新型结构设计

日期：2019-02-20 11:41

结构型吸波材料根据结构设计形式的不同,可分为层板型结构、夹芯型结构以及点阵结构等。层板型结构是传统的结构形式。夹芯结构最外层具有良好的透波性能,而底层为全反射层以阻止雷达波束射入机体内部,中间层则为吸收损耗层。而点阵结构是目前超轻高强材料的研究热点之阵结构形式吸波材料未来俱有广阔的应用前景。

1.夹芯结构

夹芯结构吸波材料由透射层、吸波结构和反射层三部分组成,包括波纹型、蜂窝型、角锥型和泡沬型等,其中泡沬夹芯和蜂窝夹芯是夹芯结构最重要的两种形式。

(1)泡沫夹芯吸波结构

泡沫夹芯型吸波材料是将预聚体与吸波剂混合制成树脂基体然后进行聚合发泡或者将具有吸波性能的泡沫芯子与树脂预浸料共固化,从而制得的结构型隐身材料。泡沫夹芯结构型隐身复合材料不仅对雷达波、红外线有很高的吸收率,而且具有强度高、韧性好、质量轻、各向同性、损伤容限高、易成型加工成为各种复杂型面等特点,可使武器系统明显减重、增强机动性能。

(2)蜂窝夹芯吸波结构

蜂窝夹芯结构是利用夹芯腔体对雷达波的多次散射与吸收,最大限度地衰减雷达波能量,从而达到宽频、高强度吸波目的。蜂窝夹芯型吸波材料的吸波性能主要取决于蜂窝本身的规格尺寸以及浸渍胶液体系。图2-38是一种典型的蜂窝状结构吸波材料,1、7区域是蒙皮,由强度较高的环氧玻璃钢复合材料做成2、4、6区域为是蜂窝状结构的夹芯;3、5区域由较薄的浸渍石墨的玻璃布做成。

图2-38 蜂窝状结构吸波材料及其等效传输线模型

2.点阵结构

点阵结构是指胞元结构在一个或多个方向周期性排列、胞元杆件符合拉伸主导型的结构形式,由于其优良的承载效率,美国空军实验室将点阵结构复合材料列为迎接未来空间系统技术挑战的四大结构技术之一。点阵结构包括桁架结构格栅结构和点阵夹层结构等。复合材料点阵结构的周期性结构形式和碳纤维具有定的介电损耗性能而使其具有作为吸波结构的可能。

国内探索了格栅结构作为吸波结构的可行性,通过传输线和等效电路法设计格栅结构,同时为了展宽吸波频带和提高吸波性能,将电路屏引人格栅结构中,结果表明,当电路屏与格栅结构匹配时,含有电路屏的格栅结构在8~18GHz内反射率≤-5dB,在频率点为16.4GHz时最大峰值为-24.4dB。有人研究分析了格栅结构碳纤维频率选择表面(FSS)结构在雷达吸波复合材料中的应用,考察碳纤维结构的尺寸及其在吸波材料中的位置,并探讨了不同形式的碳纤维FSS结构组合形式对吸波复合材料的影响。有人将吸波泡沫填充于碳纤维格栅材料中,制备了具有吸波性能和较高承载性能的复合夹层格栅,并测试了其力学性能和在4~18GHz范围内的电磁波反射率,结果表明,与碳泡沫和螺旋碳纤维相比,复合夹层格栅在高频范围内吸波性能更好,并且具有10dB吸波能力的频率范围更宽,是一种轻质高强的结构隐身复合材料。

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