“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。