大功率,高透波率吊艙天線罩研制

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1、玻璃鋼／復(fù)合材料增刊(第十八屆玻璃銅／復(fù)合材料學(xué)術(shù)年會(huì)論文集)2010年大功率、高透波率吊艙天線罩研制劉夢(mèng)媛，王清海，蔡良元，白樹(shù)成(中國(guó)航空工業(yè)集團(tuán)公司北京航空材料研究院，北京100095)摘要：吊艙天線罩結(jié)構(gòu)為A型蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，選用高溫固化石英纖維織物／氰酸酯樹(shù)脂預(yù)浸料為蒙皮材料。Nomex蜂窩為芯層材料。185。C固化膠膜為蒙皮與蜂窩的膠接材料。采用熱壓罐成型工藝方法進(jìn)行二步固化，研制的吊艙天線罩滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：天線罩；高透波率；蜂窩芯層材料；石英纖維織物吊艙天線罩為某系統(tǒng)發(fā)射天線的透波窗。其結(jié)構(gòu)為A型蜂窩夾層結(jié)構(gòu)舊，外形為旋轉(zhuǎn)圓柱形曲面，與飛機(jī)接1：3區(qū)為不

2、規(guī)則立體曲面。在帶有涂層的條件下。天線罩電性能要求在工作頻段透波率不小于85％：耐功率要求與發(fā)射天線相匹配，確保該天線罩能夠承受發(fā)射天線在地面和空中長(zhǎng)時(shí)間工作環(huán)境下產(chǎn)生的電磁加溫。具有大功率和高透波率的特點(diǎn)。國(guó)內(nèi)．耐大功率要求的機(jī)載天線罩研制較少。但研制高性能機(jī)載天線罩閉技術(shù)已成熟。選擇合適的天線罩材料體系為吊艙天線罩的研制成功提供了物質(zhì)基礎(chǔ)和可能．而合理的制造工藝使這種可能成為現(xiàn)實(shí)。1研制過(guò)程1．1成型工藝方法高性能復(fù)合材料結(jié)構(gòu)件、功能件一般采用熱壓罐成型固化工藝方法。為了保證吊艙天線罩力學(xué)性能、電性能滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，宜采用熱壓罐成型二次分步固化的工藝方法進(jìn)行研制。第一次

3、固化內(nèi)蒙皮和蜂窩，第二次固化蜂窩和外蒙皮，分二次熱壓罐抽真空加溫、加壓185℃高溫固化保證了蒙皮與蜂窩的膠接質(zhì)量、內(nèi)外蒙皮的外觀質(zhì)量，特別是能保證與飛機(jī)接口區(qū)實(shí)芯區(qū)外形和蒙皮材料的厚度。1．2模具設(shè)計(jì)、加工采用熱壓罐固化工藝方法，進(jìn)行吊艙天線罩研制．首先進(jìn)行模具設(shè)計(jì)、加工研制工作。吊艙天線罩主體模具為陽(yáng)模，模具材料為球墨鑄鐵，經(jīng)數(shù)控加工。規(guī)定模具的外形面為天線罩的內(nèi)形面。建立模具加工數(shù)學(xué)模型時(shí)，在天線罩外形面數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上減去天線罩的總厚度，確定模具的外形尺寸。模具設(shè)計(jì)加工時(shí)，根據(jù)研制工藝需要天線罩模具有40拔模角度。吊艙天線罩主體模具設(shè)計(jì)成陽(yáng)模，便于蒙皮材料預(yù)浸料的鋪

4、貼操作，保證了內(nèi)外蒙皮的鋪貼質(zhì)量。作為預(yù)浸蜂窩的固化模具，有利于預(yù)浸蜂窩的拉伸定型、固定，使固化后的蜂窩形面與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求的形面一致，特別是保證了曲率較大處的蜂窩形面。為了保證吊艙天線罩整體強(qiáng)度、剛度和氣動(dòng)外形，為了滿(mǎn)足吊艙天線罩實(shí)芯區(qū)與飛機(jī)接口相吻合．且滿(mǎn)足脫模需要，天線罩實(shí)芯區(qū)(與飛機(jī)接口區(qū))模具。單獨(dú)數(shù)控加工，模具的外形面與建立的天線罩接口區(qū)形面一致。完成加工后，與主體模具相配合。1．3材料研制吊艙天線罩作為功能件。電性能工作區(qū)為A夾層蜂窩結(jié)構(gòu)。為了滿(mǎn)足耐功率、高透波要求．選用力學(xué)性能穩(wěn)定，電氣性能好，加工工藝性好的石英纖維織物／氰酸酯樹(shù)脂預(yù)浸料為蒙皮材料[41。在

5、各類(lèi)玻璃纖維中，石英纖維的介電性能最好。是制造天線罩理想的材料，石英纖維織物作為增強(qiáng)材料．廣泛應(yīng)用于寬頻、高透波的天線罩。氰酸酯樹(shù)脂是蒙皮材料的基體材料，該樹(shù)脂吸濕性低(小于1．5％)，介電性能好(介電常數(shù)為2．7—3．2)。氰酸酯分子中含有活潑的0．C—N集團(tuán)．適宜多種方法改型。改型后氰酸酯樹(shù)脂易與增強(qiáng)材料復(fù)合，固化過(guò)程中無(wú)低分子析出．石英纖維織物／氰酸酯樹(shù)脂預(yù)浸料固化溫度1850C。作為蒙皮材料介電損耗角正切是石英纖維織物／環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸料的1／3，介電常數(shù)減少10％，濕態(tài)介電性能更好。預(yù)浸料性能如表1所示。芯層材料選用高密度芳綸紙蜂窩。根據(jù)吊艙天線罩外形結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，選擇

6、的蜂窩為預(yù)浸蜂窩。預(yù)浸蜂窩在室溫下能拉伸成一定的形狀。以吊艙天線罩模具為蜂窩固化模具，將預(yù)浸蜂窩固定在模具上，經(jīng)高溫固化，變成與吊艙天線罩要求一致的形狀。蒙皮材收稿日期：2010-04．12作者簡(jiǎn)介：劉夢(mèng)嬡(19弭)，女，高級(jí)工程師。學(xué)士，主要從事功能復(fù)合材料研究。135大功率、高透波率吊艙天線罩研制表l預(yù)浸料性能項(xiàng)目名稱(chēng)指標(biāo)值樹(shù)脂含量(室溫)經(jīng)向彎曲強(qiáng)度／MPa(室溫)經(jīng)向彎曲模量，GPa(室溫)層問(wèn)剪切強(qiáng)度／MPa介電常數(shù)(￡)介電損耗角正切(t98)≥703．4i-0．1≤0．0045料與蜂窩的膠接選用與蒙皮材料固化相匹配的高溫固化膠膜。為了保證吊艙天線罩外表面耐環(huán)

7、境、耐功率要求，選用耐高溫H06．0104白色環(huán)氧底漆、X04—5105白色氟涂料磁漆、X01—5182氟塑料清漆為吊艙天線罩涂層材料。作為耐高溫天線罩的涂層材料，該材料體系已成功應(yīng)用于各類(lèi)耐高溫天線罩上。2試驗(yàn)結(jié)果2．1隨爐件性能為了考察蒙皮材料力學(xué)性能、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)蒙皮與蜂窩的膠接性能是否滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求，吊艙天線罩在進(jìn)行二次熱壓罐固化過(guò)程中。分別制造蒙皮材料層壓板試驗(yàn)件、滾筒剝離強(qiáng)度試驗(yàn)件隨爐件。隨爐件測(cè)試結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明固化工藝滿(mǎn)足性能要求。吊艙天線罩選材合適、固化工藝參數(shù)合理，吊艙天線罩性能可靠。表2隨爐件性能測(cè)