殲20應用納米隱身材料?611副總師咆哮:不是因為納米就能隱身!

2021-02-25 候知健

大多數情況下,科研學術論文和著作的寫作,都是試圖盡力做到價值中立和情緒克制的;但也有不少時候,作者難以克制自己的種種情緒,甚至會採用類似咆哮體的語句來強調自己的觀點。

 

611所副所長、副總設計師桑建華,就在他編著、公開出版的《中航專家首席叢書——飛行器隱身技術》中,多次出現了此類內容。比如如下段落:

 

「研究納米材料的人員首先要搞明白隱身材料和隱身飛行器需要什麼,而不是我有什麼!不能因為是納米材料,就能隱身,就是隱身材料!」

 

611截止目前研製過的最主要隱身飛行器,當然是殲20。因此《飛行器隱身技術》中體現的,並不僅僅是以西方現代電磁學以及相關領域研究成果為基礎的,一般性的理論與技術規律描述。

圖:鴨翼的隱身優化

它的不少素材,直接取自於經過脫密處理的殲20研發資料;它所談及的很多結論和感慨,都是技術上、制度上、思想觀念上,中國航空科研現狀與理想之間的衝突矛盾/調和妥協的反映。這是它與《射頻隱身導論》等西方經典著作最大的差別、也是最重要的價值所在。

 

雖然它沒有給出明確的殲20相關數據,但是它是判斷殲20相關設計水平的極重要參照——它的理論高度,基本代表著殲20的設計理念上限;它披露出的缺陷與不足,直接反映了殲20遭遇的困境與存在的短板。

圖:殲20首架原型機與批產機的鴨翼造型對比

 

話題回歸到納米材料。納米材料這個概念,本身可談的其實並不太多;核心就是各種材料在被做成直徑極小的顆粒以後,有可能(這三個字劃重點強調)因為量子效應、小尺寸效應、表面效應、隧道效應等機理,表現出一些全新的特性,或者某些原有性能顯著強化/缺陷顯著改善。

 

一、納米材料並不一定都是為納米而納米的新產物

 

比如飛機座艙的隱身化設計,需要使座艙玻璃在高度透光、不影響視線視野的情況下,又能阻礙雷達波進入;其中的一種技術措施,是在座艙玻璃上鍍上一層非常薄(5-6納米)的金膜,厚度尺寸上符合納米材料的核心特徵,但它是基於傳統鍍膜技術的深挖和發展,早在納米技術發展之前就已出現;材料設計的主觀思路上,也並不基於所謂的納米效應。

 

二、最理想的情況:機理透徹明晰,實用價值顯著

 

通常來說,納米材料本身的實用性與有效性,取決於對該類材料特性的總結、機理的分析掌握程度。吃的的越透,材料的設計思路就越是踏實可靠,實際效果就越是出色。比如目前在軍事中應用中非常有前景的一種技術,就是納米鋁粉對於高能炸藥和推進劑的強化。

圖:飛彈、炸彈採用的高能火炸藥普遍含鋁

 

在相當多的軍用高能炸藥、推進劑(火箭/飛彈的燃料)中,都會添加高比例的鋁粉,強化爆炸和燃燒能量。但是鋁燃燒本身沒有氣體產出,因此它加的越多,炸藥爆速就越低——這個指標代表著能量在極短時間內高速釋放的能力,對爆炸衝擊波的破壞能力至關重要。要知道如果僅以能量本身而論,煤塊都比TNT要高好多倍。

 

                                                                       納米鋁粉

而納米鋁粉由於尺寸的顯著縮小,會出現同樣重量材料的表面積急劇增大、導熱率提升、熔融溫度降低等一系列特性變化;而體現在火炸藥的反應過程中,就是鋁粉的燃燒過程要迅速、徹底的多得多,最終讓爆熱、尤其是爆速指標得到顯著的提升。

 

三、國內納米隱身材料的現狀:機理不明,規律不清,甚至掛羊頭賣狗肉

 

納米鋁粉在火炸藥中的成功應用,主要歸功於它的特性改變明顯、機理相對簡單。但在隱身材料的問題上,這個問題要複雜許多——納米化和隱身能力之間不存在必然性的聯繫,甚至機理上還互相衝突。

圖:F117的吸波材料殘骸

 

比如隱身材料吸收電磁波的一些關鍵特性,磁導率、介電常數等,都必須依賴於微米尺度的電磁波吸收劑顆粒;而顆粒縮小到納米級別,反而會因為顆粒本身喪失原有磁特性、無法在小厚度塗層中摻入足夠重量的吸收劑,導致吸波能力的明顯降低。

 

圖:B2維護隱身塗層

桑總師很直接的總結了國內現有宣稱「納米技術」的隱身材料,將其分為三類:或者是真正的納米成分吸波材料,性能低下根本不能實用。或者是假納米吸波材料,本質上依然是微米尺度的產品,吸波機理毫無變化。或者是傳統吸波材料摻入少量納米材料,機理不變、效果差異不明顯,而價格高昂、工藝等各方面存在非常多的問題和困難。

 

桑總師對於納米隱身材料的判斷並不樂觀:「其在隱身技術領域的發展目前由於機理、規律等尚未有效突破,還麼有看到太大的進步」。「希望有一天真正的納米材料能在飛行器隱身技術方面發揮作用。」

 

結語:

 

納米材料此類新興的概念和「超材料」、「石墨烯」一樣,都是市場經濟環境下商業炒作、行政計劃體制中騙項目騙經費的重災區。桑總師對超材料給出的評價也和納米材料差不多,但態度更為溫和——這大概是當年超材料炒得還沒那麼火,對殲20這個項目研發的幹擾影響沒那麼大的原因。

當然石墨烯的情況又要遠比納米材料更嚴重。納米材料有很多是實實在在的,而超過九成九的所謂實用化石墨烯技術成果,要麼直接把烯字去了才是它真正面貌,要麼甚至和石墨都不沾邊。

PS,公號被處理了,7·1之前流量無收益,杯具哇。

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