低发射率薄膜的红外隐身特性研究

利用磁控溅射法制备了氧化铟锡（ITO）、掺铝氧化锌（ZAO）、TiO2/Ag/TiO2纳米多层等三种透明的低发射率薄膜。研究了这些低发射率薄膜以及降低材料红外发射率对降低红外辐射强度和红外隐身所起的作用。结果表明：降低红外发射率可以有效地抑制由于温度升高所带来的附加红外辐射;低红外发射率薄膜在红外隐身中有潜在应用价值。     

热循环对某热控涂层热辐射的影响

对某热控涂层进行了快速高低温循环试验(-196~900℃),通过太阳吸收比、半球发射率检测和SEM形貌等对涂层的热辐射性能进行分析。实验表明,经过热循环后,该涂层保持高吸收比的稳定状态(0.87左右),而半球发射率从原始的0.57提高到0.72,最后稳定在0.75左右。SEM微观形貌研究表明,热循环实验使涂层表面的结晶度和晶粒大小发生变化,导致涂层热辐射性能改变。     

红外可见兼容隐身薄膜的制备与性能

采用多弧离子镀制备了多彩Al/TiNO(掺氮TiO2)薄膜,利用SEM观察了薄膜的表面、断面形貌,并测量了其膜厚.采用XRD研究了薄膜的相结构.利用紫外一可见分光光度计研究了TiNO膜的可见光谱特性,用红外比辐射率测量仪测量了样品的红外发射率.结果表明:在不改变Al箔在8～14 um波段低红外发射率的情况下,实现了其物理着色.所得薄膜为锐钛矿型TiO2结构,薄膜表面平整、致密,结合力较好.TiNO薄膜呈明显柱状生长,薄膜试样表面未出现明显缺陷,薄膜表面致密,柱状颗粒生长完好.TiNO薄膜的沉积速率达120 nm/min.     

蒙皮材料对浮空器热特性影响的研究

分析临近空间浮空器热特性的影响因素,并建立临近空间浮空器热特性的数学模型,采用Fortran语言编写程序,对蒙皮材料热辐射特性对浮空器热特性的影响进行了研究.结果表明,选用短波吸收率较低且长波辐射发射率较高的蒙皮材料时,氦气平均温度的昼夜差值较低,浮空器热性能越好.夜晚蒙皮温差随长波辐射发射率的增加而增加;而白天随短波辐射吸收率的增加而增加,在长波辐射发射率较大时,其对蒙皮温差的影响不大,然而长波辐射发射率比较小时,蒙皮温差会非常大,蒙皮温差的峰值出现于黎明和黄昏时段这两个时段.     

低发射率涂层材料研究

测试了多种黏合剂和粉体及以聚氨酯树脂为黏合剂制成的涂膜在8～14 μm波段的发射率.结果表明,Karton树脂红外透明性好,具有较低的红外发射率;铝粉制成涂膜后发射率较低,且涂膜的发射率与铝粉的加入量、粒径等有关;掺锡氧化铟(ITO)薄膜具有很低的发射率,其发射率与ITO膜的厚度、含氧量等有关.     

空间航天器低吸收-低发射率热控涂层的设计与制备

针对密封舱类航天器在载人登月、天地往返以及绕月飞行的极端工况下保持舱内热平衡的问题,提出了适应于空间与地面环境特性的低吸收-低发射率热控涂层材料体系,采用铝粉与有机硅树脂为主要制备原材料,通过Bruggeman模型有效介质理论与Fresnel公式计算出体积分数与涂层反射率之间的变化规律,最后制备了不同配比的热控涂层,并进行了热辐射性能测试。结果表明:低吸收-低发射率型热控涂层太阳吸收比α_S=0.15、半球发射率ε_H=0.15;涂层的铝粉填料占比越高,热辐射性能越低,该规律符合体积分数与涂层反射率之间的模拟计算结论。     

航空发动机表面发射率测量技术研究

测试发动机放热率的核心技术是在运行过程中获得发动机的表面发射率。介绍了航空发动机表面发射率的测量技术,阐述了应用前置反射器辐射温度计和动态红外数字成像仪测量固体表面发射率的原理和方法,提出了航空发动机表面发射率测量中应注意的事项,对几种发动机常用的材料分别采用上述2种方法进行了测量,试验结果表明了2种测量方法的可行性。     

钙钛矿型La_(1-x)Ba_xMnO_3(0≤x≤0.5)的红外发射率和微波吸收性能

通过溶胶凝胶法制备钙钛矿结构的La_(1-x)Ba_xMnO_3(0≤x≤0.5),利用X射线衍射、四探针电阻测量仪、红外发射率测试仪、矢量网络分析仪分别研究Ba~(2+)掺杂对镧锰氧化物晶体结构、电阻率、红外发射率和微波吸收性能的影响。研究结果表明:当Ba~(2+)掺杂浓度比较低时,掺杂的元素几乎不改变镧锰氧化物的晶体结构;当掺杂浓度增加时,晶格畸变开始增大;样品红外发射率随Ba~(2+)离子掺杂浓度的增大先降低后缓慢增加,与电阻率的变化保持一致;Ba~(2+)离子可以对样品在2~18 GHz微波吸收性能进行调控,当掺杂浓度x=0.3时,样品的吸收效果最佳;在频率为10.8 GHz时,最低反射率为-32 d B;掺杂合适元素的镧锰氧化物材料有可能应用在红外/雷达兼容隐身领域。     

高速飞行弹箭目标表面动态热辐射

针对红外系统实时跟踪捕获高速飞行弹箭目标的关键问题,提出了一种用于求解其全弹道动态红外辐射（IR）特性的方法.以典型155mm口径无控弹箭为研究对象,基于Simulink建立了模块化的6自由度(DOF)刚体弹道仿真模型,数值计算并分析了弹道诸元的变化规律.应用热网络法建立了弹体表面耦合换热动态热辐射场的物理模型,推导了弹箭高速旋转飞行的气动加热计算模型,并利用蒙特卡洛(M-C)法考虑了环境热辐射的影响.运用Runge-Kutta法耦合求解节点热平衡方程组,得到了动态气动表面传热系数、温度场以及红外辐射场的分布规律,对比分析了目标在整个飞行过程、不同部位、不同波段内的红外辐射特征.结果表明:目标发射后,其表面温度迅速升高,越靠近弹头部,温度升高速率越快,峰值温度越高；在飞行前20s内,其红外辐射特征明显；随着飞行速度衰减,热量散失较快,辐射强度较弱,且主要集中于8～14μm波段.      

新型无机热控涂层的性能及应用

采用自制新型无机白色填料、无机黏结剂制备了高稳定无机热控涂层。对热控涂层的厚度、面密度、热辐射性能、真空挥发性、热循环性能、空间环境稳定性(真空-紫外、真空-质子、真空-电子、原子氧)及多种基材的适应性进行了测试与验证。结果表明:新型无机热控涂层的太阳吸收比≤0.07、半球发射率≥0.90、面密度200～360 g/m~2,经过地面模拟空间环境试验后涂层的太阳吸收比退化量较小,具有优异的空间环境稳定性,适用于多种基材表面。     

改性三元乙丙橡胶用于红外隐身涂层的研究

采用正交试验制备了三元乙丙橡胶接枝马来酸酐(EPDM-g-MAH),并以此为黏合剂,铜粉为填料制备了发射率可调的热红外隐身涂层,对涂层进行了红外光谱、红外发射率、微观形貌、力学性能等方面的分析.结果表明该涂层发射率可低至0.15左右,且可以显著减少填料的用量,明显提高涂层的力学性能:附着力可以从3级提高到1级,铅笔硬度从2B提高到3H,柔韧性都为1 mm,耐冲击力都大于50 cm.根据正交试验得到了优化试验条件,获得了涂层力学性能较好、红外发射率低的黏合剂材料.     

红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术研究

发展红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术,旨在解决特殊气动布局外形及金属材料模型转捩位置测量问题。通过在模型表面产生热壁面、现场测试模型表面发射率、使用遮蔽板、在金属模型表面喷涂隔热氟碳漆等措施,解决了环境条件、发射率、辐射传递干扰、金属模型材料特性等阻碍红外成像技术应用的关键问题;通过数值计算及试验测试得到模型热壁面与环境温差在20℃范围内,热壁面背景温度对转捩位置基本没有影响,解决了热壁面对转捩位置影响问题;通过试验原理、试验方法、关键参数测试、转捩判据、准度考核等研究工作,构建了红外成像非接触转捩测量低速风洞试验技术;通过引导试验考核了试验系统。结果表明：该技术实用可靠,值得推广。     

低发射率材料涂敷方案对排气系统红外特性的影响

为了研究低发射率材料涂覆方案对排气系统红外特性的影响,建立了航空发动机排气系统模型,制定4种低发射率材 料涂敷方案,将涂敷部位的发射率分别设置为0.3和0.1,针对低发射率材料对航空发动机排气系统3～5 μm和8～14 μm波段的红 外辐射特性的影响进行数值仿真。结果表明：涂敷低发射率材料对排气系统3～5 μm和8～14 μm波段的红外辐射均有明显抑制 作用;在3～5 μm和8～14 μm波段,最优的涂覆方案对红外辐射强度最大值的抑制效果可达56%与37%。对排气系统中的加力 筒体、喷管等部位涂敷低发射率材料,在3～5 μm波段会增大其有效红外辐射强度,在8～14 μm波段会减小喷管的有效红外辐射 强度,增大加力筒体的有效红外辐射强度。     

大气及地面红外辐射对高空飞机长波低发射率红外隐身效果的影响

计算分析了蒙皮反射的大气及地面红外辐射对高空飞机采用低发射率材料的红外隐身效果的影响.蒙皮温度采用恢复温度,红外辐射采用反向蒙特卡罗法计算.考虑了夏季和冬季两种典型大气和地面条件,亚声速巡航和超声速巡航两种飞行状态.结果表明:蒙皮对背景红外辐射的反射使得低发射率材料对飞机红外辐射强度的抑制效率降低1.5%~6%;考虑反射的背景红外辐射时,探测距离增加20%~70%;背景红外辐射对低速飞机的红外辐射影响较大,且夏季比冬季更明显;当飞行速度较低时,降低飞机上表面发射率,当飞行速度较高时,降低飞机全部表面的发射率,可获得更好的红外隐身效果.      

一种用于电子薄膜导热系数和发射率测量的实验方案

薄膜传热性能对微电子设备的传热能力及其性能和可靠性有重大影响,测量薄膜的热物性参数并进一步研究其影响因素,可为微电子电路的设计和发展提供科学依据。评述了薄膜导热系数测量和研究的现状,在此基础上提出了一种新的能同时测量衬底薄膜导热系数和发射率的实验方案,并通过建立衬底薄膜试样传热的数学模型和分析推导,论证了该实验方案的可行性。本实验方案可推广应用于确定淀积在衬底薄膜上各种极小厚度薄膜的导热系数和发射率。     

1种低红外发射率涂层耐热性能研究

为有效降低飞行器高温部位表面的红外发射率,以改性有机硅为黏结剂体系、金属铝粉为主要填料,制备了在8~14μm波段具有较低红外发射率的涂层。在50~400℃温度范围内考察了涂层的耐热性能,并采用扫描电镜、TGA等手段对其进行表征,研究了涂层的红外发射率、光泽度和力学性能随温度的变化规律及影响机理。结果表明:制备的涂层在300℃以下具有良好的力学性能,可长期使用,在8~14μm波段的红外发射率与温度成反比,光泽度与温度成正比;当环境温度高于300℃,涂层开始发生热降解现象,光泽度降低,涂层的力学性能降低。     

可见光迷彩低红外发射率薄膜制备及其特性

采用多弧离子镀技术,在Al基底上制备了TiO2/TiN多层膜。通过控制基底材料的粗糙度使制备出的薄膜在可见波段具有非镜面反射效果。采用扫描电镜、红外辐射率测量仪、紫外-可见-近红外光光度计等测试手段对薄膜样品进行了表征。结果表明,采用多弧离子镀法在Al基底上制备了结合力良好、具有迷彩效果的低红外发射率薄膜。研究发现,随氧化层厚度增加,薄膜发射率趋向稳定(0.2左右)。薄膜电阻随氧化层厚度的变化无明显变化。     

自粘型聚硼硅氧烷复合材料性能

聚硼硅氧烷属于超分子材料,材料本身具备物理交联网络结构,具有耐高低温、耐候、电绝缘、自修复等特性,但现有方法制备的聚硼硅氧烷材料力学性能差,限制了其在一些领域的应用。本工作采用高分子量聚甲基乙烯基硅氧烷（VMQ）与硼酸（BA）在高温环境下反应,制备一种含乙烯基的聚硼硅氧烷,通过引入乙烯基结构和气相法白炭黑,经热硫化处理,得到具有表面自粘性的聚硼硅氧烷复合材料。测定聚硼硅氧烷复合材料的结构、动态力学性能、热稳定性、力学性能以及自粘性能,通过红外反射光谱确认B—O—Si结构。结果表明：聚硼硅氧烷复合材料的内部形成了B∶O动态键,材料表面具有一定的自粘性能,自粘形成的剥离强度能达到4 N/cm,拉伸强度可达4.154 MPa,5%热失重温度为394.8℃,具有良好的力学性能和热稳定性。     

航空发动机高压涡轮叶片表面红外发射率测量及应用

在使用RotamapⅡ红外测试系统前需要已知被测涡轮叶片的表面发射率。阐述了1种使用电涡流加热涡轮叶片,从而获得较大温度范围内的涡轮叶片表面发射率的方法。试验测试了某型航空发动机的新、旧2种高压涡轮叶片的表面发射率。试验结果表明:不同温度下叶片的发射率数值会发生变化,新叶片的表面发射率随温度的升高而明显增大,当叶片表面发生严重氧化后发射率变化较小,在±0.02之间。采用RotamapⅡ系统测试某型发动机高压涡轮叶片温场时,发射率数值可以取0.893,其测温误差小于被测物体温度的1%。同时结合试验得出的发射率造成的测温误差曲线可以对红外测温结果进行修正。     

SiC作为纳米SiO2多孔绝热材料红外遮光剂的试验研究

中高温环境下纳米SiO2多孔绝热材料对红外热辐射近于透明,而导致其绝热性能变差.针对这一问题,将SiC微粉作为红外遮光剂引入绝热材料中,测定了不同粒度和掺加量试样的有效消光系数.结果发现,在波长为2.5～7.0μm红外辐射波段,SiC微粉的引入能使材料有效消光系数大幅提高.无遮光剂试样的有效消光系数为1.9～12.6 m2/kg,而加入质量分数25%中位粒径3.029μm的SiC微粉(SiC03)后,试样有效消光系数达到52.7～58.8 m2/kg.背温试验结果证明了纳米SiO2多孔绝热材料中引入SiC后,其隔热性能得到明显改善.