隐蔽热流,堵不如疏
热学伪装常规做法是平衡目标与背景之间的热辐射,最理想情况就是让目标的红外特征完全融合到背景中。由于武器装备的红外特征往往比常规环境高,所以实现热隐身的传统方法一般都在阻断或减小物体本身对外热辐射上做文章。比如,战机在燃料中加入添加剂以降低尾喷流温度,舰艇在锅炉等高温部位使用隔热材料减小红外特征等。
从理论基础上来看,传统热伪装很难实现真正意义上的热隐身效果。遇到温差变化大的复杂环境,依靠热遮盖和热绝缘固化了的红外特征,反而还会暴露自身位置。相较于“堵住”热辐射的传统方法,热超构材料将功夫花到“疏导”热流上,展现出更加广阔的效能前景。
与相对成熟的光学或电磁隐身装置类似,目前制备热超构材料的主要手段,都是通过整合不同材料来实现热导率梯度的。由于变换热学理论对材质在不同方向上呈现的性质差异要求很高,使得实验验证“热隐身斗篷”等新奇的热学器件面临巨大挑战。直到2012年,美国科学家才首次制备出真正意义上的“热隐身斗篷”。而后,科研人员相继实验制备出热隐身衣、热聚集器和热旋转器。
热隐身衣。相较于传统隐身装置,基于热超构材料引导热流特性制备的隐身衣,能够实时引导背景热流避开被保护的物体,无论隐身区域温度如何变化,都不会对外界的温度分布产生丝毫影响。一旦穿上这件热隐身衣,你在红外探测视角中就是完全隐身的,在雪地上是一片幽蓝,在火场中则是一团火焰,完美复现环境红外特征。
热聚集器。引导热流避开中间区域可以做到热隐身,而引导热流向中间区域靠拢就能实现热聚集。这类装置可以作为一种非侵入式的热器件服务于热电效应,从而提高能量转化效率。