一种隐身功能的低温等离子体发生装置及方法与流程

本发明涉及低温等离子隐身功能的技术领域，具体是一种隐身功能的低温等离子体发生装置及方法。

背景技术：

传统等离子体隐身功能的技术的实现方式是在飞机等飞行武器装备表面形成等离子体气团，从而形成等离子体屏蔽层，达到吸收、折射对方雷达波的目的。具体措施是：利用等离子体发生器在飞行器表面产生等离子体层；或者涂敷放射性同位素，利用放射线产生一层等离子体，从而屏蔽雷达信号。但后者由于具有放射性，在维护过程中存在很大的局限性，逐渐被淘汰，故利用等离子体发生器产生等离子体气体层来覆盖飞行器，更适合实际应用。

我们国家在等离子体隐身功能的技术方面的起步较晚，主要停留在理论探索上，飞行器的隐身功能的研发主要投入在涂敷材料设计、飞行器表面结构改进等方向。

理论研究表明，等离子体隐身功能的技术有几个突出的优点：

（1）隐身功能的效率高

首先，等离子体可以吸收或散射高达99%的雷达波，这样的效率远远超过现有吸波材料，接近完全吸收；其次，等离子体具有很宽的吸收波段，基本可以对所有波段的雷达波进行吸收和干扰。而目前美国的隐身功能的技术只对短波雷达有效，对于长波雷达效果却不甚理想。

（2）不改变装备的外形结构

传统吸波材料由于吸收效率不高，实现隐身功能的主要寄希望于外形设计，因此美国的隐身功能的飞机与导弹都特别强调隐身功能的外形，这对飞行器的飞行性能必然会产生不良影响。等离子体由于具有极高的吸波效率，对装备的外形要求极低，只要能在装备表面形成一层等离子体就可达到目的，所以等离子体隐身功能的可以保留装备的原有外形及战术、技术性能。

（3）相对简单廉价

比起传统隐身功能的技术，等离子体隐身功能的技术相对简单，成本较低，更利于大规模使用。

虽然等离子体隐身功能的技术有很大优势，但现有的等离子体隐身功能的技术也存在诸多困扰，主要体现在：

（1）难以在装备表面形成均匀持续的等离子层

对于高速飞行器而言，很难通过设置若干等离子体排放口的方式对飞行器进行完全屏蔽。高速飞行器的表面气流很快且非常紊乱，即便在飞机表面像筛子那样设置几百个等离子体排放口也难以对飞机形成完全屏蔽；对于军舰、坦克这类低速或时常静止的装备而言，在其表面形成均匀连续的等离子体层也很困难，这不仅需要在装备表面设置大量的等离子体排放口，还需要相应的鼓风系统以及功率极大的等离子体发生器和电源系统。

由此可见，等离子体制造技术是成熟的，但是如何在装备表面形成连续均匀的等离子体层才是确保隐身功能的的关键，对于现代高性能雷达而言，只要有一处没有被屏蔽，就会让装备马脚毕现，前功尽弃。

（2）等离子层在欺骗对方雷达的同时也会对己方屏蔽

飞机、军舰、巡航导弹等武器装备通过等离子体技术隐身功能的后，虽躲避了敌方雷达，但同时也屏蔽了己方的雷达波和无线电信号，造成己方耳聋眼瞎！

（3）不利于多军兵种通用

对于卫星、弹道导弹这类在外层高真空环境中活动的装备而言，在其外表形成等离子层的难度很大，难以形成连续的等离子体；对于军舰和战车这类开放或半开放型装备而言，在其周围连续长时间形成等离子体团，对人员与技术装备会产生不利影响。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种隐身功能的低温等离子体发生装置及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种隐身功能的低温等离子体发生装置，包括：高压电源和放电贴片，所述放电贴片包括电磁透明介质涂层和金属导电层，所述金属导电层的底部连接在军用设备外壳的表面，所述电磁透明介质涂层涂覆在金属导电层上表面，其中，所述电磁透明介质涂层内部具有大量微孔，所述微孔内填充有碳纤维放电电极，大量所述碳纤维放电电极的底部分别与金属导电层连接，其中，所述金属导电层两端连接高压电源。

作为本发明进一步的方案：所述碳纤维放电电极采用纳米级或微米级的导电纤维，其中，所述导电纤维的直径尺寸在100nm～5.0μm之间。

作为本发明进一步的方案：所述电磁透明介质涂层采用石英玻璃，其中，所述石英玻璃的透波率为95%-99%。

作为本发明进一步的方案：所述高压电源为脉冲高压发生器。

本发明提供还提供一种具有隐身功能的低温等离子体发生装置的飞行器，飞行器壳体内部设置有所述高压电源，所述飞行器壳体外表面均匀贴附有大量所述放电贴片。

本发明提供还提供一种隐身功能的低温等离子体的发生方法，在军用设备的外表面均匀安装所述放电贴片，将所述放电贴片与高压电源连接；

通过控制高压电源释放脉冲高压电，脉冲电压与碳纤维放电电极连接，在电磁透明介质涂层的作用下进行介质阻挡放电释放等离子体，形成等离子体云团。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明的隐身功能的低温等离子体发生装置及方法，

（1）更易于等离子体产生，降低装备质量。

由于采用介质阻挡放电技术原理，在封闭的透波材料里层涂敷微纳柱状材料，更易于飞行器表面生成等离子体；同时，使用微纳材料作为放电电极，放电电压大大降低，放电设备体积、质量、功率等大大减小，减少了飞行器的负荷。

（2）解决了等离子体表面分布不均的难题

对于飞机、巡航导弹这类高速飞行器而言，现有的比较先进的“内封闭等离子体隐身功能的”技术，是将等离子体发生装置放置在透波层内部，利用放电片产生等离子体，会有一定程度分布不均的现象存在；同时，夹层内部需要填充惰性气体，惰性气体消耗后需要不断补充，且该类气体在形成等离子体后，需要扩散到不同的部位，难以形成均匀的等离子体层。

而在本项专利技术中，表面涂敷微纳电极所产生的等离子体，因为共用相同的电压，所有可以很好的在每一个部位产生均匀的等离子微层，形成“保护膜”；同时，因为使用介质阻挡放电技术，无需使用惰性气体，减少了惰性气体补充设备的安装，避免了惰性气体以及等离子体扩散不均的现象发生。

（3）维持等离子体隐身功能的技术的既有优点

“介质阻挡放电等离子体隐身功能的技术”在具有独特优势的同时，也将等离子体隐身功能的技术的既有优点给予保持，如吸波频带宽，吸收率高，隐身功能的效果好，不改变装备的外形、使用简便，使用时间长，价格便宜等等。

附图说明

图1为本发明的隐身功能的低温等离子体发生装置中放电贴片的结构示意图；

图2为本发明的具有等离子体发生装置的飞行器的立体结构示意图。

图中：1、放电贴片；2、电磁透明介质涂层；3、微孔；4、碳纤维放电电极；5、金属导电层；6、军用设备外壳。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图2，一种隐身功能的低温等离子体发生装置，包括：高压电源和放电贴片1，所述放电贴片1包括电磁透明介质涂层2和金属导电层5，所述金属导电层5的底部连接在军用设备外壳6的表面，所述电磁透明介质涂层2涂覆在金属导电层5上表面，其中，所述电磁透明介质涂层2内部具有大量微孔3，所述微孔3内填充有碳纤维放电电极4，大量所述碳纤维放电电极4的底部分别与金属导电层5连接，其中，所述金属导电层5两端连接高压电源。

具体地，所述碳纤维放电电极4采用纳米级或微米级的导电纤维，其中，所述导电纤维的直径尺寸在100nm～5.0μm之间。

具体地，所述电磁透明介质涂层2采用石英玻璃，其中，所述石英玻璃的透波率为95%-99%。

具体地，所述高压电源为脉冲高压发生器。

一种隐身功能的低温等离子体的发生方法，在军用设备的外表面均匀安装所述放电贴片1，将所述放电贴片1与高压电源连接；

通过控制高压电源释放脉冲高压电，脉冲电压与碳纤维放电电极4连接，在电磁透明介质涂层2的作用下进行介质阻挡放电释放等离子体，形成等离子体云团。

本项发明专利使用纳米材料作为放电电极，通过介质阻挡放电产生低温等离子体离子源，提出类似“内封闭等离子体隐身功能的技术”。与现有的内封闭式等离子体隐身功能的技术不同，突破性地利用纳米级/微米级导电纤维（纳米柱状/微米柱状），涂敷于飞行器装备外表层，再利用电磁透明介质覆盖保护导电纤维涂层；在需要利用等离子体进行隐身功能的时，使用脉冲电压进行介质阻挡放电释放等离子体，形成雷达波屏蔽层，此时雷达波将会被等离子体大量吸收和散射，导致雷达难以接收到足够的回波而无法发现目标。

其中，上述的电磁透波材料要求具备很高的透波率，以保证雷达波能尽可能多地穿过并进入夹层中的等离子体，被等离子体吸收或散射。透波材料可以使用与雷达整流罩相同的玻璃钢材料制作，现有技术下这类玻璃钢材料可以达到95%-99%的透波率。

具体地，等离子体的形成：利用高频高压等离子体发生器制造等离子体，即在高频电压条件下，使用介质阻挡放电的方式，将空气雪崩成等离子体。

如果飞行器采用这种方式产生等离子体，不需要有相应的“气体循环系统”进行支持，而是在电磁透明材料表面形成微放电等离子层，屏蔽雷达信号。这种方式的好处是：避免了放电材料在长时间放电过程中，自身被电弧氧化和烧蚀等副作用，大大延长了放电材料的使用寿命；同时，由于电磁透明材料的涂敷，隔绝了空气，使得透明层表面均匀放电，使得微放电所需功率大大减小，避免了大功率放电设备的使用限制。其他诸如电晕放电产生的等离子体，温度较高，有较大的红外辐射，难以避免因红外探测产生的劣势，而本专利技术采用介质阻挡放电产生的等离子体为低温等离子体(温度范围在40-60摄氏度），面对红外探测时具备明显的隐身功能的优势。

由于本发明的介质阻挡放电等离子体发生装置产生的等离子体全部在透波壳的内部，飞机、军舰、战车上的通信天线将不会被等离子体屏蔽，既隐藏了自己又不会堵塞自己的耳朵；当需要隐身功能的时，利用微纳电极进行介质阻挡放电，制造等离子体，若不需要隐身功能的时，直接断开电源，以利于己方雷达的探测。

本发明的介质阻挡放电等离子体发生装置还可以应用于卫星、弹道导弹等设备上，对于卫星、弹道导弹这类在外层高真空环境中活动的装备而言，在其外表形成等离子层的难度很大，难以形成连续的等离子体；对于军舰和战车这类开放或半开放型装备而言，在其周围连续长时间形成等离子体团，对人员与技术装备会产生不利影响。本技术因为无需使用惰性气体，理论上可以在真空环境中使用；从而可以解决多军兵种通用的传统难题。

对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。