石英纤维在雷达天线罩上的应用
毫米波复合材料雷达罩的研制Ⅱ雷达罩的成型工艺和性能
试件尺寸 7111 mm ×3155 mm × ( 4100 ±
0105) mm , 中国计量科学研究院测定 。
21212 制品性能
天线罩透波率 : 35 GHz
天线 罩 椭 圆 度 及 圆 弧 度 : 014 中 心 用
Leitz PMM 试验机测定 。
椭圆度
=
直径公差 圆截面直径
×100
%
圆弧度
对 2 # 天线罩的椭圆度和圆弧度测量的结 果为 :椭圆度 = - 0107 % ,圆弧度 = - 0121 % ～0131 %。这表明天线罩外形偏差极小 ,可以 预计其瞄准误差也会很小 。 (下转第 50 页)
· 5 0 · 热 固 性 树 脂 2000 年 7 月
众所周知 , 复合材料制品的厚度公差要 达到 ±0103 mm 如此高的精度 , 在工艺上 是很困难的 。此外 , 玻璃钢的介电常数和介 电损耗角正切受原材料的性能 、含胶量 、孔 隙率 、固化程度 、材料的均匀性等因素的影 响很大 。这些因素连同壁厚的变化都会直接 影响天线罩的电气性能 , 从而给天线罩的透 波率带来或正或负的影响 。上述各因素中除 原材料的性能与选材有关外 , 其余因素都与 工艺条件密切相关 。尤其是在选定了性能并 非十分满意的 E 玻璃布和双马树脂之后 , 就更增加了工艺上的难度 。我们研究了不同 工艺条件下玻璃钢的含胶量 、孔隙率 、树脂
46°范围内变动时 , 电磁波在罩壁各点入射
角的变化为 30～77°(图 1) 。
图中横坐标是雷达罩轴向位置坐标 , 纵
坐标是入射角 。曲线 1 为天线罩的外形轮廓
线 ; 曲线 2 和 3 分别为按天线边缘处射线确
定的 x 坐标处罩壁上各点的最大和最小入
先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用
军民两用技术与产品2010·1先进纤维增强树脂基复合材料在航空航天工业中的应用航天材料及工艺研究所赵云峰!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!"!!!!!!!!!!!!"一、引言随着航空航天工业的发展，先进飞机、运载火箭和导弹、卫星等的高性能、高可靠性和低成本，很大程度上是由于新材料和新工艺的广泛应用。
先进复合材料是航空航天高技术产品的重要组成部分，它能有效降低飞机、运载火箭、导弹和卫星的结构重量，增加有效载荷和射程，降低成本。
国外各类航空航天器结构已经广泛采用了先进的纤维增强树脂基复合材料，其中应用最多的是碳纤维增强环氧树脂复合材料。
目前，先进复合材料已经取代了铝合金，成为现代大型飞机的首要结构材料。
二、先进纤维增强树脂基复合材料的特点先进纤维增强树脂基复合材料由高性能增强纤维和基体树脂按一定的工艺方法复合而成。
与其它材料相比，具备如下特点：（1）与金属材料相比，复合材料具有高的比强度和比模量，可以大幅减轻结构重量；（2）各向异性，具有良好的可设计性，可以充分发挥增强纤维的性能；（3）具有优异的耐疲劳、耐腐蚀和抗振动等特性；（4）成型工艺性好，易于制造一次整体成型复杂零件。
表1列出了几类典型的树脂基复合材料和金属材料的性能。
三、先进纤维增强树脂基复合材料在航天产品上的典型应用欧洲的“阿里安4”运载火箭采用了大量的碳纤维增强环氧树脂复合材料。
卫星发射支架，仪器舱，大型整流罩，第一、二级之间的分离壳，助推器前锥和第二、三级级间段均采用碳纤维增强环氧树脂复合材料制造而成。
“阿里安4”运载火箭卫星整流罩最大外径4米、长约12米。
由端头、前锥段、圆柱段和倒锥几部分组成。
端头为铝合金加强筋环结构。
基于树脂基复合材料的天线罩电磁波传输特性研究
基于树脂基复合材料的天线罩电磁波传输特性研究摘要：本文采用自由空间法对常见树脂基复合材料进行了电磁参数测试，根据材料介电常数和损耗特性选取石英双马复合材料为天线罩材料；采用等效传输线理论和等效平板透波率实验，研究了单层、A夹层、C夹层罩壁结构电磁波传输特性，结果表明：薄壁结构天线罩在低入射角时具有宽带透波特性；多层夹芯结构复合材料可有效拓展天线罩带宽，且需根据阻抗匹配特性来确定各层最佳厚度；在满足透波率前提下，蒙皮厚度越薄，芯层的可变裕度越大。
本文的研究工作为后续机载天线罩材料和结构选型提供分析计算依据。
关键词：树脂基复合材料；传输线理论；自由空间法；电磁波传输特性中图分类号：TN82 文献标识码：A材料选择是机载天线罩电气设计至关重要的第一步，天线罩选材不但对结构和电气性能有要求，对工艺性能和化学性能以及环境条件也有要求。
树脂基复合材料具备良好介电性能和机械性能，对温度和环境有较好耐受性，成为各类机载天线罩主要制作材料[1-3]。
增强纤维和树脂基体共同影响树脂基复合材料电性能，透波复合材料使用的增强纤维以玻璃纤维为主，石英纤维具备优良机械性能和耐热性，在10MHz~100GHz频率范围内的介电常数稳定且正切损耗低。
树脂作为实现透波复合材料功能的主体材料，在二代、三代机雷达罩上广泛应用低损耗环氧树脂和改性双马来酰亚胺树脂[4-6]。
根据罩壁截面形式，天线罩可分为单层结构、A夹层结构、B夹层结构、C夹层结构、多夹层结构等，其电性能和典型特征存在明显的区别[7-8]。
机载天线罩同时存在电性能指标、结构性能指标、轻量化指标的约束条件，对复合材料构成的典型罩壁结构电磁波传输特性进行分析是机载天线罩设计的基础[9-11]。
本文采用自由空间法测定了玻纤/环氧树脂基复合材料和石英/双马树脂基复合材料电磁参数，试验验证了等效传输线理论分析多层复合材料罩壁结构透波率的准确性。
基于试验测试和理论计算，本文对单层、A夹层、C夹层复合材料罩壁结构的电磁波传输特性进行了分析，相关研究可为后续机载天线罩材料和结构选型提供分析计算依据。
石英玻璃纤维的应用
（一）耐烧蚀材料的增强材料石英玻璃高温粘度大，软化点高达1700℃。
石英玻璃纤维在高温长期使用热收缩率很低，同时在1649℃以上开始升华、吸热，因此可用作高温烧蚀材料的增强材料。
例如，航天飞行器再入大气层防热罩、火箭头锥体、雷达天线罩、喷管和排气管，可用石英玻璃纤维织物、无捻粗纱、短切纤维和石英玻璃纤维三维织物、仿形织物与酚醛树脂等聚合物，采用带缠绕、纤维缠绕、压模法和真空热压法成型工艺进行制造。
石英玻璃纤维、无捻粗纱及其织物，同时还是航天航空结构材料的增强材料，用于制造尾翼和支柱。
表11-18 列出了石英玻璃纤维多层织物的性能指标。
（二）透波材料的增强材料航天透波材料必须同时具备防热和介电的功能，才能在复杂多变的环境条件下，保证通讯、制导和遥测系统的正常工作。
石英玻璃纤维织物在高频和700℃以下的温度区域内，保持着最低而又稳定的介电常数和介质损耗值，是一种优良的多功能的透波材料。
石英玻璃纤维织物增强二氧化硅基复合材料因含有一定的孔隙率，具有较低的介电常数和高的透过率。
同时该复合材料的表面熔融温度与石英玻璃的软化点1700℃相近，它具有低的烧蚀率和优良的抗热震性，能抵抗航天飞行器在飞行过程中，因温度陡然变化对材料介电性能产生突变性的影响。
是再入式和超高速飞行器的理想的透波材料，也是宽频透波耐热材料的一个主要研究方向。
主要用于航天飞行器的电磁窗、导弹雷达天线罩等。
（三）高级保温隔热材料1．石英玻璃棉石英玻璃棉是白色蓬松状无空形的高纯石英玻璃纤维。
石英玻璃棉按直径分为9μm 粗石英玻璃棉、4μm 细石英玻璃棉和2μm 超细石英玻璃棉。
9μm 和4μm石英棉的直径分布见图11-15。
石英玻璃棉可长期在105℃下使用。
具有优异的抗热冲击能力、导热系数低，同时具有卷曲的外形，减少了施工中因填塞造成的过渡压缩。
石英玻璃棉主要用作运载火箭热防护系统，火箭喷管、宇宙再入飞船的烧蚀材料，高温酸性液体与气体介质的过滤材料和反应堆的保温材料。
雷达天线罩装配工艺分析及设计
雷达天线罩装配工艺分析及设计摘要：某型飞机大曲率V形结构天线罩在结构装配及使用维护中存在诸多缺陷，本文通过对天线罩装配过程中紧固件不匹配、天线罩与机体结构连接不合理、天线罩装配过程不协调等问题进行优化完善，从而提高了某型飞机天线罩装配、维护质量，并为后续类似飞机结构装配提供了一定的依据。
关键词：天线罩，装配，优化引言天线罩是在保证天线系统功能的情况下，保护其不受机体外部环境影响的结构件，在军事设施中有着广泛的应用，飞机上的天线罩还起到保证飞机的气动外形，减小飞机阻力的作用。
在飞机起飞、降落和飞行过程中，因受高速气流、沙粒等空气中颗粒物的冲击，易造成天线罩损伤，降低罩体的机械强度、刚度和透波系数。
同时，飞机在高速飞行时与空气等剧烈摩擦而产生的静电会干扰无线电导航、制导和通信设备的性能发挥。
为保证飞机的气动性能、结构强度等因素，飞机上基本上采用流线型较好的天线罩，且在飞机使用过程中，为保证天线罩时刻具备良好的电磁特性，须对天线罩定时进行拆卸维护，便会加大飞机天线罩的装配难度。
1陶瓷质天线罩胶接用粘接剂的分类陶瓷天线罩粘结区设计温度一般低于350℃，所用胶粘剂根据化学成分分为有机硅橡胶胶粘剂和环氧胶粘剂两类。
硅橡胶胶粘剂采用硅橡胶制成，材料具有一定的弹性，粘结强度一般在2 MPa ~ 5 MPa之间，耐高温性较好，耐高温性大于200℃，抗老化性能较高，使用寿命可达环氧树脂粘附物是以环氧树脂为基础的，在硬化剂作用下，使用环氧按钮固化反应。
胶粘剂粘结强度高，常温下可达20MPa以上，耐温性能良好，局部改性胶粘剂短时间内可承受250℃以上。
硅橡胶胶粘剂根据硫化化学反应模式分为可伸缩硅橡胶胶粘剂和模塑硅橡胶胶粘剂。
环氧树脂粘结强度较高，材料体强度较高，经改性后可承受250 c以上高温。
环氧树脂胶粘剂在陶瓷天线掩模上的应用主要集中在耐高温耐磨性环氧树脂上。
2施工方法根据一般天线的特点，应考虑是否可以利用天线的俯仰运动,即使是作为提升天线外壳中主要结构部件的一种手段。
石 英 玻 璃 纤 维
石英玻璃纤维摘要：石英纤维作为陶瓷类纤维的一种，其应用领域比较广泛，本文主要从其性能、制作工艺和应用前景去阐述石英纤维。
其良好的性能使其在纤维行业中得到了广泛的发展。
目前其制作工艺相对成熟，市场应用价值高。
现阶段我国应大力开发石英玻璃纤维生产技术和产品种类，推动我国航空、航天、军工、半导体事业的发展。
关键字：性能，制备方法应用发展前景性能和制备方法石英纤维是由高纯度二氧化硅和天然石英晶体制成的纤维，因为其原料的关系，使得其具有良好的物理化学性能。
石英纤维的纯度能够达到99.95%，密度2.2g/cm3。
拉升强度为7GPa，具有耐热、耐腐蚀和柔软性。
在一定的高温下，它的强度保持率高、尺寸稳定、抗热震性、化学性能稳定、透光性以及电绝缘性好。
增强用长丝直径4～10μm，作为石英棉的纤维直径视用途而异，约0.7～10μm。
在生产工艺上，石英纤维制作成本比较高，价格比较贵，它是采取熔融法制备。
在实际生产中，可根据产品的具体要求选用相应高纯度的石英晶体或纯净的二氧化硅粉料，已降低成本，扩大应用范围。
石英纤维生产方法有三种，（1）将石英棒或管用氢氧焰熔融拉丝，再用氢氧焰吹管喷吹，制成直径0.7～1μm的石英棉；（2）石英经火焰熔融后用高速气流形成短纤维及其毡片；（3）将石英丝或棒以恒定速度通过氢氧焰或煤气火焰，软化后高速拉成长丝。
其成型工艺的特点是，石英玻璃熔体的高温粘度非常高，见图1l-3。
纤维成型温度高达2150℃，成型温度高引发玻璃熔体中二氧化硅的蒸发。
试验结果表明，当温度超过1800℃时，二氧化硅的蒸气压迅速升高，二氧化硅的蒸发加剧，随着温度的进一步升高，二氧化硅的蒸发愈加剧烈，见表11-1。
成型温度高不但造成二氧化硅的蒸发损失，而且由于二氧化硅在纤维表面上沉积，降低了石英玻璃纤维的质量。
因此，拉线温度不宜过高，一般控制在2000～2200℃范围内。
表11—3二氧化硅蒸汽压与温度的关系用熔融法生产的石英纤维是一种性能优异的陶瓷纤维，但由于价格昂贵，一般不用作绝热材料。
石英纤维在雷达天线罩上的应用
能应用在雷达天线罩上的材料——石英纤维石英纤维又称石英玻璃纤维，是指二氧化硅含量在99.95%以上的石英玻璃晶体熔融拉制而成，丝径在1-15μm的特种玻璃纤维。
它具有很高的耐热性，能长期在1050℃下使用，瞬间耐高温达1700℃，耐温性能仅次于碳纤维，同时具有卓越的电绝缘性和介电性能。
石英纤维的生产非常依赖原材料的供应，通常是直接用高纯度的石英棒送至高温区熔化拉丝。
一般在2000~2100℃下拉制。
雷达天线罩是航空飞行器实现通信、探测、火控、敌我识别、电子干扰等任务功能时重要的电磁透波窗口，用于保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作，并使电磁波正常透过的一种结构/功能体。
雷达天线罩选材的依据是高强度、高模量、耐候性好、介电性能好等，其中最主要的是介电性能，具体包括介电常数（ε）和损耗角正切（tanδ）。
其中tanδ越大，电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多；ε越大，电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，从而导致镜像波瓣电平增加和传输效率降低。
因此，要求雷达天线罩罩体材料的tanδ低至接近于零，ε尽可能低，以达到“最大传输”和“最小反射”的目的。
纤维增强树脂基复合材料是一类集结构、防热、透波于一体的功能复合材料，具有优良的介电性能，介电常数ε和介电损耗tanδ都很小，同时具有足够的力学强度和适当的弹性模量，是实际应用最广的天线罩材料。
增强纤维为纤维增强树脂基复合材料的主要承力者，在复合材料中有较高体积含量。
其介电常数一般高于树脂基体，因此是决定复合材料力学性能和介电性能的主要因素。
目前，雷达天线罩纤维增强树脂基复合材料的增强材料主要有玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维等。
石英纤维就属于玻璃纤维的一种。
玻璃纤维具有高强度、优良的介电性能、耐腐蚀、吸湿性小以及尺寸稳定等优点，是天线罩最常用的增强材料，包括E玻璃纤维，S 玻璃纤维、D玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维等。
E玻璃纤维是一种无碱玻璃，是最早用于天线罩的增强材料，价格最低，但其电性能较差；S玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维，力学性能是玻璃纤维中最好的，介电性能中等；D玻璃纤维又称低介电玻璃纤维，是国外专门为天线罩研制的一种玻璃纤维，ε和tanδ仅次于石英纤维和高硅氧玻璃纤维，但拉伸强度和模量较其他纤维低。
材料 透波率
透波材料一、透波材料：能透过电磁波且几乎不改变电磁波的性质（包括能量）的材料我们以不同性能的高分子材料为基体，通过填充、共混微波陶瓷介质和复合纤维等手段，在保证材料有良好承受机械力和其它性能的同时，调节材料的介电常数和耗散因数，得到透波率能够满足我们的使用要求的复合材料。
在实际运用中，介电常数和耗散因数是衡量透波材料透波能力的两个重要指标，根据透波材料的使用环境，还需要考虑除透波率外的其它性能，如长时间的耐高温性能、高刚性、尺寸稳定、阻燃、韧性、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐老化等。
材料及描述以下材料专门应用于需要高透波率的地方，同时还可以根据需要选择其它性能：尺寸稳定、阻燃、韧性、耐高温、化学腐蚀、耐磨、自润滑、耐候、耐老化产品描述牌号应用97%透波率、超耐高温改性PEEK PEEK-K06 军事、航空、航海特种雷达用天线罩、附属部件、气象设备外壳罩、科研仪器设备、探测用途97%透波率、高刚性、耐高温PI PI-K0592%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0195%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0297%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0399%透波率、阻燃V-0、耐化学腐蚀、耐磨PPS PPS-T0499%透波率、表面光泽、耐老化ASA ASA-T01 民用天线罩：移动通讯基站点天线罩、气象雷达罩、车载天线罩、天线包封材料、微波天线罩99%透波率、表面光泽、耐老化ASA ASA-T0290%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6 CT0196%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6 CK0497%透波率、强韧性、耐候、耐老化PA6 CK0696%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PC PC-T0197%透波率、尺寸稳定、抗UV、耐候PC PC-K0692%透波率、抗UV、耐交替高低温、耐老化PP PP-T01 低成本化民用、长期户外使用天线罩、民用楼顶高敏接收天线罩95%透波率、抗UV、耐交替高低温、耐老化PP PP-T0297%透波率、抗UV、耐交替高低温、耐老化PP PP-T03军用透波复合材料的研究进展1．前言现代战争是从电子战开始的，即在争取“制空权”时，很大程度上是在争取“制电磁权”。
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能应用在雷达天线罩上的材料——石英纤维石英纤维又称石英玻璃纤维，是指二氧化硅含量在99.95%以上的石英玻璃晶体熔融拉制而成，丝径在1-15μm的特种玻璃纤维。
它具有很高的耐热性，能长期在1050℃下使用，瞬间耐高温达1700℃，耐温性能仅次于碳纤维，同时具有卓越的电绝缘性和介电性能。
石英纤维的生产非常依赖原材料的供应，通常是直接用高纯度的石英棒送至高温区熔化拉丝。
一般在2000~2100℃下拉制。
雷达天线罩是航空飞行器实现通信、探测、火控、敌我识别、电子干扰等任务功能时重要的电磁透波窗口，用于保护雷达天线或整个微波系统在恶劣环境下能够正常工作，并使电磁波正常透过的一种结构/功能体。
雷达天线罩选材的依据是高强度、高模量、耐候性好、介电性能好等，其中最主要的是介电性能，具体包括介电常数（ε）和损耗角正切（tanδ）。
其中tanδ越大，电磁波能量在穿透天线罩过程中转化为热量而损耗的能量就越多；ε越大，电磁波在空气与天线罩壁分界面上的反射就越大，从而导致镜像波瓣电平增加和传输效率降低。
因此，要求雷达天线罩罩体材料的tanδ低至接近于零，ε尽可能低，以达到“最大传输”和“最小反射”的目的。
纤维增强树脂基复合材料是一类集结构、防热、透波于一体的功能复合材料，具有优良的介电性能，介电常数ε和介电损耗tanδ都很小，同时具有足够的力学强度和适当的弹性模量，是实际应用最广的天线罩材料。
增强纤维为纤维增强树脂基复合材料的主要承力者，在复合材料中有较高体积含量。
其介电常数一般高于树脂基体，因此是决定复合材料力学性能和介电性能的主要因素。
目前，雷达天线罩纤维增强树脂基复合材料的增强材料主要有玻璃纤维、芳纶纤维和聚乙烯纤维等。
石英纤维就属于玻璃纤维的一种。
玻璃纤维具有高强度、优良的介电性能、耐腐蚀、吸湿性小以及尺寸稳定等优点，是天线罩最常用的增强材料，包括E玻璃纤维，S 玻璃纤维、D玻璃纤维、高硅氧玻璃纤维等。
E玻璃纤维是一种无碱玻璃，是最早用于天线罩的增强材料，价格最低，但其电性能较差；S玻璃纤维是一种高强度玻璃纤维，力学性能是玻璃纤维中最好的，介电性能中等；D玻璃纤维又称低介电玻璃纤维，是国外专门为天线罩研制的一种玻璃纤维，ε和tanδ仅次于石英纤维和高硅氧玻璃纤维，但拉伸强度和模量较其他纤维低。
高硅氧玻璃纤维以E玻璃纤维为基体，其SiO2含量可达91%~99%，性能介于E玻璃纤维和石英纤维之间。
石英纤维的介电性能相对于普通玻纤的介电性更加优越，石英纤维的损耗角正切tanδ和介电常数ε在玻璃纤维体系中最低，石英玻璃纤维织物增强的二氧化硅基复合材料因含有一定的孔隙率，具有较低的介电常数较高的透过率且在较宽频带范围内基本不变化，同时与酚醛树脂、环氧树脂等树脂基体都有很好的兼容性，因而更适合作为高频透波天线罩的增强材料。
石英纤维在实际中也得到很多的应用，如美国F-15战斗机第一代、第二代鼻锥天线罩都采用了石英纤维增强氰酸酯树脂复合材料作为夹层架构的蒙皮。
国外第四代战斗机如美国F-22雷达罩都选用了宽频性能极佳的石英纤维。