国外舰船隐身技术的发展动向与分析＊

2013-01-12黎南

舰船电子工程 2013年4期

黎南

（海军驻大连地区军事代表室大连 116021）

1 引言

舰船隐身的目的就是减少和控制舰船被敌方探测的目标特征，从而降低敌方的探测距离和概率。这种目标特征主要包括电磁、红外、声学三个方面。因而，对舰船装置隐身设计，主要就是降低船体及其上各种设备的电磁特征，除重点降低雷达波电磁辐射外，同时还必须考虑降低红外辐射及声辐射。本文从舰船隐身技术、发展动向、发展分析等，作进一步的研究和探讨［1］。

2 舰船隐身技术

舰船隐身技术主要包括：雷达隐身技术、红外隐身技术、声隐身技术等［2］。

2.1 雷达隐身技术

雷达隐身技术就是通过各种措施降低舰船的雷达信号特征值—雷达散射截面积（RCS），以达到“隐蔽”目的。当雷达系统一定时，目标的RCS取决于目标的外形和目标材料的电磁特性。通过改变目标外形来降低目标的RCS，称外形隐身技术；采用雷达吸波材料来降低目标的RCS，称材料隐身技术。

1）外形隐身。外形隐身就是通过舰船外形结构和形状设计，使舰船反射的雷达波能量偏离雷达发射方向，从而降低目标的RCS。

舰船甲板面上一般布置大量小型非隐形设备，未经隐身设计会对雷达截面积产生较大影响，如某舰电磁兼容性试验表明，在甲板设施安装后所测得的RCS值是设施未安装前的5～8倍。此外，门窗玻璃及局部开口等产生的空腔效应，也会给舰船隐身设计效果带来不利影响。因此，像锚机、绞盘、绞车、系缆桩、救生艇、栏杆、吊杆、系舰柱等，原来舰船甲板上外置的部分，可通过内藏或设计成隐身形状或采取位置选择、遮挡、屏蔽等措施加以改善。

2）材料隐身。除了通过合理的隐身外形设计，还可以通过在舰船适当位置涂装吸波材料或采用结构隐身材料来达到雷达隐身目的。

·吸波涂料。吸波材料实质上是一种高分子复合涂料。它是以高分子溶液或乳液为基料，把吸波剂和其他附加成分分散加入其中而制成。如美国研制的系列铁氧体吸波涂料，主要成分是锂镉、镍镉和锂锌铁氧体，它在厘米波段到分米波段，可使雷达波反射衰减达20dB。日本研制的铁氧体和氯丁橡胶或氯磺化聚烯等吸波涂料，当涂层厚度为1.7～2.5mm时，对5～10GHz的雷达波反射衰减达30dB。这种涂料的涂装工艺简单，使用方便，但是重量增加、涂层剥离强度低、频宽窄、涂层厚和耐高温性能差等缺点限制了它的应用。

·结构隐身材料。结构型吸波材料与涂敷型吸波材料相比，其电磁波吸收剂特别是吸收层有些是由碳化硅纤维组成，这种吸收剂在强度、耐热和耐化学腐蚀方面均比较好，其吸波能力较强，带宽也较大。为达到较好的匹配效果和吸收效果，纤维和树脂复合材料也可以采用，而且整体上重量轻、强度好，吸收效果好。

2.2 红外隐身技术

红外隐身技术是抑制和减弱舰船的红外辐射能力，避免过早被敌方发现和跟踪。因为舰船对外界有着较强的红外辐射，它的任何部位都可能是红外源，其自身的热辐射和对环境热辐射的反射都可能是被敌方红外探测器探测和跟踪的目标，如机舱区、舵机舱区、厨房高温室、排气道（包括烟囱）、排气烟流及船体对阳光的反射与散射等。

1）红外隐身。红外隐身一般采用热抑制、低反射涂料及屏蔽等措施降低舰船的红外辐射强度或改变其红外辐射特性。

·降低舰船红外辐射强度。降低舰船红外辐射强度也就是降低舰船与周围环境的热对比度，使敌方红外探测器接收不到足够的能量，减少舰船被发现、识别和跟踪的概率。

·改变舰船红外辐射特性。改变舰船的红外辐射特性也就是改变其表面的发射率，降低红外辐射的能量，减小被探测概率。

2）多功能隐身材料。多功能隐身材料主要有：雷达与红外兼容隐身材料、红外与激光兼容隐身材料及可见光、近红外、远红外和微波等多波段隐身材料。国外先进的多功能隐身材料在可见光、近红外、远红外、8mm和3mm五波段一体化方面取得较大进展。例如，美国研制的多功能隐身涂层在30～100GHz毫米波的吸收率为10～15dB；中红外波段3～5μm发射率为0.5～0.9，远红外波段8～14μm发射率为0.6～0.95，可见光的光谱特性与背景基本一致。德国研制的半导体多功能隐身材料在可见光范围有低发射率，在中远红外波段（3～5μm，8～14μm）有低发射率，在毫米波段有高吸收率。这种涂层可同时对抗可见光、近红外、激光、中远红外和雷达的威胁。

2.3 声隐身技术

声隐身技术就是采用低噪声设备，增加发声设备隔音罩和使用减振降噪材料（如吸声材料、非金属材料和阻尼材料）等方法。

1）低噪声设备。低噪声设备主要包括：（1）舵的降噪设计。因为提高舵效，减少舵面积，增大舵与螺旋桨之间距离，减少附体阻力，改善伴流，可使螺旋桨噪声降低。（2）舰船机械设备减振降噪。可设计具有减振降噪功能的基座，如减振浮筏设计或在设备基座的面板和腹板上采用约束阻尼结构等。

2）隔声罩。在主要的噪声源机械设备上增加隔声罩，采用的结构材料形式主要有：（1）在两层相同厚度的金属板中间粘附一层比板薄的粘弹性层，可达到一定程度的减振降噪作用。因此，夹层结构可以构造隔声罩。（2）直接使用有减振降噪作用的非金属材料或复合材料等制造。

3）减振降噪材料。（1）在机舱及四周舱壁、顶板上粘贴吸声材料；（2）在机舱和舵机舱等机器场所、导流罩、机舱和螺旋桨附近的结构，必要的舱壁和地板涂敷非金属尼龙材料、阻尼材料等；（3）在声呐基阵平台周围粘贴吸声橡胶尖劈；（4）在舷外的吸入和排出孔的区域处，可使用吸声材料或复合材料；（5）在艉轴架、导流罩上涂敷特殊涂料以消除空化、气泡现象来降低噪声。也可在导流罩或船体外板上敷设橡胶或防污油漆涂料，避免海生物生长，使水动力噪声减到最小；（6）在管路管壁周围包覆阻尼，也可在管路、支柱、构架等中空结构内使用颗粒型阻尼填料；（7）在透声窗表面涂敷透声阻尼涂料或采用透声高阻尼的材料，以吸收和减弱这些部位产生的混响声和结构噪声；（8）在舰船上住舱、集控室、作战指挥中心声呐室、导航室、会议室等舱室的浮动地板、围舱壁的轻型内衬、综合内衬，可选具有一定阻尼减振性能的非金属材料，也可选用多层复合材料。

3 发展动向

1）俄罗斯海军第四艘20380型隐身轻护舰下水。俄新社报道：由位于俄罗斯圣彼得堡的北方造船厂（Severnaya Verf）为俄罗斯海军建造的一艘隐身轻护舰“斯托伊克”（Stoyky）号已于本周三下水［3］。

“斯托伊克”号轻护舰是俄罗斯海军20380型轻护舰的第四艘，该级轻护舰由俄罗斯阿玛斯中央海事设计局设计。在完成一系列海试以后，该舰预计将在2013年11月服役俄罗斯波罗的海舰队。

20380型轻护舰的首舰“守卫”（steregushchy）号已经于2008年10月服役俄罗斯波罗的海舰队，而第二艘“苏布瑞兹特尼”（Soobrazitelny）号已于2011年10月服役俄罗斯海军。第三艘“勇敢”（Boyky）号目前正在进行海试，并计划在今年11月服役。

20380型轻护舰可摧毁水面、水下、岸上和空中目标，并保护舰队进行抢滩登陆，舰船的隐形技术可降低舰体的雷达、声音、红外线、磁以及视觉信号。俄罗斯计划共建造30艘该级隐身轻护舰，以确保其沿海水域，以及黑海和波罗的海的石油与天然气运输路线安全。每一艘轻护舰排水量为2000公吨，最大航速为27节，人员编制为100人。该级舰装备的武器包括Kh－35或SS－N－25反舰巡航导弹，100mm口径舰炮，各种防空与反潜系统，以及一架卡－27反潜直升机。

2）印度海军“萨亚德里”号隐身护卫舰正式服役。Brahmand网站2012年7月23日报道：2012年7月21日，印度海军自主建造的“萨亚德里”号隐身护卫舰正式服役，这将加强印海军未来反潜作战能力［4］。

“萨亚德里”号是印海军P17隐身护卫舰项目的最后一艘，该项目前两艘“什瓦里克”号和“萨特普拉”号分别于2010年4月和2011年8月服役，并已在印度洋地区执行多种任务。

“萨亚德里”号排水量4900吨，装备最先进的反舰和防空导弹，还将携带“布拉莫斯”反舰巡航导弹。可搭载两架直升机。该舰还具备先进的电子战能力，装备先进的声纳、雷达系统和鱼雷，用于探测和攻击潜艇。该舰编制250人，包括35名军官，航速可达30节以上。

3）英国公开展示海军下一代26型隐身护卫舰设计。法国《航宇防务》网2012年8月20日报道：2012年8月20日，英国国防部对外展示了皇家海军下一代战舰26型隐身护卫舰的最新设计。这也意味着26型护卫舰项目实现了重要里程碑［5］。

26型隐身护卫舰是一型多任务作战舰艇，可在全球范围内执行作战任务和反海盗行动，同时支援人道主义救援，该型舰计划于2020年后服役。

2010年，英国国防部与BAE系统公司联手确定了26型舰的基本性能和初步设计方案。该型舰排水量在5400吨左右，舰长148m（相当于15辆双层巴士的长度），是皇家海军舰队中最先进的舰艇之一，它具备以下特征：

预算绩效目标是预算绩效管理的基础，是整个预算绩效管理系统的前提，包括绩效内容、绩效指标和绩效标准。预算绩效指标体系建设是一项系统的、涉及面广、专业性强的工作，该项建设工作必须理清如下基本概念及其相互关系。

·可发射多种类型武器的垂直导弹发射井；

·中口径舰炮；

·可容纳一架“灰背隼”或“野猫”直升机的机库，为无人机、水面无人艇、无人潜航器以及小艇预留了灵活的任务空间；

·最先进的舰载传感器。

26型隐身护卫舰将在未来几十年成为皇家海军的主力作战舰艇。该型舰适用性强，升级改造较为容易，可以根据作战威胁快速改装。

目前，26型护卫舰项目已获得议会的拨款批准，该型舰的建造也将为英国造船行业提供成千上万个工作岗位，从而保持英国的军船建造能力。

4）俄罗斯开始为第四艘21631型隐身轻护舰铺设龙骨。俄罗斯海军网站2012年8月30日报道：俄罗斯泽廖诺多利斯克（Zelenodolsk）船厂开始为俄罗斯海军建造第四艘21631型“江河”级隐身轻护舰，这艘舰艇将服役俄罗斯里海舰队［6］。

21631型轻护舰长74.1m，宽11m，吃水2.6m，排水量为949吨，最大航速为25节。该级轻护舰装备有100mm舰炮、Gibka舰对空系统、14.5mm口径和7.62mm口径机关枪、Duet型30mm口径舰炮系统、以及作战半径为300km米的Caliber－NK导弹系统。

除里海舰队以外，还有一部分21631型轻护舰将服役俄罗斯黑海舰队。

5）印尼海军接收新型隐身快速导弹巡逻艇。美国《海军观察》2012年8月29日报道：该新型隐身快速导弹巡逻艇艇长63m，采用先进的三体船身设计，将成为东南亚地区最先进的海军舰船。该舰采用激进的穿浪船体设计以改进适航性和稳定性，并且完全由碳纤维复合材料制成，采用了真空导入工艺和乙烯酯树脂。用这些材料构建船身结构增强了该舰的隐身性，同时降低了运行、维护和全寿期成本［7］。

2009年，PT Lindun公司（North Sea Boats）签署合同为印尼海军建造一种最先进的隐身军舰。建造工程开始于2010年早些时候，但由于其先进的设计和建造工艺，项目进展一直高度保密。下水仪式将于2012年8月31日在PT Lundin公司位于东爪哇巴纽旺直的船厂举行。

该快速导弹巡逻艇（FMPV）先进的三体穿浪船身设计有助于让该舰劈开波浪前进而不是跨跃波浪，加宽的船体则可提高固有稳定性。二者结合可以降低倾侧和起伏，帮助该舰在复杂海情下保持较高的航速，同时为武器平台提供较好的稳定性。

该舰采用综合隐身设计，降低雷达、红外、声学和电磁信号特征。舰载武器包括导弹和舰炮，以及一艘11米长的高速硬壳充气快艇，该艇被融合安放在上层建筑内。该艇较宽的舰体还使其可供直升机起降，这极大地扩展了该艇的巡逻范围和能力。

6）俄罗斯向印度交付第二艘隐身护卫舰。法国《航宇防务》2012年11月9日报道：俄罗斯于11月9日向印度海军交付第二艘由杨塔船厂建造的隐身护卫舰。杨塔船厂发言人表示，俄罗斯和印度双方军队高层领导都将出席该交付仪式［8］。

2006年，俄罗斯和印度签订了16亿美元的合同，为印度海军建造三艘“塔尔瓦”级导弹护卫舰，首舰已经于4月27日交付印度海军。第三艘舰目前正在进行系泊测试，计划在波罗的海完成海试之后，于2013年夏季交付印度海军。

该级舰每艘都装备有8枚“布拉莫斯”超声速巡航导弹，此外还装备有100mm口径炮、一套“施基利”（Shtil）舰空导弹系统、两套“卡什坦”防空导弹系统、两部双联发533mm鱼雷发射器和一架反潜战直升机。

4 发展分析

舰船隐身技术的发展趋势，主要包括：纳米材料和纳米隐身涂料、红外透明黏合剂；导电或半导体高分子材料；多波段、多功能兼容隐身涂料、雷达和红外隐身技术是隐身领域中研究的重点等［9］。

1）纳米材料和纳米隐身涂料。纳米材料是指三维尺寸中至少有一维为纳米尺寸的材料，如薄膜、纤维、超细粒子、多层膜、粒子膜及纳米微晶材料等，由尺寸在10－10～10－7m的物质组成的微粉体系。由于它具有小尺寸效应、表面与界面效应、量子尺寸效应、宏观量子隧道效应，因而出现常规材料所没有的一些特别性能。如高强度和高韧性、高热膨胀系数、高比热和低熔点、奇特的磁性和极强的吸波性能等，从而使纳米材料获得广泛的应用。

纳米材料复合涂料一般都是由纳米材料与有机涂料复合而成的，已有无机纳米材料与有机高分子树脂复合的纳米涂料，它是通过精细控制无机纳米粒子使其均匀分散在高聚物基体中的性能更加优异的新型涂料。纳米材料复合涂料必须满足以下两个条件：一是其中至少有一相的尺寸在1～100nm；二是纳米相的存在使涂料性能得到显著提高或有新功能。

2）红外透明黏合剂。为降低热隐身涂料的发射率，既有较低的红外吸收率，有较好的物理机械性能的红外透明聚合物是较理想的红外隐身涂料黏合剂。现有的对红外高透明的有机黏合剂有聚烯烃类（聚乙烯、氯化聚苯乙烯、乙烯与苯乙烯的共聚物，商品名称为Kraton）橡胶类（基橡胶、氯化橡胶和三元乙丙橡胶）及其他聚合物（酸树脂、环氧树脂等）其中Kraton在8～14μm范围内，透明度可达0.8，是较理想的黏合剂。

3）导电或半导体高分子材料。与红外透明黏合剂不同，导电高分子可直接提供热隐身效果，因此对制备热隐身涂料具有特殊意义。目前西方国家正在研究电导率随频率分布、红外发射率随时间改变的半导体聚合物，以用于热伪装。

4）多波段、多功能兼容隐身涂料的研制具有广阔的应用前景，必须采用新型的吸波材料并改进传统的吸波材料，如铁氧体、羰基铁等。吸波材料主要是纳米吸波材料。多波段、多功能兼容隐身涂料能同时吸收和衰减电磁波和声波，减少反射和散射，从而达到电磁隐身和声隐身的作用。

5）雷达和红外隐身技术是隐身领域中研究的重点。综合防雷达、防红外、可见光、激光、声纳等隐身涂料的基本原理是降低目标自身发出的或反射外来的信号强度，或减小目标与环境的信号反差，使其低于探测器的门槛值；或者使目标与环境反差规律混乱，造成目标几何形状识别上的困难。传统的隐身涂料往往以特定的波段为对象，有些兼顾型隐身涂料则往往牺牲主要隐身方向的优越性能，或降低装备的战斗能力。而纳米材料与有机涂料结合后，有如下特点：机械性能如粘结性、耐磨性等大大提高，可以减少其他助剂及填料的使用；高效的宽频带吸波性能可以覆盖电磁波、微波、红外等波段；能够增强基体的防腐蚀能力；耐候性好；涂装性能优良，施工性大为改善。