劉 妍 李德里 閆欣怡

(航天特種材料及工藝技術(shù)研究所，北京 100074)

復(fù)合結(jié)構(gòu)大尺寸天線罩的制備及其性能

劉 妍 李德里 閆欣怡

(航天特種材料及工藝技術(shù)研究所，北京 100074)

文摘選用玻璃纖維織物/環(huán)氧樹脂,采用濕法手糊成型工藝研制了復(fù)合結(jié)構(gòu)大尺寸天線罩。經(jīng)過(guò)電性能測(cè)試和靜力試驗(yàn)，結(jié)果表明,該罩體的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝過(guò)程可行；天線罩最小透波率為87%;天線罩通過(guò)了120%設(shè)計(jì)載荷的加載。

大尺寸天線罩，電性能，強(qiáng)度

0 引言

天線罩是航天產(chǎn)品雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，保護(hù)雷達(dá)導(dǎo)引頭不受外部環(huán)境的影響，保證導(dǎo)引頭天線接收電磁波的要求，使導(dǎo)引頭能在使用環(huán)境中正常工作。同時(shí)，作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對(duì)產(chǎn)品外形具有整流作用，在產(chǎn)品起吊、運(yùn)輸、掛飛、彈射、飛行過(guò)程中要能承受各種靜、動(dòng)、熱載荷作用以及雨雪侵蝕而不受損害[1]。

本文研制的大尺寸船型天線罩位于飛機(jī)腹部、局部要求透波功能，并具有一定的強(qiáng)度和剛度。要滿足這些機(jī)載帶飛要求，應(yīng)選用低損耗角正切值和低介電常數(shù)的天線罩材料，以減少天線罩對(duì)雷達(dá)波的吸收和反射，最終達(dá)到“最大傳輸”和“最小反射”的目的[2]。同時(shí)設(shè)計(jì)天線罩結(jié)構(gòu)時(shí)采用A夾層罩壁結(jié)構(gòu)，使得雷達(dá)波盡量接近零反射。

本文所研制天線罩工作在高中低三種頻段，位于飛機(jī)的腹部，根據(jù)氣動(dòng)要求天線罩外型為船型，因此研制的天線罩具有大尺寸、多頻段透波的特點(diǎn)。整罩由透波區(qū)(A夾層蜂窩結(jié)構(gòu))和非透波區(qū)(玻璃鋼單層結(jié)構(gòu))組成，采用一體化成型。對(duì)于這樣一個(gè)大尺寸、局部夾層結(jié)構(gòu)的天線罩的制備，及時(shí)總結(jié)其中的關(guān)鍵技術(shù)和工藝設(shè)計(jì)指導(dǎo)思想將為后續(xù)大尺寸天線罩的研制積累經(jīng)驗(yàn)。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1原材料

NH-1-2.75-72型Nomex蜂窩，SY-24C型膠膜，環(huán)氧樹脂/0.17 mm平紋玻璃布，氟塑料磁漆。材料的介電性能見表1。

表1 選用材料的介電性能(經(jīng)驗(yàn)值)

1.2大尺寸船型天線罩制備工藝流程

透波區(qū)采用真空袋壓成型，非透波區(qū)采用手糊成型方法。復(fù)合結(jié)構(gòu)天線罩成型工藝如下。

1.3天線罩的制備工藝

按比例配好環(huán)氧樹脂膠液和玻璃布，鋪貼外蒙皮，室溫凝膠后放入烘箱80℃固化2 h，將膠膜及蜂窩按順序貼在外蒙皮內(nèi)表面設(shè)計(jì)要求的透波位置，對(duì)透波區(qū)采用真空袋法120℃固化2 h(真空負(fù)壓0.07～0.1 MPa)。拆掉真空袋，緊貼蜂窩四周邊緣鋪貼玻璃布條以過(guò)渡蜂窩和外蒙皮內(nèi)表面的高度差，室溫凝膠后在蜂窩上粘貼大小相同的膠膜和預(yù)浸料2層，對(duì)透波區(qū)進(jìn)行真空袋法120℃固化2 h。拆掉真空袋，非透波區(qū)鋪貼厚3.5 mm玻璃布，室溫凝膠后80℃固化2 h。待模具冷卻后卸下模具銷釘和鎖緊螺栓，頂出產(chǎn)品，用細(xì)砂紙打磨、修整內(nèi)外型面、毛刺。

1.4性能測(cè)試

按照GB/T1447—2005[3]測(cè)試玻璃鋼結(jié)構(gòu)拉伸性能，按照QJ1403A—2004[4]測(cè)試壓縮性能，樣品5個(gè)取平均值。采用寬頻譜高溫介電性能測(cè)試系統(tǒng)高Q諧振腔法測(cè)試天線罩電性能，測(cè)試波段為Ku波段，測(cè)試件為與透波區(qū)結(jié)構(gòu)一致的等效平板。采用靜力試驗(yàn)測(cè)試天線罩整罩強(qiáng)度。

2 結(jié)果與分析

2.1力學(xué)性能

采用與天線罩相同工藝制作的玻璃鋼平板測(cè)試試片的力學(xué)性能，結(jié)果見表2。罩體厚度和均勻性是天線罩成型工藝中的重要指標(biāo)[5]。由表2看到采用接觸壓糊制成型的玻璃鋼的力學(xué)性能較好、離散系數(shù)較小，表明力學(xué)性能均勻且一致性較好，能夠滿足該天線罩的使用要求。

表2 玻璃鋼結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能

2.2電性能

采用等效測(cè)試方案，取天線罩等效透波段。圖1給出了不同頻率下天線方向圖的變化規(guī)律。A夾層蜂窩結(jié)構(gòu)全波段的透波性能高于87%。

2.3靜載荷作用下的整罩強(qiáng)度

對(duì)沒有噴漆的天線罩整罩，采用膠布帶法進(jìn)行靜力試驗(yàn)。通過(guò)飛行時(shí)具有代表性的10種狀態(tài)的載荷數(shù)據(jù)比較，選取載荷最為苛刻的某一狀態(tài)作為測(cè)試狀態(tài)。

正式試驗(yàn)共進(jìn)行三次，逐級(jí)加載、逐級(jí)測(cè)量。前兩次加載到使用載荷(67%設(shè)計(jì)載荷)后卸載，卸載后測(cè)量殘余變形。第三次加載到使用載荷后不再卸載，繼續(xù)逐級(jí)加載、逐級(jí)測(cè)量，在加載至100%設(shè)計(jì)載荷時(shí)保持3 s，測(cè)量位移和應(yīng)變；然后不卸載，繼續(xù)加載至120%設(shè)計(jì)載荷并保持3 s，然后逐級(jí)卸載，卸載后測(cè)量殘余變形。

試驗(yàn)過(guò)程中未見異?，F(xiàn)象。67%設(shè)計(jì)載荷時(shí)，試件完好；100%設(shè)計(jì)載荷時(shí)，試件完好；120%設(shè)計(jì)載荷時(shí)，試件通過(guò)考核未破壞。

試驗(yàn)測(cè)量了天線罩前、中、后等不同位置的位移和應(yīng)變。

(1)位移

位于天線罩平直段的中部位置測(cè)得的位移值最大。結(jié)構(gòu)在這個(gè)部位剛度較小，在垂直向下的集中載荷作用下，產(chǎn)生了較大的Y向變形，在加載至67%設(shè)計(jì)載荷時(shí)位移達(dá)到7.32 mm，加載至100%設(shè)計(jì)載荷時(shí)，位移值為11.27 mm，加載至120%設(shè)計(jì)載荷時(shí)位移為13.51 mm。

各點(diǎn)位移基本上隨載荷的增加呈線性變化，且在卸載后各點(diǎn)位移測(cè)量值均歸零，即卸載后結(jié)構(gòu)沒有產(chǎn)生殘余變形。

(2)應(yīng)變

對(duì)比不同位置的應(yīng)變的測(cè)量結(jié)果可看出，位于天線罩中后部測(cè)得的應(yīng)變值最大，加載至67%設(shè)計(jì)載荷時(shí)應(yīng)變值為414.6 με、100%設(shè)計(jì)載荷時(shí)為623.7 με，120%設(shè)計(jì)載荷時(shí)為749.4 με。其余各位置的應(yīng)變值均小于此?？梢钥闯觯Y(jié)構(gòu)在120%設(shè)計(jì)載荷作用下，整體應(yīng)力水平仍然較低。

2.4驗(yàn)證

將研制的船型天線罩與載體匹配對(duì)接，并進(jìn)行帶飛試驗(yàn)。按照預(yù)定速度的0.5、1、1.5倍逐次提高飛行速度進(jìn)行罩體性能檢測(cè)，雷達(dá)系統(tǒng)工作正常、接受發(fā)射電磁波效率滿足使用要求。天線罩帶飛試驗(yàn)多次，罩體無(wú)目測(cè)變形、無(wú)損傷及破壞現(xiàn)象。

3 結(jié)論

選擇玻璃纖維織物增強(qiáng)環(huán)氧樹脂及蜂窩材料，采用真空袋負(fù)壓及手糊成型工藝可以較好的控制天線罩厚度均勻性。復(fù)合結(jié)構(gòu)大尺寸船型天線罩電性能在有效透波頻率范圍內(nèi)的透波率均大于87.7%。強(qiáng)度試驗(yàn)中在加載到使用載荷并卸載以后，未產(chǎn)生殘余變形，并且在100%設(shè)計(jì)載荷下保載3 s，試驗(yàn)件未發(fā)生破壞。天線罩在使用過(guò)程中各項(xiàng)性能正常，表明該罩體的選材、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工藝方法是可行的，研制的天線罩完全滿足使用要求。

[1] 彭望澤. 防空導(dǎo)彈天線罩[M]. 北京: 宇航出版社, 1991.

[2] 敖遼輝. 天線罩技術(shù)的發(fā)展[J]. 電訊技術(shù), 2000(2): 14 -15.

[3] GB/T1447—2005. 纖維增強(qiáng)塑料拉伸性能試驗(yàn)方法.

[4] QJ1403A—2004. 纖維增強(qiáng)塑料薄板壓縮性能試驗(yàn)方法.

[5] 楊鮮鋒. 影響天線罩性能的主要工藝因素[J]. 纖維復(fù)合材料, 2007, 24(2): 30 -33.

Preparation and Properties of Composite Structured Large Radome

LIU Yan LI Deli YAN Xinyi

(Research Institute of Aerospace Special Materials and Processing Technology,Beijing 100074)

By applying wet hand lay-up process with glass fabric reinforced epoxy, a kind of composite structured large radome was developed. The results of electric property testing and static testing show the selection of material, structure design and process are feasible. The minimum power transmission efficiency of the radome is 87%; The 120% designing load testing was successful.

Large radome，Electrical performance，Strength performance

V261.97

10.12044/j.issn.1007-2330.2017.05.005

2017-04-09

劉妍，1982年出生，碩士研究生，主要從事樹脂基復(fù)合材料的工藝研究。E-mail: liuyan_0132@126.com