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隐形飞机的更坚韧复合材料蒙皮

2021-08-20 16:413130
 一名隐形战斗机飞行员需要严格的训练和测试,需要高超的技能,其培训费用高达1000万美元,这使其成为美国空军飞行员取得的高成就之一。这就是为什么Chengying “Cheryl” Xu和她在北卡罗来纳州立大学的团队一直在为隐形战斗机开发一种更可靠、更耐用、更高效的新蒙皮。
 
  “我们必须确保飞行员的生命安全,”北卡罗莱纳州立大学机械与航天工程副教授Cheryl Xu说。“如果飞机被击落,那就是一个悲剧。”
  目前,B-2 Spirit或F-117夜鹰等隐形战机都被涂有一层雷达吸收复合材料(RAM),这种材料的设计目的是将传入的电磁波转换成热量。有不同类型的RAM技术适用于不同的条件。有些在较高频率下表现佳,而有些在较低频率下表现佳。但是,没有一种RAM技术能够改变所有雷达频率。此外,RAM不能承受250摄氏度以上的温度;它太脆弱了。热量、盐分、水气和摩擦会使RAM失去其完整性。因此,飞机必须以特定的方式设计保护RAM,以防在机动性、速度和飞行时间方面造成问题。
  Xu正在开发的碳纤维增强的复合材料聚合物蒙皮可以解决这些问题。这种混合结构有两个阶段:传导和绝缘。聚合物衍生的碳氮化硅(SiCN)陶瓷是用氧化钇稳定的氧化锆纤维增强,以帮助传导入射的电磁能量。它可以承受高达1800摄氏度以上的极端高温。该复合材料还使用重量轻且强度高的碳纳米管进行了增强,使该材料特别耐用。
  喷涂材料
  材料的测试表明,这种材料的反射微弱,能够吸收90%以上的入射波,而现有的RAM只能吸收70%到80%的波。这使得它尽可能不被发现。它还具有很高的抗氧化和抗腐蚀性能。
  Xu说:“从根本上说,这种材料的性能或耐久性没有任何问题。”“因此,对飞机的设计不再有任何限制。”
  这种材料会像涂料一样被喷到飞机表面,只需几天就可以密封。Xu说,这种3毫米厚的材料理论上可以喷到飞机的所有表面,对飞机的性能几乎没有影响。但是,这仍然需要测试。
  可扩展性测试
  据Xu说,开发这种材料面临着巨大的挑战。大的挑战是,这项技术在一开始并不存在。因为这种材料是导电的,她的团队不得不建造自己的设备来在高温条件下测试这种材料。
  该团队已经取得了很大的进展,Xu很高兴从空军科学研究办公室获得了资金,以进行材料的测试和追求材料的可扩展性。
  “从餐巾纸上的便条到现在,我们花了很长时间才走到这一步,”Xu说。“我们非常自豪能够达到这一里程碑。”
  这种材料还有一系列其他可能的应用,包括潜艇、航母、弹道导弹等。现在,挑战将是寻找行业合作伙伴帮助他们实现这一目标,包括波音、洛克希德马丁、雷神和诺斯罗普格鲁曼。隐形技术有很大的市场效益,预计年增长率超过6%。
  Xu的团队将在接下来的两年时间里开发一种终产品,这种产品有一天可能会改变军队执行任务的方式。
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