追逐的制高点。本文借黑丝机成功曝光满月之机，对小白兔现有的各种已投入实际应用和在研的飞机隐身技术做一次既不全面也不细致的梳理。以求提高自身对小白兔科技水平的理解和认识。

隐身技术又称为低可探测技术, 是通过降低飞机的信号特征, 使其难以被发现、识别、跟踪和攻击的一种技术。按照个人习惯的分类方法，隐身技术可大体分为：无源隐身技术，有源隐身技术，新生隐身技术等三大类。


一、无源隐身技术

目前我们所熟知的隐身技术均属此类，其原理是通过对飞机的外形，结构进行巧妙设计和采用吸波、透波材料等一系列措施，尽量减少飞机对电波、红外波、可见光和声波等能量的反射或辐射，降低信号特征，从而达到隐身的目的。

目前，各国军队都大量装备了远程搜索和目标指示雷达, 防空导弹和大部分高炮是由雷达引导攻击，因此，雷达隐身技术成为了飞机隐身技术研究应用的重要方向。

飞机对雷达的隐身性能指标主要是雷达散射截面积 (RCS)，它是指飞机截获雷达辐射功率后，向雷达接收机天线方向散射电磁波能力的量度。RCS与许多因素有关, 其中包括目标本身的几何尺寸、形状、材料以及目标视角、雷达频率和电波的极化等。通常, 目标尺寸越大, 其 RCS可能越大, 但许多理论和试验研究都表明, 目标 (散射体) 的外形对其 RCS的大小影响更显著; 同时, 雷达散射截面积与雷达波长也有关, 当飞机的长度 (如翼展) 为雷达波长的一半时, 其雷达散射截面积很大, 也最易被雷达探测到。目前，降低飞机 RCS的常用方法有两种: 外形隐身技术和材料隐身技术。

1.        外形隐身技术
外形隐身技术是最直接有效的手段, 但需要与飞机的气动外形设计相结合。外形隐身设计可以在一定角域范围内显著减小 RCS, 其遵循的主要原则包括：消除角反射器效应的外形组合; 消除或减少有害散射源; 变后向散射为非后向散射; 由边缘衍射代替镜面反射; 合理使用平板外形及采用有效的遮挡和屏蔽等。

当飞机气动布局和外型确定后，计算电磁学为飞机的RCS 计算提供了方便可靠的手段。RCS 计算方法总体来说可以分为三大类：高频近似方法、时域法和频域法。高频近似方法是一类工程估算方法，其中应用较多的是物理光学法。物理光学法是将电场或磁场的积分方程简化为解析表达式的一种方法，其计算速度快，适合工程估算，但对复杂外形特别是进气道等腔体精度不够。时域法是模拟电磁波随时间在空间传播的一类方法最有代表性是时域有限差分 Finite difference time domain FDTD 方法时域有限差分方法用差分方式离散Maxwell方程。其优点是：适合模拟非均匀和各向异性的介质，适合宽带分析，进行一次计算就能获得宽频带的各种信息，还适合进行并行计算。不足之处是色散误差较大。矩量法是最经典的频域数值方法。矩量法的基本原理是首先将未知函数展开为一组基函数的叠加，然后对算子方程作检验，使之转化为矩阵方程，最后求解矩阵方程得到展开系数。矩量法中应用的电场或磁场积分方程能自动满足辐射边界条件，因而矩量法特别适合 RCS 计算这类开域问题。而且矩量法通过格林函数直接描述求解域中任意两个离散未知量的相互作用，所以没有数值色散误差，计算精度高。但是这种方法求解电大尺寸物体的 RCS 有很大的问题，因为矩量法得到的矩阵方程是满元矩阵方程，当求解问题很大时，存放矩阵所需的内存和求解的计算量都极大，因此过去矩量法只限于小尺寸物体的计算。为了提高矩量法的应用范围，研究人员提出了矩量法和高频近似方法的混合方法。而后又出现了多层快速多极子 (MLFMM) 方法，该方法大大降低内存和计算量需求，为大型目标的 RCS精确计算创造了条件。

在实际应用中，绝大多数小白兔的相关研究人员们（分别来自北航，南航，西工大，中国空气动力研究与发展中心，成飞科技中心等单位）对飞机这类具有复杂外形目标的RCS计算采用了工程算法。近来，中国空气动力研究与发展中心的研究人员们还编制了一数值计算与分析程序，并借此对飞机气动与隐身综合特性数值计算与分析做了初步的探索。其过程大致可分为四个步骤：
(1) 飞机外形参数化和计算网格的生成。对飞机外形进行参数化是指将飞机外形表达为一系列参数, 由这些参数生成用作气动和隐身特性计算的飞行器表面参数, 再由表面参数生成飞行器气动和隐身特性计算的网格;
(2) 飞行器气动特性计算程序的研制。编制基于数值求解纳维叶-斯托克(N-S)方程的飞行器气动特性计算程序(主要针对高速和超高速飞行器);
(3) 时域有限差分法计算飞行器隐身特性程序的研制。利用时域有限差分(FDTD)法求解 Maxwell方程, 编制可计算复杂目标 RCS的 FDTD程序;
(4) 气动与隐身综合特性的目标函数建立和多目标综合分析方法研究。建立描述隐身与气动性能的综合目标函数, 并选择适当的多目标综合分析和优化方法得到最优解。

此外，来自于成飞的研究人员在其文章中提出：根据中国的国情, 并考虑到国外先进战斗机的技术特点, 中国新一代战斗机的战技要求如下:
(1) 新飞机要具有较好的隐身性能, 正前方RCS值为0.X m2。
(2) 机动性优于 Su-27。
这就是中国的 “ 三代半 ”战斗机, 并称之为高机动隐身战斗机。该研究人员还对上述战技要求做出了进一步的解释：以上指标的具体含义是, 新飞机要有大的瞬间盘旋能力和大的可用迎角, 有高的最大升力系数及在失速迎角之后, 飞机仍是稳定可控, 同时超声速的升阻比要高, 而在外形设计上, 还要考虑到隐身的要求。成飞在该方面的成果可查阅宋老，杨总师等人的相关文章。

2.        材料隐身技术
雷达发射的电磁波碰到金属材料时易感应生成同频电磁流并建立电磁场, 向雷达二次辐射能量。材料隐身设计通过使用能够吸收和衰减电磁波的吸波材料, 将电磁能转化为热能耗散掉或是造成电磁波因干涉而消失。在材料隐身设计中，有两个关键问题: 一是如何让入射波能够最大限度地进入材料内部而不被表面反射; 二是如何让进入材料内部的电磁波能够迅速地被材料吸收衰减。近年来，小白兔的相关研究人员已经在隐身材料方面的研究取得了长足的进展，本文主要涉及到如下几个方向：纳米隐身吸波材料，矿物吸波材料，频率选择表面，超材料，中红外材料和光子晶体。

        纳米隐身吸波材料
纳米材料是指材料组分的特征尺寸在纳米量级的材料。它独特的结构使其自身在较宽的频率范围内显示出均匀的电磁波吸收特性。根据吸波机理的不同, 纳米隐身吸波材料主要可分为电损耗型和磁损耗型两大类。电损耗型隐身材料包括 SiC粉末、SiC纤维、金属短纤维、钛酸钡陶瓷体、导电高聚物以及导电石墨粉等。主要特点是具有较高的电损耗正切角, 依靠介质的电子极化、离子极化、分子极化或界面极化的衰减来吸收电磁波。磁损耗型隐身材料包括铁氧体粉、羟基铁粉、超细金属粉或纳米相材料等,  已知纳米铁氧体粉、磁性金属粉、磁性纤维等材料具有较高的磁损耗正切角。可通过利用磁滞损耗、畴壁共振和自然共振、后效损耗等磁极化机制来衰减和吸收电磁波。

        碳纳米管吸波材料
碳纳米管作为一种碳的同素异形体，在电镜下可观察到为管状。按照管子的层数不同，分为单壁碳纳米管和多壁碳纳米管。管子的半径方向非常细，只有纳米尺度，碳纳米管的名称也因此而来。而在轴向则可长达数十到数百微米。碳纳米管的分子结构决定了它具有一些独特的性质，如高的机械强度和弹性，优良的导体和半导体特性等。正因为碳纳米管具有极高的长径比和优异的导电性能, 使得复合材料中含有很少量的碳纳米管时就拥有了很好的微波吸收特性。研究人员通过比较添加了不同质量碳纳米管的聚酯基复合材料的电磁波吸收性能, 且初步分析了碳纳米管的螺旋结构, 表明在10 GHz～30 GHz波段具有良好的吸收。

        纳米碳、 氮化物吸波材料
纳米陶瓷是指在显微结构中，晶粒、晶界以及它们之间的结合都处在小于100nm的陶瓷材料。随着材料的超细化，对材料的力学、电学、热学、磁学、光学等性能产生重要影响。常见的纳米吸波陶瓷粉末主要有SiC、Si、N及复合物 Si/C/N等。这些材料具有耐高温、质量轻、强度大、吸波性能好等优点。

        纳米铁氧体吸波材料
铁氧体是铁元素与氧元素化合形成的各类型化合物，属亚铁磁性材料。广义而言，铁氧体就是磁性氧化物或磁性陶瓷。铁氧体的吸波性能来源于其既有亚铁磁性又有介电性能，其相对磁导率和相对电导率均呈复数形式，它既能产生介电吸波损耗又能产生磁致损耗，因此铁氧体吸波材料具有良好的微波性能。近期，小白兔的研究人员们不断地提及一种被称为“超黑色”的吸波材料，对雷达波的吸收可达99%，研究人员表示其有可能为纳米材料。

        过渡金属硫化物纳米吸波材料
过渡金属（如钼、铁、钴和镍等）硫化物纳米复合材料具有不仅在紫外、近紫外、可见光区有吸收, 而且在近红外光区也有吸收的特点。因此, 对过渡金属硫化物纳米复合材料的研究也正成为吸波材料研究的热点。

        金属微粉吸波材料
金属微粉吸波材料具有微波磁导率较高、温度稳定性好等特点, 它主要是通过磁滞损耗、涡流损耗等吸收损耗电磁波; 金属微粉吸波材料已广泛应用于隐身技术 , 如美国的F/A－18C/D 大黄蜂就使用了羰基铁微粉吸波材料。由于金属粉末在性能上存在不足。小白兔的研究人员尝试将六角晶系钡铁氧体与金属粉末通过合理地安排材料顺序及层厚，得到了较理想的复合微波吸收材料。并且还可以通过控制材料的粒径，调节材料中钴离子的含量，以改变吸收剂的适用频率范围，得到宽带吸波材料。

        矿物吸波材料
在地质过程中形成了数量众多，种类不同的矿物。这些矿物对入射电磁波表现出了一定的反射、吸收、散射和透射性能。不同类型矿物的电磁参数及其吸收电磁波性能也有着较大的差异。但这些天然矿物成本低廉，若将某些具有优异电磁特性的天然矿物经过特殊处理，即可研制出低成本高性能的矿物吸波材料。对这类材料的基本技术要求是能对指定频率范围内的电磁波实现高效宽带吸收。在这类材料研制中，矿物材料加工制备成吸收填料尤其重要。经过成都某大学和中国地质科学研究院的研究人员研究表明，某些铁锰类矿物和过渡族元素氧化物在一定频段内具有适宜的电磁参数，经过特殊加工处理后，有能力成为吸收剂的重要原料。在实际工程应用中，使用铁砂、稀土矿物或铁氧体矿物作为原料制备吸收剂，并将复合铁氧体矿物制备为吸波材料。实验表明在X～XX GHz频段内，该材料的吸收率能够达到XXdB的吸波频宽大于XGHz。此材料已成功地作为某种国产飞机的吸波片材得以应用。

        频率选择表面
频率选择表面 (Frequency Selective Surfaces, FSS) 是指在导电金属表面上周期性地刻蚀缝隙或粘贴金属贴片单元, 形成“电振子结构”, 使其电性能因表面的周期性而受到调制。

FSS的单元可分为两种类型：金属贴片型和导体屏上周期性开孔的孔径型，贴片或孔径单元可以有任意的几何形状。当入射电磁波频率在单元的谐振频率上时，FSS呈现出全反射 (贴片型) 或全透射 (孔径型), 其它频率的电磁波可透过FSS (贴片型) 或被全反射 (孔径型)，因此，FSS对入射电磁波呈现出滤波器的功能。FSS已被广泛应用于雷达罩的设计中, 也是目前研究中的热点问题。来自中国科学院长春光学精密机械与物理研究所研究人员就关于FSS雷达罩的设计提出了多种构想。他们通过研究发现为了实现雷达天线的隐身，可在雷达罩的设计中加载FSS, 也可以在已有雷达罩上加载 FSS。此时的 FSS对雷达的工作频段提供带通的传输特性, 而带外频率几乎被完全反射掉。将 FSS与雷达罩结合在一起可以有效地缩减自身的 RCS, 从而起到对雷达波隐身的效果，同时也因为屏蔽掉了工作频段以外的有害电磁波而提高了抗干扰能力。该所的研究人员还设计了一种具有新型单元的FSS，并将其应用于雷达罩的研究中，发现这种新型单元制造的频率选择雷达罩在大角度入射时具有较高的透过率，在电磁波大扫描角范围内中心频率的漂移量更小，更适合于应用在电磁波大角度入射曲面流线型雷达罩。

不仅如此，FSS还可与雷达吸波材料配合使用，以改善吸波材料的吸波性能。来自南京大学的有关人员研究了FSS与雷达波吸收材料配合使用对其吸收性能的影响。理论分析和实验研究表明，利用FSS可以明显改善吸波材料涂层S波段的吸波性能，展宽涂层的吸波带宽，从而改善吸波材料的低频吸波性能。同样来自南京大学的有关人员采用了随机分布的FSS配合雷达吸波材料使用，研究结果表明，此举可以明显改善吸波材料在低频端的吸收性能，以弥补雷达吸波材料在低频端吸波能力的不足。来自西工大的研究人员提出了用微波二极管控制的有源频率选择表面对吸波材料进行性能改进，通过仿真得到吸波材料性能随表面金属单元尺寸变化的改变。

另据有关资料显示，MD的爱抚娘娘（F22）飞机的雷达罩也使用了FSS技术，并结合外形设计达到了雷达隐身的目的。

        超材料
超材料 (Meta-material)主要是指由人工合成的具备自然界传统物质所无法具有的物理性质的一类材料。利用超材料实现隐身，其隐身机理是透射。外部的雷达波在超材料罩中绕行并透射，如果透射率足够高，雷达就检测不到回波，这样就对罩内物体实现了隐身。传统的吸波隐身是通过吸波材料来吸收雷达波、减少回波的方法来实现的，利用这种方法虽然单基雷达接收不到回波，但可以通过双基或多基雷达来确定其位置，从而不具有真正意义上的隐身。比较透波和吸波两种隐身机理, 可以看出透波隐身在反雷达跟踪方面更有优势。

空军工程大学的研究人员根据超材料的原理，在前人所做研究的基础上，利用方形金属铜六边形开口谐振环作为基本的超材料结构单元对二维圆柱隐身所要求的超材料进行设计, 并加工制作了二维圆柱超材料隐身罩样品。实验测试结果表明，基于超材料的透波隐身效果良好。虽然目前类似这种隐身材料只能在某一波长附近有效，但如果将这种超材料应用于对抗微光夜视系统以及激光测距或指示系统, 还是有望起到较好的效果。

        中红外材料
为了适应在 3~5 微米波段中红外制导技术的发展，小白兔在红外光学材料的研究上取得了较大的进展。其雷达隐身的原理就是当一束电磁波在其前进方向上遇到网孔周期小于其波长的一个金属网栅时，电磁波的能量会呈指数衰减。目前，主要的中红外材料主要有晶体类的硫化锌、蓝宝石、尖晶石、氟化镁、氮氧化铝等。玻璃类的有氟化物玻璃、铝钙玻璃、锗酸盐玻璃等。

近年来，中科院上海光学精密机械研究所成功制备了一种氟镓酸盐红外光学玻璃 IRG-05。IRG-05的红外透光性能明显好于蓝宝石和ALON 等红外晶体。也明显好于绝大多数国内外研制的红外玻璃，如铝钙玻璃和锗酸盐玻璃等。与美国海军实验室近年研制的广泛用于美军武器系统中的新型BGG红外玻璃(如F14红外侦察窗口)相比，IRG-05玻璃显示了更好的红外和机械性能 (强度和硬度等) 。目前IRG-05 已经成功应用于国内多个相关项目中。

        光子晶体
光子晶体是一种人工晶体，它是由介电材料的周期排列而构成的。在光子晶体中，介电常数在空间周期性地变化，当其变化幅度较大且变化周期与光的波长可相比拟时，介质的布喇格散射将会产生带隙，即光子带隙 (PBG) 。在带隙中没有任何光子态存在，频率落在光子带隙中的电磁波的自发辐射会被完全抑制。由于光子带隙的存在，使得电磁波在带隙中不能传播，而在带隙外有着较高的透过率。如果在光子晶体引入某种缺陷，其原有的周期性或对称性就会受到破坏，其光子带隙中就有可能出现频率极窄的缺陷态。正是这些独特的性质使得光子晶体在可见光、红外和雷达隐身领域具备了应用的潜力。

从目前国内外资料来看, 光子晶体红外/雷达隐身技术尚属崭新的研究领域, 真正的光子晶体工程应用报道还很少，而光子晶体对电磁波独特的控制能力预示着光子晶体材料必将促进红外/雷达隐身技术的进一步发展。


3.        光电隐身技术
光电隐身技术是指减小飞机的各种被探测光电特征，使敌方探测设备难以发现或使其探测能力降低的综合技术。光电隐身技术起源于可见光隐身，成熟于红外隐身，发展于激光隐身。

        可见光隐身技术
随着隐身技术研究的不断深化和现代战争对武器提出全天候作战要求，以往不是很重要的可见光隐身也提到日程上来，并日益受到重视。可见光隐身就是针对人的目视和观测手段而采取的隐身技术，是实现“ 全面隐身 ” 的重要内容 , 目的是要消除或减小目标与背景在可见光波段的亮度与颜色对比。小白兔的研究人员无一例外地流露出对MD的F117，B2这些只能在夜间出动，而白天用肉眼（光学仪器）就能看到并进行瞄准射击的黑色飞机由衷地关切之情。

就现有的技术水平，可见光隐身的难度较雷达、红外隐身都要大，目前主要采用的方法有：
(1)        改变飞机外形的光反射特性，如进行多面体设计，将光线进行散射；
(2)        控制飞机的亮度和色度，如涂覆色彩和光谱反射特性与背景相似的迷彩涂料，采用亮度和颜色可调的奇异蒙皮或电致变色薄膜等，模拟背景反射可见光及近红外光的性能；
(3)        控制发动机喷口和烟迹，采用适型的喷口，降低尾焰光强或隐藏发光暴露区；改进燃烧室设计，使燃料充分燃烧；飞机在未进行格斗前不进入拉烟层等。

        红外隐身技术
目前许多地空、空空武器和预警机都集成了红外探测功能，因此，各国为了提高飞机的战场生存能力，对发展飞机的红外隐身性能格外重视。军用红外探测系统可分为主动式和被动式两类。主动式工作原理与雷达相似，首先必须用辐射源照射目标，然后探测反射回来的辐射；被动式本身不发出辐射，只是接受来自目标产生的辐射。以现有各国装备的军用红外探测系统来看，主要为被动式。因此, 针对被动式红外探测系统的反红外探测技术是当前红外隐身技术的重点。从红外物理学可知，物体红外辐射能量是由斯蒂芬-玻耳兹曼定律(Stefan-Boltzmann's law)所决定。温度相同的物体，由于发射率不同，在红外探测器上会显示出不同的红外图像。 一般军事目标的辐射都强于背景，而飞机等空中目标与天空背景辐射强度差别则更大。飞机作为被探测的目标，实现红外隐身就是要降低或改变红外辐射特性，减小与背景的辐射对比度，进而缩短其被探测发现的距离。

飞机的红外辐射源较多，一般情况下，较强的红外辐射源有：发动机尾喷口及其热部件、发动机尾喷流、飞行器蒙皮由于气动加热而引起的红外辐射。

(1) 发动机尾喷口及其热部件。发动机尾喷口是飞机上最强的辐射源，它是第一代红外制导的空-空导弹所追逐的主要目标。发动机尾喷口温度在900~950K左右，发动机部位蒙皮的局部温度也高达500~700K。
(2) 发动机尾喷流。发动机尾喷流是高温的燃气，其主要成分是二氧化碳和水蒸气，辐射波段为2~3Lm 和4~5Lm。其中二氧化碳在波长4.3Lm处有一强烈的窄带辐射，是第二代红外制导的空-空导弹所追逐的目标。
(3) 飞机蒙皮由于气动加热而引起的红外辐射。对于高速飞行器来讲，其飞行速度越快，飞机蒙皮所产生的红外辐射强度越高，当马赫数高于2 时，蒙皮温度高达500K 以上，其红外辐射峰值处于3~5Lm。该辐射是现代近距格斗型红外制导空-空导弹追逐的目标。

因此针对飞机的红外隐身技术主要用于控制其发动机、尾喷流及蒙皮上的热辐射。针对上述三种飞行器的强红外辐射源，目前采取相应的红外隐身措施主要有：

(1) 进行冷却和隔热。一是采用闭合回路冷却系统，将载荷设备产生的热传给燃油，或把热在大气中不能充分传热的频率下散发掉；二是对热部件进行隔挡, 如采用隔热材料对发动机重要热部件进行隔热，采用遮掩式尾喷管，将发动机深埋入机腹内等。
(2) 改进发动机喷管设计。如采用 S形等二元喷管，改善尾焰与外界环境空气的掺杂，降低尾焰动能、温度和轴向长度，可以有效地滤除90%的红外辐射。另外，也可在尾管中安装红外过滤器降低红外辐射，探测距离可缩短 45%。
(3) 采用新型雾化喷嘴，改进燃烧室设计，使燃油充分燃烧，减少发动机排烟量，从而减弱排气的红外辐射。
(4) 在燃料中加入添加剂如含有钠、 钾、 铅等元素的添加剂，改变尾焰的红外辐射频带峰值，避开探测器的敏感波段。
(5) 采用气溶胶屏蔽发动机尾烟的红外辐射，即将含有金属化合物微粒 (一般直径为 1～100微米) 的环氧树脂、 聚乙烯树脂、 氨基甲酸乙酯树脂和硅硐树脂等发泡高分子物质的物流随发动机尾喷流一起喷到外部空间，混合物在遇到冷空气后雾化凝合成蒸气，在空中形成悬浮状泡沫塑料微粒。
(6) 涂覆红外涂料。采用隔热、吸热材料，抑制飞机表面温度的升高，从而减弱机体的红外辐射。
(7) 采用有源自适应冷却系统，使飞行器蒙皮温度随环境温度变化而变化，并保持两者的温度差恒为零，以使红外探测系统无法探测到目标。

        激光隐身技术
激光具有分辨率高和抗干扰能力强的特点。 目前，激光测距机、激光目标指示器已经发展了便携型、车载型、机载型、舰载型、星载型等，并广泛应用于侦察、攻击武器系统，激光雷达技术也日趋成熟。

影响激光雷达作用距离的因素主要是目标面积和目标反射率。因此，激光隐身的基本出发点就是降低目标表面反射率和减小反射截面。激光隐身技术就是要降低飞机表面反射激光的能力，主要方法有：
(1) 进行外形隐身设计，其设计原则与雷达外形隐身设计基本相同；
(2) 采用吸波、 透射、 导光材料，减少激光反射回波。

4.        声隐身技术
早在第一次世界大战中，就使用了听音器作为防空探测设备，用于引导飞机和高炮进行空中拦截。 声测装备与雷达相比，虽然探测距离较近，但其被动工作方式在日趋复杂的战场电磁环境中的适用性却很强。因此, 军事应用前景不容忽视。

飞机的噪声主要是发动机噪声和飞行过程中，产生的空气扰动噪声。自无人机问世以来（特别是在下一代主战战机很有可能为无人机的情况下），各国都异常重视噪声抑制技术的发展和应用。飞机声隐身的主要方法有：
(1) 改进发动机和辅助机械的设计，降低噪声；
(2) 采用吸声、 阻尼声材料，衰减机械振动；
(3) 通过外形设计、降低转速等措施减小空气扰动噪声；
(4) 修改噪声的频谱特性 (幅值和频率)，增加噪声经空气传播时的衰减；
(5) 声子晶体。与电磁波在光子晶体中受到调制一样，声波等机械波在某些人工合成材料中传播时，某些频率也会收到抑制，形成所谓的声子带隙，这样的材料一般被称为声子晶体。目前声子晶体的研究已从一维扩展到二维和三维。


二、有源隐身技术
有源隐身技术又称主动隐身技术, 是指利用有源手段使武器系统规避声、光、 电、 热等探测设备探测的一种技术。相对无源隐身来说，有源隐身效果更好，成本更低。近年来有源隐身技术越来越受到军事专家们的青睐。有源隐身技术主要是利用光或电子干扰等手段隐蔽目标。一是通过削减和抵消敌方探测信号来实现隐身；二是增加目标的可探测信息特征，使敌雷达、红外探测仪出现大面积虚假信号，以此达到隐身目的。目前小白兔的研究人员们比较热衷于等离子体隐身技术的研究和应用。

等离子体隐身技术是一种较新的隐身技术，作为近几年来兴起的一种隐身手段，受到世界各军事强国的广泛关注，成为隐身技术研究中一个十分活跃的分支。由于等离子体隐身具有不改变飞机外形、吸波频宽、吸收效率高、价格低、使用和维护方便等优点。

等离子体技术作为一种目标雷达特征信号控制的新兴技术，其核心是等离子体的生成与适度应用。等离子体隐身的基本原理：利用等离子体发生器、发生片或放射性同位素在目标表面形成一层等离子体云，设计等离子的特征参数(能量、 电离度、 振荡频率和碰撞频率等)满足特定要求，使照射到等离子体云上的雷达波在遇到等离子体的带电离子后，两者发生相互作用，电磁波的一部分能量传给带电粒子，被带电粒子吸收，而自身能量逐渐衰减，另一部分电磁波受一系列物理作用的影响而绕过等离子体或产生折射改变传播方向，因此，返回到雷达接收机的能量很小，使雷达难以探测。此外，等离子体还能通过改变反射信号的频率，使敌雷达测出错误的目标位置和速度数据以实现隐身。

生成等离子体的方法主要有以下几种：
(1) 脉冲放电式。即在低温下，通过电源以高频和高压形式提供的高能量产生间隙放电、沿面放电等形式，将气体介质激活，电离形成等离子体；
(2) 电子束式。一种仿照老式电视发射机的阴极电子束产生装置，在真空中产生电子束，将气体介质激活，电离形成等离子体；
(3) 碱金属燃料燃烧。 在燃料中掺有铯、钾、钠等易电离成分，从而形成火箭和喷气式发动机的燃气射流，形成弱电离等离子体；
(4) 微波激发式。采用微波与自转磁体的组合方法激发易电离气体介质，生成等离子体；
(5)  激光激发式。采用激光激发易电离气体介质，生成等离子体；
(6) 放射性同位素涂层。在飞行器的特定部位(如强散射区)涂一层放射性同位素来吸收雷达波。

经过以上几种方法产生的等离子体在飞机表面的存在方式主要有外部开放式和封闭循环式两种。

        外部开放式
即等离子体覆盖在飞行器体表面上。根据产生等离子体物质的来源不同又分为大气电离式和携带工作气体介质等离子体发生器。其中，大气电离式就是采用各种激发方法(脉冲放电、微波激发、放射性同位素涂层)将飞行器外表面的大气电离而形成等离子体；而携带工作气体介质等离子体发生器是利用放电、微波等各种激发方式(脉冲放电、电子束、微波激发) 将工作气体在发生器内电离，然后利用压力差释放到飞行器外面形成等离子体层。外部开放式等离子体隐身技术与传统的被动隐身技术相比具有很多优点：吸波频带宽、吸收率高、隐身效果好(尤其对长波) 、对飞机的外形没有特殊的要求、无须改变飞机的气动外形设计。此外，在气动力上还可以大大减少飞行阻力，但其以下缺点也是致命的。
(1) 对电源要求高，电源要有较高的功率。大气放电需要超过万伏的高压，要覆盖整个飞行器的表面，必须大功率电源才能产生足够量的低温等离子体，能耗太大，电源和燃料都太重。因此，用大气压放电的方法产生包覆整个飞行器的等离子体层不太现实，只能用在重点强反射部位，而等离子发生器也面临同样问题。
(2) 外部开放式等离子体流场难稳定维持，很难形成大面积均匀等离子体覆盖层。磁约束系统太重，能耗太大，亦不可行，要在大气中高速运动的飞行器表面形成长时间稳定的大面积均匀等离子体绝非易事。
(3) 等离子体发生器对于机载弹药也十分危险。产生等离子体通常需要高压，甚至高频微波来电离气体，有引爆机载油料和弹药的潜在危险。
(4) 等离子体屏蔽敌方雷达探测信号的同时也屏蔽了自身的导航、通信、火控等电磁系统，使飞行器和外界失去了联系。
(5) 在飞行器的特定部位(如强散射区)涂一层放射性同位素的方法对飞行器乘员和维护保障人员具有极大的危害，维护困难，且维护成本极高。
(6) 最致命的缺点是等离子体自身也辐射一定频率的电磁波(尤其是本底频率) , 极易被敌方采用无源被动雷达所探测。另外，外部开放式等离子体有强烈的可视和红外信号源，容易被目视(夜间)和红外探测所发现和攻击，应用前景受到很大限制，不容乐观。

        封闭循环式
该方式将等离子体密封屏蔽在透波的材料中，基本原理就是将等离子发生装置产生的等离子体封闭在透波材料为表面的密闭空间内，不仅能减小发生器的体积质量、发射功率，还节约能量，等离子发生器的开闭可自由控制，以实现飞行器的隐身或不隐身两种状态。

相对于外部开放式，该方式控制简单，可以解决屏蔽自身通信问题，激发功率也小得多，但在气动上不能减阻。最简单的直流辉光放电就能满足该技术的要求，消耗能量少，对电源的要求低；等离子的密度高，则质量轻；用透波材料制造瓦片覆盖飞行器表面，非常容易实现长时间稳定的大面积均匀等离子体。而且，因为是在腔体内放电，不受外界气流的影响，无论周围大气多复杂、气压变化多大、空气成分如何、飞机运动多快、飞行姿态如何、甚至是在空气稀薄的大气层之外也没有任何影响。但是，该方式的最大难点在于飞机的装配制造上，如果将飞机的所有表面都铺设闭式等离子材料，首要的问题是结构重量增大，影响机动性能。最难的是飞机机身与机翼接合处、进气道、座舱、起落架、尾喷口等外形复杂的过渡应如何加工制造及铺设。因此，将闭式等离子体隐身装置覆盖整个机身表面也不太现实，其次是载机雷达如何在被动工作状态探测工作以及主动工作时的隐身问题。

综上所述，小白兔的专家认为无论是外部开放式，还是封闭循环式等离子隐身技术，都存在着许多缺点和不足，这些缺点使得等离子体隐身技术的实现有一定困难。因此，那种奢望将等离子体覆盖整个机身表面而实现全面主动隐身的想法目前还不太现实，只有将外部开放式和封闭循环式混合使用，以及与其它隐身技术综合互补，才有可能取得更好的隐身效果。


三、新生隐身技术

此类技术与我们目前已知的隐身技术在技术原理上有着较大的差异，大多数还处于理论研究或者实验室研究阶段。小白兔的科研人员对此类技术的发展也保持了一定的关注程度。

1.        仿生隐身技术
仿生隐身技术是指借鉴某些动物的奇特生理结构，对目标进行结构隐身。传统的结构隐身一般是通过设计目标外表，尽量减小截面积，不使其出现较大反射面来实现隐身的。

在自然界中，许多动物都有天生的隐身本领，为人类研究隐身提供了许多活样本。如“变色龙”能根据环境随时变化不同颜色以实现隐身; 海鸥与燕八哥的形体大小相近，但试验证明，海鸥的雷达截面比燕八哥的大200 倍；蜜蜂的体积远小于麻雀，但它的雷达截面反而比麻雀大16倍。科学家们正在研究这些现象，以寻开发出新的隐身机理和隐身技术。

2.        “微波传波指示”技术
“微波传波指示”技术是利用计算机预测雷达波在大气中的传播情况。大气层的变化(如湿度、温度等的变化)能使雷达波的作用距离发生变化，使雷达覆盖范围产生“空隙”(即盲区)，同时雷达波在大气里传播时要形成“传播波道”，其能量集中于“波道内”，“波道”之外几乎没有能量。如果突防兵器在雷达覆盖区的“空隙”内或“波道”外通过，就可避开敌方雷达的探测而顺利突防。

3.        全频谱隐身技术
迄今为止的隐身材料多是针对厘米波雷达(2~18GHz)，而随着先进的红外探测器、米波雷达、毫米波雷达等先进探测设备的问世, 要求隐身材料在不久的将来要发展成为能够兼容米波、厘米波、毫米波、红外、激光等多波段电磁隐身的全频谱隐身材料。

全频谱隐身的一个研发方向是研制出能对雷达波、红外波和光波都有效的隐身涂料，包括可同时应付多种频谱的多层或多功能隐身涂料和新型的导电涂层、放射性同位素涂层等涂料。

正在研制中的一种多层涂料是将雷达吸波涂料涂在底层，反红外涂料涂在中间，迷彩涂料覆盖在外面，3 层涂料分别所起的作用不同，最终起到“全频谱”隐身的作用。主要目标是要研制出一种涂膜薄、重量轻的单层全频谱隐身涂料或薄膜。

导电隐身涂料是在涂层上加上电压，激活其表面的电荷，用于衰减雷达反射信号。这种涂料还能随环境而改变颜色，使肉眼不易分辨。

4.        智能型隐身材料
智能型隐身材料是一种具有感知功能、信息处理功能、自我指令并对信号做出最佳响应的功能的材料系统或结构。目前这种新兴的智能材料和结构已在军事和航空航天领域得到了越来越广泛的应用。同时这种根据环境变化调节自身结构和性能，并对环境做出最佳响应的概念，也为隐身材料和结构的设计提出了一个崭新的思路，使智能隐身目标的实现成为可能。


四、结束语

1.        本文参考公开学术资料而成，并得到各界匹爱锄地的指导，内容如有雷同，纯属必然。
2.        本文凡涉及国内有关设备数据处，都做了各种不同形式的技术处理，若想通过本文来获取小白兔真实科技水平，纯属枉然。
3.        本人水平能力为有限公司，参考资料也必有谬误，如您发现本文内容有误，纯属当然。