双层和多层涂覆结构
日期：2019-01-16 11:28
黑色导电纤维
为了降低面密度、展宽频带,目前研究多的是电损耗和磁损耗材料相结的双层和三层吸波涂层,这种电损耗材料的密度只有磁损耗材料的1/4~1/3.对于由变换层和损耗层构成的双层结构,其损耗层作为低阻抗的共振器能很好，吸收和衰减经由变换层入射采的电磁波而变换层作为1/4波长变换器和损耗层之间进行阻抗匹配。研究表明,采用电损耗材料与磁损耗材料相结合的双层涂层比单层涂层带宽大大增加。
为了进一步减重和展宽频带,研究了多层涂覆结构。如由导电纤维含量逐渐变化形成层板间阻抗渐变结构,或者发泡树脂中掺混损耗介质(铁氧体),以及通过控制发泡率来调整空隙含量,用导电纤维增强的多层泡沫夹层吸收结构。还设计了几何渐变结构、角锥(方锥或圆锥形)结构,目的都是一致的,沿吸收体的厚度方向缓慢改变有效阻抗以获得最小反射。
要使RAM获得所希望的带宽,采用较薄的单层吸收体是很难实现的,因为单层RAM很难兼顾对吸收体的两个基本要求:入射波尽可能大地进入涂层,其能量尽可能多地转化成热能。多层RAM的目的与使用锥形吸收体和其他几何过渡吸收体的目的是一样的,沿吸收体的厚度方向缓慢改变有效阻抗以获得最小反射。
不含导电纤维、只含损耗介质的阻抗变换层与含导电纤维的损耗层相结合的双层结构,广泛应用于建筑、桥梁和铁塔。如铁氧体和炭黑混合,与灰黑、钢丝都用酚醛树脂黏合,构成双层的吸波材料,在8GHz,反射系数为0.1,但在8GHz以下的微波频段,性能下降,应用有困难。为减少纤维的方向性对电磁波吸收的影响,铁氧体粉末56%(质量分数)、聚苯乙烯树脂粉末24%(质量分数)、不锈钢丝纤维20%(质量分数)均匀混合,使纤维呈同一方向,在250℃热压后,经80℃的滚筒在19.6MPa的压力下成型,切成一定尺寸的层板。另块层板利用同样工艺方法制作,只是不锈钢纤维的方向与土块层板纤维垂直排列,构成成分类似、纤维互相成90°的双层板,厚度3.9mm,在8~18GHz的带隐身材料
用导电纤维含量逐渐变化形成层板间阻抗渐变结构,或者发泡树脂中掺混损耗介质(铁氧体),以及通过控制发泡率来调整孔隙含量,用导电纤维增强的多宽内,反射系数为0.1。
多层RAM的反射率计算具有参数多(n层RAM具有5n个参数)、计算公层泡沫夹层吸波结构式复杂(无解析形式,计算要通过迭代)的特点,所以采用计算机进行设计是非常必要的。由于多层RAM的参数优化计算机软件具有很强的针对性,所以软件在优化常必要的方法和目标函数的选择上,以及计算的繁简程度和所具有的功能上各不相同。如美国海军研究生院的一篇文章所介绍的就是利用简便直接的网格法,并以在一定厚度限制下的吸波带宽最大为目标函数。而欧洲航天局所介绍的一个多目标优化软件则复杂得多,质量、力学性能等多种因素都是考虑的对象,采用的是较复杂但速度快的简约梯度法。也有的学者把非线性问题转化为线性问题,然后进行优化。国外优化软件的另一个特点:优化计算多是与某一具体的吸波材料的设计相结合,出现这种情况的原因,一是由于吸波材料设计的复杂性,二是由于设计目标的差异。
飞行器的RAM研究的努力方向始终是寻求薄层、轻型、宽频的吸收体。众所周知,使用纯电介质损耗的RAM对非常低的频率特性来说会受到材料厚度的限制。相反,磁性RAM在低频时能提供非常显著的损耗。所以可以将渐变电介质和磁性吸波体相结合,这种吸波材料叫作混合RAM。混合RAM还包括磁性和电路模拟吸收体、渐变介质和电路模拟吸收体、渐变介质和电路模拟吸波体的组合。当然,混合并非总是有利的,它同时要带来结构完整性和温度容限方面的限制和设计工艺复杂、成本高等缺点。
RAM材料研究在材料的状态上也有新的设计,如绒毛状材料,其原理是利用吸收和散射的叠加。采用绒毛状结构,由于绒毛纤维的直径远远小于波长,可以形成瑞利散射,从而提高对电磁波的散射能力。此外,绒毛结构有利于降低有效使电磁参数趋近匹配。其他的结构形式有纳米膜材料等。这些将在今后的RAM材料研究发展中起非常重要的华有。总之,新材料、新思路、新设计是获得薄、轻、宽材料的重要手段。
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