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歼20应用纳米隐身材料?611副总师咆哮:不是因为纳米就能隐身

大多数情况下,科研学术论文和著作的写作,都是试图尽力做到价值中立和情绪克制的;但也有不少时候,作者难以克制自己的种种情绪,甚至会采用类似咆哮体的语句来强调自己的观点。

611所副所长、副总设计师桑建华,就在他编著、公开出版的《中航专家首席丛书——飞行器隐身技术》中,多次出现了此类内容。比如如下段落:

“研究纳米材料的人员首先要搞明白隐身材料和隐身飞行器需要什么,而不是我有什么!不能因为是纳米材料,就能隐身,就是隐身材料!”

611截止目前研制过的最主要隐身飞行器,当然是歼20。因此《飞行器隐身技术》中体现的,并不仅仅是以西方现代电磁学以及相关领域研究成果为基础的,一般性的理论与技术规律描述。

图:鸭翼的隐身优化

它的不少素材,直接取自于经过脱密处理的歼20研发资料;它所谈及的很多结论和感慨,都是技术上、制度上、思想观念上,中国航空科研现状与理想之间的冲突矛盾/调和妥协的反映。这是它与《射频隐身导论》等西方经典著作最大的差别、也是最重要的价值所在。

虽然它没有给出明确的歼20相关数据,但是它是判断歼20相关设计水平的极重要参照——它的理论高度,基本代表着歼20的设计理念上限;它披露出的缺陷与不足,直接反映了歼20遭遇的困境与存在的短板。

图:歼20首架原型机与批产机的鸭翼造型对比

话题回归到纳米材料。纳米材料这个概念,本身可谈的其实并不太多;核心就是各种材料在被做成直径极小的颗粒以后,有可能(这三个字划重点强调)因为量子效应、小尺寸效应、表面效应、隧道效应等机理,表现出一些全新的特性,或者某些原有性能显著强化/缺陷显著改善。

一、纳米材料并不一定都是为纳米而纳米的新产物

比如飞机座舱的隐身化设计,需要使座舱玻璃在高度透光、不影响视线视野的情况下,又能阻碍雷达波进入;其中的一种技术措施,是在座舱玻璃上镀上一层非常薄(5-6纳米)的金膜,厚度尺寸上符合纳米材料的核心特征,但它是基于传统镀膜技术的深挖和发展,早在纳米技术发展之前就已出现;材料设计的主观思路上,也并不基于所谓的纳米效应。

二、最理想的情况:机理透彻明晰,实用价值显著

通常来说,纳米材料本身的实用性与有效性,取决于对该类材料特性的总结、机理的分析掌握程度。吃的的越透,材料的设计思路就越是踏实可靠,实际效果就越是出色。比如目前在军事中应用中非常有前景的一种技术,就是纳米铝粉对于高能炸药和推进剂的强化。

图:导弹、炸弹采用的高能火炸药普遍含铝

在相当多的军用高能炸药、推进剂(火箭/导弹的燃料)中,都会添加高比例的铝粉,强化爆炸和燃烧能量。但是铝燃烧本身没有气体产出,因此它加的越多,炸药爆速就越低——这个指标代表着能量在极短时间内高速释放的能力,对爆炸冲击波的破坏能力至关重要。要知道如果仅以能量本身而论,煤块都比TNT要高好多倍。

纳米铝粉

而纳米铝粉由于尺寸的显著缩小,会出现同样重量材料的表面积急剧增大、导热率提升、熔融温度降低等一系列特性变化;而体现在火炸药的反应过程中,就是铝粉的燃烧过程要迅速、彻底的多得多,最终让爆热、尤其是爆速指标得到显著的提升。

三、国内纳米隐身材料的现状:机理不明,规律不清,甚至挂羊头卖狗肉

纳米铝粉在火炸药中的成功应用,主要归功于它的特性改变明显、机理相对简单。但在隐身材料的问题上,这个问题要复杂许多——纳米化和隐身能力之间不存在必然性的联系,甚至机理上还互相冲突。

图:F117的吸波材料残骸

比如隐身材料吸收电磁波的一些关键特性,磁导率、介电常数等,都必须依赖于微米尺度的电磁波吸收剂颗粒;而颗粒缩小到纳米级别,反而会因为颗粒本身丧失原有磁特性、无法在小厚度涂层中掺入足够重量的吸收剂,导致吸波能力的明显降低。

图:B2维护隐身涂层

桑总师很直接的总结了国内现有宣称“纳米技术”的隐身材料,将其分为三类:或者是真正的纳米成分吸波材料,性能低下根本不能实用。或者是假纳米吸波材料,本质上依然是微米尺度的产品,吸波机理毫无变化。或者是传统吸波材料掺入少量纳米材料,机理不变、效果差异不明显,而价格高昂、工艺等各方面存在非常多的问题和困难。

桑总师对于纳米隐身材料的判断并不乐观:“其在隐身技术领域的发展目前由于机理、规律等尚未有效突破,还么有看到太大的进步”。“希望有一天真正的纳米材料能在飞行器隐身技术方面发挥作用。”

结语:

纳米材料此类新兴的概念和“超材料”、“石墨烯”一样,都是市场经济环境下商业炒作、行政计划体制中骗项目骗经费的重灾区。桑总师对超材料给出的评价也和纳米材料差不多,但态度更为温和——这大概是当年超材料炒得还没那么火,对歼20这个项目研发的干扰影响没那么大的原因。

当然石墨烯的情况又要远比纳米材料更严重。纳米材料有很多是实实在在的,而超过九成九的所谓实用化石墨烯技术成果,要么直接把烯字去了才是它真正面貌,要么甚至和石墨都不沾边。

PS,公号被处理了,7·1之前流量无收益,杯具哇。

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