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智能蒙皮:战鹰的“智能皮肤”

2015年06月09日01:13    来源:科技日报    手机看新闻
原标题:智能蒙皮:战鹰的“智能皮肤”

  ■军事科技与国家安全

  诸如美国动作电影《特种部队:眼镜蛇的崛起》里面使用的隐身衣或将成为现实。但这次不是个人穿的隐身衣,而是通过采用智能材料为战鹰披上新衣。这种新装不仅可以有效降低战机的雷达反射面积,起到很好的隐身效果,而且可以对机体及外部环境的各种状态参数实时感知,就如同战鹰的“皮肤”一般。

  据媒体报道,美国国家航空航天局和美国空军联合支持的“系统研发型飞行器”项目在智能材料上获得了重大进展。这种利用超材料设计的技术就是智能蒙皮(Smart Skin)。利用智能蒙皮技术,可以通过共性设计有效减少飞机的天线尺寸,并可以采用低成本的新型材料提高飞机的隐身和气动外形效果,对缩减飞机性能起到了重要作用。

  智能材料极大改善战鹰性能

  智能蒙皮通过将各类传感器和芯片高度集成在蒙皮内部,从而形成了机体对自身感知的复杂神经网络,可以将采集到的各类信息实时传输给飞机的“大脑”——飞行控制计算机,从而有效提高战机对各类信息的整合处理能力。

  1985年,美国空军首次提出了“智能蒙皮”技术。与此同时,上个世纪80年代末,法国也开始研发一种“智能蒙皮”天线系统。这种系统由法国国家航空空间研究院牵头组织,主要方向是将雷达天线集成在飞机的蒙皮系统内部。

  由美国诺斯罗普公司和TRW公司联合研制的“智能蒙皮”新型天线,采用了将不同种类复合材料压制成薄片技术,从而使其与标准天线相比通信距离提高了5倍以上。这种新型天线全部嵌套在飞行器表面,可以有效减少飞机飞行重量和阻力,同时降低雷达反射面积。在此基础上,美国国防部高级研究计划局制定了无线电频率“多功能机构孔径”计划,将推动智能蒙皮天线技术持续发展。

  智能蒙皮具有独特的优点和技术优势:由于采用了光纤技术和传感器技术代替普通电缆连接,节省了大量的飞机内部空间,减轻了飞机重量,简化了飞机设计方案;智能蒙皮可以有效提高飞机对自身状态的感知能力,实现对飞机内外部的实时监控和评估,因而极大地提高了飞机的可靠性和可用性;智能蒙皮还可以极大提高未来飞机的隐身能力,将有效提高飞机的生存能力。

  光纤智能蒙皮得到迅速发展

  未来智能蒙皮技术将更多地应用于航天器和飞机上,光纤传感器在其中也发挥着日益重要的作用。内部集成了光纤传感装置用于检测温度、声光、核辐射及其它物理量的结构就是光纤智能蒙皮。自1979年美国国家航天局首次把光纤埋入聚合物材料中开始,光纤智能蒙皮就得到飞速发展。

  光纤智能蒙皮采用分布式光纤传感技术作为传感网络,可将数根小巧轻便的光纤置入飞行器的蒙皮中,利用环境温度、压力等待测量对光纤中传输光进行调制的原理工作。通过飞行控制计算机实时采集并解调光纤中的传输光,就可以得知光纤周围任一点的待测量情况。

  光纤智能蒙皮还可以有效减轻飞机的重量和雷达散射面积,提高其小型化和简单化水平。使用普通蒙皮时,当需要在飞机上加装天线和传感器时,就需要进行凿孔而破坏机体结构,从而造成气动力、费用等一系列损失。光纤智能蒙皮技术可以实现传感器的智能化集成,使飞机的设计和升级更为简便。一体化的智能蒙皮技术可以大面积覆盖飞机的外部特征,避免了各类平台和天线的外露突出,从而降低了飞机的雷达散射面积,提高其隐身性能。

  除了应用在飞机上,美国海军也在研究将光纤智能蒙皮应用于舰船表层的电磁隐身问题,从而提高舰船和潜艇的隐身性能。美国弹道导弹防御局也计划将光纤传感器构成的智能蒙皮集成进导弹天基防御系统中,从而对敌方威胁做出精确判断。

  物联网技术融入,应用前景更加宽广

  从广义上将,智能蒙皮系统也属于传感器网络,随着军事物联网技术的快速发展,未来不同战机上的智能蒙皮也可以实现互联互通,从而使智能蒙皮的应用前景更加宽广。法国军备总局就计划将智能蒙皮用于高空和长续航无人机项目以及A-400M预警机远距离监视天线。

  当然,智能蒙皮技术要得到实现和广泛应用,仍然需要攻克很多技术难关。智能蒙皮的主体材料需要采用质量轻、高强度并且耐高温的新型复合材料,目前大部分聚合物复合材料尚处于试验阶段。此外,将传感器阵列和光纤传输系统集成到薄薄的蒙皮材料中也是一道技术难关。智能蒙皮材料的研制除了需要考虑材料学、电子技术和微波技术外,还需要高性能的高温超导材料、信号处理与分布控制、神经网络与仿生学研究,是一项庞大的系统工程。

  随着技术的进步和研究的大量投入,智能蒙皮技术一定可以在未来科技和军事应用领域发挥重要作用。

  (本栏目由科技日报军事部与国防科技大学国际问题研究中心联合主办)

(来源:科技日报)



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