復合結(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研究所，北京 100074)

復合結(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合結(jié)構(gòu)大尺寸天線罩。經(jīng)過電性能測試和靜力試驗，結(jié)果表明,該罩體的選材、結(jié)構(gòu)設計和工藝過程可行；天線罩最小透波率為87%;天線罩通過了120%設計載荷的加載。

大尺寸天線罩，電性能，強度

0 引言

天線罩是航天產(chǎn)品雷達系統(tǒng)的重要組成部分，保護雷達導引頭不受外部環(huán)境的影響，保證導引頭天線接收電磁波的要求，使導引頭能在使用環(huán)境中正常工作。同時，作為產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的重要組成部分，對產(chǎn)品外形具有整流作用，在產(chǎn)品起吊、運輸、掛飛、彈射、飛行過程中要能承受各種靜、動、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腹部、局部要求透波功能，并具有一定的強度和剛度。要滿足這些機載帶飛要求，應選用低損耗角正切值和低介電常數(shù)的天線罩材料，以減少天線罩對雷達波的吸收和反射，最終達到“最大傳輸”和“最小反射”的目的[2]。同時設計天線罩結(jié)構(gòu)時采用A夾層罩壁結(jié)構(gòu)，使得雷達波盡量接近零反射。

本文所研制天線罩工作在高中低三種頻段，位于飛機的腹部，根據(jù)氣動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。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。對于這樣一個大尺寸、局部夾層結(jié)構(gòu)的天線罩的制備，及時總結(jié)其中的關鍵技術和工藝設計指導思想將為后續(xù)大尺寸天線罩的研制積累經(jīng)驗。

1 實驗

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)表面設計要求的透波位置，對透波區(qū)采用真空袋法120℃固化2 h(真空負壓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浸料2層，對透波區(qū)進行真空袋法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，用細砂紙打磨、修整內(nèi)外型面、毛刺。

1.4性能測試

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

2 結(jié)果與分析

2.1力學性能

采用與天線罩相同工藝制作的玻璃鋼平板測試試片的力學性能，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[5]。由表2看到采用接觸壓糊制成型的玻璃鋼的力學性能較好、離散系數(shù)較小，表明力學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)的力學性能

2.2電性能

采用等效測試方案，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度

對沒有噴漆的天線罩整罩，采用膠布帶法進行靜力試驗。通過飛行時具有代表性的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)作為測試狀態(tài)。

正式試驗共進行三次，逐級加載、逐級測量。前兩次加載到使用載荷(67%設計載荷)后卸載，卸載后測量殘余變形。第三次加載到使用載荷后不再卸載，繼續(xù)逐級加載、逐級測量，在加載至100%設計載荷時保持3 s，測量位移和應變；然后不卸載，繼續(xù)加載至120%設計載荷并保持3 s，然后逐級卸載，卸載后測量殘余變形。

試驗過程中未見異?，F(xiàn)象。67%設計載荷時，試件完好；100%設計載荷時，試件完好；120%設計載荷時，試件通過考核未破壞。

試驗測量了天線罩前、中、后等不同位置的位移和應變。

(1)位移

位于天線罩平直段的中部位置測得的位移值最大。結(jié)構(gòu)在這個部位剛度較小，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%設計載荷時位移達到7.32 mm，加載至100%設計載荷時，位移值為11.27 mm，加載至120%設計載荷時位移為13.51 mm。

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

(2)應變

對比不同位置的應變的測量結(jié)果可看出，位于天線罩中后部測得的應變值最大，加載至67%設計載荷時應變值為414.6 με、100%設計載荷時為623.7 με，120%設計載荷時為749.4 με。其余各位置的應變值均小于此?？梢钥闯?，結(jié)構(gòu)在120%設計載荷作用下，整體應力水平仍然較低。

2.4驗證

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

3 結(jié)論

選擇玻璃纖維織物增強環(huán)氧樹脂及蜂窩材料，采用真空袋負壓及手糊成型工藝可以較好的控制天線罩厚度均勻性。復合結(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%。強度試驗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%設計載荷下保載3 s，試驗件未發(fā)生破壞。天線罩在使用過程中各項性能正常，表明該罩體的選材、結(jié)構(gòu)設計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. 防空導彈天線罩[M]. 北京: 宇航出版社, 1991.

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

[3] GB/T1447—2005. 纖維增強塑料拉伸性能試驗方法.

[4] QJ1403A—2004. 纖維增強塑料薄板壓縮性能試驗方法.

[5] 楊鮮鋒. 影響天線罩性能的主要工藝因素[J]. 纖維復合材料, 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，主要從事樹脂基復合材料的工藝研究。E-mail: liuyan_0132@126.com