紅外隱身涂層是指用于減弱武器系統(tǒng)紅外特征信號,達到隱身要求的特殊功能涂料,旨在降低目標（如飛機、導彈、坦克等）在紅外波段的輻射亮度,使裝備在紅外探測系統(tǒng)中的形狀得以掩飾、變形或偽裝,降低其被發(fā)現(xiàn)和識別的概率。發(fā)射率是描述物體向外界輻射能力的無量綱物理量,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散射理論對單個粒子的光學參數(shù)進行計算,將涂層中的金屬粒子等效為各向同性的金屬球,計算出單個粒子的散射、吸收與消光等參數(shù)。分析其尺寸參數(shù)對于光學參數(shù)的影響,并將計算出的結(jié)果導入Kubelka-Munk二能流理論中,計算涂層的發(fā)射率。通過改變粒子的粒徑、摻雜百分數(shù)、涂層厚度等參數(shù),優(yōu)化設(shè)計出具有較低發(fā)射率的紅外隱身涂層。根據(jù)涂層的實際使用需要,采用金屬的Drude模型計算不同溫度下金屬粒子的光學常數(shù),計算分析溫度對于涂層發(fā)射率的影響規(guī)律,并選取與實際使用溫度吻合度較高的404 K進行了發(fā)射率計算。為紅外低發(fā)射率涂層建立含紅外積分球的輻射特征測量裝置,并將實際測量值與理論值相對比,驗證模型的準確性。掌握紅外隱身涂層... 

【文章來源】：渤海大學遼寧省

【文章頁數(shù)】：67 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

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

渤海大學碩士學位論文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：1-2μm、3-5μm、8-14μm。圖1-3.紅外大氣透過率Figure1-3.Infraredtransmittanceintheatmosphere基于維恩位移定律，物體紅外輻射的中心波長會隨著輻射體溫度的變化而變化[2,3]。對于飛機蒙皮等目標來說，其輻射的峰值波長位于8-14μm窗口內(nèi)，距離飛機尾噴管較近的區(qū)域由于其溫度較高，所以輻射的中心波長處于3-5μm窗口內(nèi)。紅外探測系統(tǒng)的探測距離是該系統(tǒng)的重要性能指標，探測距離的大小直接決定了其偵查范圍與紅外制導的視場，當系統(tǒng)噪聲看作為只存在探測器噪聲時，目標的紅外輻射強度直接影響了紅外探測系統(tǒng)的最大探測距離[2,5]。由此可見，降低物體的輻射強度可以有效削弱紅外系統(tǒng)的探測能力。紅外熱成像系統(tǒng)的工作原理主要為：通過采集目標的有效輻射和背景輻射，將采集的兩種輻射形成比值，實現(xiàn)熱紅外偵查，紅外輻射能量可以由斯蒂芬-玻爾茲曼定律來計算[2]，紅外材料表面的溫度與發(fā)射率都直接影響目標的輻射亮度。降低目標的有效輻射值可以降低其在環(huán)境中的對比度，從而降低處于紅外視場中被發(fā)現(xiàn)的概率，增強目標紅外隱身的性能。圖1-4分別為不同溫度與不同發(fā)射率情況時，光譜的輻射亮度，可以看出發(fā)射率對于輻射亮度的影響較為明顯。在無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紅外輻射的吸收影響，測量實驗表明氯化橡膠中的弱吸收基團有利于得到較小的發(fā)射率[20]。P.G.Appleyard以時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涂層發(fā)射率的影響，但沒能給出涂層表面的粗糙度和相關(guān)常數(shù)的計算方法，只能通過大量測試給出經(jīng)驗公式，制約了該模型的應用[22]。A.B.Murphy采用改進的K-M模型如圖1-6所示，計算TiO2涂層300nm~800nm范圍內(nèi)的光譜反射率，驗證了粗糙度模型（僅光學粗糙度＜0.2）的有效性[23]。圖1-6.A.B.Murphy改進的K-M模型Figure1-6.A.B.Murphy"simprovedK-Mmodel可以看出，國外的科研工作者熱衷于涂層的理論研究，對粒子的散射、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)，未將模型展開討論，并分析各個參數(shù)對紅外發(fā)射率的數(shù)值影響規(guī)律。

【參考文獻】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
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