CN114228266A - 一种翼面结构用蜂窝吸波材料的设计及制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种翼面结构用蜂窝吸波材料的设计及制备方法，所述的吸波蜂窝是考虑与机翼表面蒙皮之间的阻抗匹配特性，并考虑主要电磁波的入射方向，去设计的一种渐变梯度垂直于蜂窝孔格方向的多层结构设计，计算需要的渐变层数，及每层蜂窝所需要浸渍的吸收剂的含量，使用特定的吸波浆料，按设计要求分层浸渍整体白蜂窝。本发明的蜂窝吸波材料具备可根据不同翼面结构及其蒙皮材质、厚度不同去进行相应的阻抗匹配设计，并根据飞行器航向电磁波的来波方向去进行渐变阻抗设计(主要是蜂窝的L向或者是W向渐变设计)，能够实现有效缩减飞行器航向翼面结构RCS。
Description
技术领域
本发明涉及吸波材料领域，特别是一种翼面结构用蜂窝吸波材料的制备方法。
背景技术
翼面是指飞行器的各种空气动力面，它包括机翼、尾翼、操纵面(舵面、副翼)等，机翼是飞行器的升力面，用来产生气动升力。保证飞行器在使用过程技术要求所规定的 所有飞行状态下的飞行性能和机动性能。
翼面结构主要包括前缘、后缘及翼尖等几个部分。在飞行器中，翼面结构大部分会使用到透波蒙皮加吸波蜂窝的复合夹芯结构，为了保证夹芯结构的力学性能，吸波蜂窝 的孔格方向必须与蒙皮方向垂直。这种结构既能保证飞行器的力学性能，也能达到一定 的电磁波吸收性能。
为了减少翼面结构反射回去的电磁波，需要在传统翼面结构中引入电磁吸波材料， 对前向电磁波进行吸收，从而降低机翼飞行器航向的电磁波反射。芳纶纸蜂窝是一种常 用于翼面结构中作为承载的一种材料，通过对普通芳纶纸蜂窝基材的改性，将普通芳纶纸蜂窝材料制作成吸波蜂窝材料，是一种目前较常见的减少翼面结构电磁波反射的方 式，但目前使用的吸波蜂窝材料主要为均匀涂覆的吸波蜂窝，没有针对飞行器航向的 RCS缩减去设计一种宽频带高吸收的吸波蜂窝材料。也并未考虑吸波蜂窝和机翼表面蒙 皮之间的阻抗匹配设计。从而导致目前的机翼结构件飞行器航向整体的RCS还存在较 高的水平，入射电磁波的吸收效果较差，不能很好的解决机翼的电磁波反射问题。针对 上述现有翼面用蜂窝吸波材料中出现的问题，通过考虑电磁波入射方向、与机翼表面蒙 皮阻抗匹配并通过多层渐变阻抗设计的阻抗渐变吸波蜂窝，可以大幅度减少飞行器航向 反射的电磁波。
发明内容
针对上述现有翼面用蜂窝吸波材料中出现的问题，本申请提出了一种翼面结构用蜂 窝吸波材料的设计及制备方法。
本发明的目的在于减少翼面结构在飞行器航向电磁波的反射，最终减小翼面结构部 件整体的RCS。为了减小飞行器航向的RCS，设计和制造一种从飞行器航向阻抗渐变的吸波蜂窝，并考虑与蒙皮间的阻抗匹配，是一种有效缩减飞行器航向翼面结构RCS的 方法。
本发明涉及一种翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，包括以下步骤：
步骤S1、考虑吸波蜂窝与机翼表面蒙皮之间的阻抗匹配特性；
步骤S2、考虑主要电磁波的入射方向；
步骤S3、设计渐变梯度垂直于蜂窝孔格方向的多层渐变结构，计算渐变层数及每层蜂窝所需要浸渍的吸收剂含量；
步骤S4、使用吸波浆料，按设计要求分层浸渍整体白蜂窝。
优选地，所述蜂窝吸波材料的蜂窝为L向或W向渐变设计。
优选地，所述机翼表面蒙皮的厚度为1～3mm。
优选地，所述机翼表面蒙皮的材料为高效透波蒙皮。
优选地，所述机翼表面蒙皮根据吸波蜂窝可加载的宽度去设计多层渐变结构层数及 每层的厚度和浸渍重量。
优选地，所述吸波浆料中，所述吸收剂为选自炭系吸收剂；胶粘剂为酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂中的至少一种；溶剂为工业水或乙醇。
优选地，所述多层渐变结构的结构层数≥2层，根据阻抗匹配设计不同的结构层数、 层厚度和每层浸渍的重量。
优选地，步骤S1中包括以下步骤：
步骤S11：通过翼面结构的结构强度需要去选择高效透波蒙皮的材质和厚度；
步骤S12：通过翼面结构去设计吸波蜂窝可的加载宽度及吸波蜂窝的渐变方向；
步骤S13：通过选定的蒙皮材质和厚度及吸波蜂窝的加载宽度设计吸波蜂窝的结构 层数、层厚度和每层浸渍的重量。
本申请还涉及一种蜂窝吸波材料的制备方法，浸渍吸波浆料的方式是先整体浸渍， 当第一白蜂窝区(1)满足浸渍重量后，第一白蜂窝区(1)完成浸渍要求；总高度减去 第一白蜂窝区(1)的高度即为第二次的浸渍高度；当第二白蜂窝区(2)满足浸渍重量 后，第二白蜂窝区(2)完成浸渍要求；总高度减去第一白蜂窝区(1)和第二白蜂窝区 (2)的高度即为第三次的浸渍高度；以此类推直至浸渍到最后一块区域满足最后的浸 渍要求。
优选地，每次蜂窝浸渍吸波浆料后，需要在烘箱中进行干燥，烘箱设置温度 90-120℃，保温1-3小时；整体所有区域浸渍完成后，需要在烘箱中进行固化，烘箱设 置温度160-180℃，保温3-6小时。
上述技术特征可以各种适合的方式组合或由等效的技术特征来替代，只要能够达到 本发明的目的。
实施本发明的蜂窝吸波材料及其制备方法，具有以下有益效果：本发明的蜂窝吸波 材料具备可根据不同翼面结构及其蒙皮材质、厚度不同去进行相应的阻抗匹配设计，并根据飞行器航向电磁波的来波方向去进行渐变阻抗设计，主要是蜂窝的L向或者是W 向渐变设，能够实现有效缩减飞行器航向翼面结构RCS。
附图说明
在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：
图1为本发明蜂窝梯度多层结构设计示意图；
图2为本发明浸渍完成的120mm厚度蜂窝吸波材料和1mm氰酸酯蒙皮反射率示意图；
图3为本发明浸渍完成的300mm厚度蜂窝吸波材料和2mm双马蒙皮反射率示意 图。
附图标记表示为：
1-第一白蜂窝区，2-第二白蜂窝区，3-第三白蜂窝区，4-第四白蜂窝区。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
本发明提出一种飞行器翼面结构用蜂窝吸波材料的制备方法，该蜂窝吸波材料通过 不同翼面结构及其蒙皮材质、厚度不同去进行相应的阻抗匹配设计，并根据飞行器航向电磁波的来波方向去进行渐变阻抗设计(主要是蜂窝的L向或者是W向渐变设计)。
本发明还提供了上述的蜂窝吸波材料的制备方法，包括：
根据不同翼面结构及要求去制备吸波浆料；并将白蜂窝整体按照L向或W向，由 上到下划分为多个区域，每个区域的设置对应的高度，每个高度需要的浸渍不同的重量， 在白蜂窝的多个区域分别浸渍相应重量的吸波浆料。每次蜂窝浸渍吸波浆料后，需要在 烘箱中进行干燥、保温。
实施例一
某机翼结构其蜂窝加载宽度为120mm，其蒙皮厚度为1mm，材质为高效透波氰酸 酯蒙皮。
蜂窝吸波材料的制备：将120mm厚度，300mm*300mm的白蜂窝进行第一白蜂窝 区1、第二白蜂窝区2、第三白蜂窝区3三个不同区域的划分，高度分别为120mm、90mm、 60mm，浸渍重量分别为650g、540g、200g，误差不超过正负10g。首先用吸波浆料对 整个区域浸渍；通过增加的湿重判断是否达到浸渍重量，如果一次浸渍重量超过目标重 量，可以使用冷风刀将多余重量的浸料吹去。如果不够可以多次浸渍。每次浸渍完成需 要使用烘箱进行干燥处理，烘箱设置温度80-120℃，保温20-40分钟。然后将需要浸渍 的第二白蜂窝区2以外的区域使用防水胶布进行遮蔽，避免后续浸渍过程中，浆料进入 已经浸渍完成的区域，并对第二白蜂窝区2域浸渍，干燥；最后将需要浸渍的第三白蜂 窝区3以外的区域使用防水胶布进行遮蔽，并对第三白蜂窝区3域浸渍、干燥。所有区 域浸渍、干燥完成后。将整体的吸波蜂窝进行固化处理，烘箱设置温度160-180℃，保 温6小时。完成后，进行蜂窝的裁切，得到蜂窝吸波材料。
将得到的渐变吸波蜂窝材料与1mm厚度的高效透波氰酸酯蒙皮进行粘接，使用拱形法测试其吸波性能的测试，测试结果如图2表明：该120mm厚渐变吸波蜂窝和1mm 高效透波氰酸酯蒙皮在2-18GHz范围平均反射率小于-20dB，其中8-12GHz平均反射率 小于-25dB，具有优良的吸波性能。
实施例二
本实施例与实施例一的区别主要在使用的蒙皮材料和厚度及浸渍梯度的方案。
例如某机翼结构其蜂窝加载宽度为300mm，其蒙皮厚度为2mm，材质为双马蒙皮。
蜂窝吸波材料的制备：将300mm厚度，300mm*300mm的白蜂窝进行第一白蜂窝 区1、第二白蜂窝区2、第三白蜂窝区3、第四白蜂窝区4四个不同区域的划分，高度分 别为90mm、40mm、50mm、110mm，浸渍重量分别为1340g、970g、780g，450g，误 差不超过正负10g。首先用吸波浆料对整个区域浸渍；通过增加的湿重判断是否达到浸 渍重量，如果一次浸渍重量超过目标重量，可以使用冷风刀将多余重量的浸料吹去。如 果不够可以多次浸渍。每次浸渍完成需要使用烘箱进行干燥处理，烘箱设置温度 80-120℃，保温20-40分钟。然后将需要浸渍的第二白蜂窝区2以外的区域使用防水胶 布进行遮蔽，避免后续浸渍过程中，浆料进入已经浸渍完成的区域，并对第二白蜂窝区 2域浸渍、干燥；在将需要浸渍的第三白蜂窝区3以外的区域使用防水胶布进行遮蔽， 并对第三白蜂窝区3域浸渍、干燥。最后将需要浸渍的第四白蜂窝区4以外的区域使用 防水胶布进行遮蔽，避免后续浸渍过程中，浆料进入已经浸渍完成的区域，并对第四白 蜂窝区4域浸渍、干燥，所有区域浸渍、干燥完成后。将整体的吸波蜂窝进行固化处理， 烘箱设置温度160-180℃，保温6小时。完成后，进行蜂窝的裁切，得到蜂窝吸波材料。
将得到的渐变吸波蜂窝材料与2mm厚度的双马蒙皮进行粘接，使用拱形法测试其吸波性能的测试，测试结果如图3表明：该300mm厚渐变吸波蜂窝和2mm双马蒙皮在 2-18GHz范围平均反射率小于-20dB，其中8-12GHz平均反射率小于-30dB，具有优良的 吸波性能。
实施例三
本发明的实施例提出的一种蜂窝吸波材料的制备方法，包括：
S1、通过翼面结构需要的结构强度去选择高效透波蒙皮的材质和厚度；
S2、通过翼面结构去设计吸波蜂窝可的加载宽度及吸波蜂窝的渐变方向；
S3、通过选定的蒙皮材质和厚度及吸波蜂窝的加载宽度设计吸波蜂窝的结构层数及 每层的厚度和重量的浸渍要求；
具体地，浸渍吸波浆料的方式是先整体浸渍，当第一白蜂窝区1满足浸渍重量后，第一白蜂窝区1完成浸渍要求，总高度减去第一白蜂窝区1的高度即为第二次的浸渍高 度；当第二白蜂窝区2满足浸渍重量后，第二白蜂窝区2完成浸渍要求，总高度减去第 一白蜂窝区1加第二白蜂窝区2的高度即为第二次的浸渍高度；以此类推直至浸渍到最 后一块区域满足最后的浸渍要求。
每次蜂窝浸渍吸波浆料后，需要在烘箱中进行干燥，烘箱设置温度90-120℃，保温1-3小时。整体所有区域浸渍完成后，需要在烘箱中进行固化，烘箱设置温度160-180℃， 保温3-6小时。
此外，本发明的蜂窝吸波材料具备可根据不同翼面结构及其蒙皮材质、厚度不同去 进行相应的阻抗匹配设计，并根据飞行器航向电磁波的来波方向去进行渐变阻抗设计(主要是蜂窝的L向或者是W向渐变设计)，能够实现有效缩减飞行器航向翼面结构 RCS。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、 “后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的 方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置 或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限 制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施 例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精 神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从 属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以 使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1、考虑吸波蜂窝与机翼表面蒙皮之间的阻抗匹配特性；
步骤S2、考虑主要电磁波的入射方向；
步骤S3、设计渐变梯度垂直于蜂窝孔格方向的多层渐变结构，计算渐变层数及每层蜂窝所需要浸渍的吸收剂含量；
步骤S4、使用吸波浆料，按设计要求分层浸渍整体白蜂窝。
2.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，所述蜂窝吸波材料的蜂窝为L向或W向渐变设计。
3.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，所述机翼表面蒙皮的厚度为1～3mm。
4.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，所述机翼表面蒙皮的材料为高效透波蒙皮。
5.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，所述机翼表面蒙皮根据吸波蜂窝可加载的宽度去设计多层渐变结构层数及每层的厚度和浸渍重量。
6.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，所述吸波浆料中，所述吸收剂为选自炭系吸收剂；胶粘剂为酚醛树脂、聚氨酯树脂、环氧树脂、聚酰亚胺树脂中的至少一种；溶剂为工业水或乙醇。
7.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，所述多层渐变结构的结构层数≥2层，根据阻抗匹配设计不同的结构层数、层厚度和每层浸渍的重量。
8.根据权利要求1所述的翼面结构用蜂窝吸波材料的设计方法，其特征在于，步骤S1中包括以下步骤：
步骤S11：通过翼面结构的结构强度需要去选择高效透波蒙皮的材质和厚度；
步骤S12：通过翼面结构去设计吸波蜂窝可的加载宽度及吸波蜂窝的渐变方向；
步骤S13：通过选定的蒙皮材质和厚度及吸波蜂窝的加载宽度设计吸波蜂窝的结构层数、层厚度和每层浸渍的重量。
9.一种蜂窝吸波材料的制备方法，其特征在于，浸渍吸波浆料的方式是先整体浸渍，当第一白蜂窝区(1)满足浸渍重量后，第一白蜂窝区(1)完成浸渍要求；总高度减去第一白蜂窝区(1)的高度即为第二次的浸渍高度；当第二白蜂窝区(2)满足浸渍重量后，第二白蜂窝区(2)完成浸渍要求；总高度减去第一白蜂窝区(1)和第二白蜂窝区(2)的高度即为第三次的浸渍高度；以此类推直至浸渍到最后一块区域满足最后的浸渍要求。
10.根据权利要求9所述的蜂窝吸波材料的制备方法，其特征在于，每次蜂窝浸渍吸波浆料后，需要在烘箱中进行干燥，烘箱设置温度90-120℃，保温1-3小时；整体所有区域浸渍完成后，需要在烘箱中进行固化，烘箱设置温度160-180℃，保温3-6小时。
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- 2021-12-16 CN CN202111539408.2A patent/CN114228266A/zh active Pending
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