CN103587706B - 一种低雷达回波散射的飞行器油箱部件及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于武器装备用雷达隐身技术领域，具体涉及一种低雷达回波散射的飞行器油箱部件及其制备方法，该油箱部件采用透波复合材料作为承力蒙皮，在油箱内部空间填充吸波泡沫，所述的吸波泡沫是用碳黑或导电纤维改性的开孔泡沫塑料，所述的透波蒙皮材料包含内、外两层，其中内层为致密的耐油高分子材料(如聚氨酯弹性体)等，外层为高承力性能的透波纤维增强复合材料，所述的透波纤维可以是石英纤维、玻璃纤维或PBO纤维中的一种或几种。所述的吸波泡沫中碳黑的质量百分含量为0％～2％，短切导电纤维的短切长度为0.1mm～5mm，质量百分含量为0.1～2％，有机高分子材料组分的含量为98％～99.9％，本发明可应用于各种军用飞行器，可实现良好的雷达隐身效果。

Description

一种低雷达回波散射的飞行器油箱部件及其制备方法

技术领域

本发明属于武器装备用雷达隐身技术领域，具体涉及一种飞行器低散射油箱部件及其制备方法，该部件及其成型方法可应用于各种军用飞行器，可实现良好的雷达隐身效果。

背景技术

油箱舱是各类飞行器必不可少的部件，常规军用飞行器的油箱一般采用金属结构，此时，当敌方雷达回波照射到油箱时将产生强烈的电磁散射，因而对军用飞行器的突防带来不利影响，若采用透波蒙皮材料，则入射雷达波将透射进入油箱、燃油，并照亮飞行器上金属接头等部件，并产生强烈的电磁散射。

另一方面，随着航空飞行器技术的不断发展，结构承力整体油箱(包括导弹承力舱段整体油箱及飞机机翼整体油箱等)在各型军用飞行器上得到广泛应用，这些油箱直接暴露于军用飞行器外表面，在不采取措施时，其雷达回波信号非常显著。

常规的吸波层合板复合材料技术可制备出具有一定吸波性能的复合材料油箱舱蒙皮，当吸波蒙皮厚度较大时，吸波性能突出，但影响油箱装油，且带来较大的增重；当厚度较小时，其吸波性能又难以提高。

张和善在《航空制造工程》杂志1994年第12期上发表了《飞机整体油箱的防爆》一文，文中介绍了一种腔内填充有开孔聚氨酯泡沫的飞机整体油箱，并提到可在泡沫中加入部分导电材料，起到抗静电效果，但未提到油箱蒙皮为何种材料，且泡沫材料电阻率在5×10¹⁰欧姆·厘米时，在雷达波段的衰减很小，不具有显著的吸波效果。

因此，迫切需要一种既能实现对入射雷达波的高效吸收，又能尽量减小结构增重的飞行器低散射舱段部件及其制备方法来满足军用飞机或导弹武器系统的技术需求。

发明内容

本发明的技术方案是为了克服现有军用飞行器整体油箱舱部件隐身技术方案中存在的结构增重、蒙皮厚度与吸波性能难以兼顾的特点，而提供一种新的、采用开孔吸波泡沫填充的雷达隐身舱段部件及其制备方法。

本发明的技术方案：

一种低雷达回波散射的飞行器油箱部件，该油箱部件采用透波复合材料作为承力蒙皮，在油箱内部空间填充吸波泡沫，所述的吸波泡沫是用碳黑或导电纤维改性的开孔泡沫材料。

所述的透波蒙皮材料包含内、外两层，其中内层为致密的耐油高分子材料(如聚氨酯弹性体)等，外层为高承力性能的透波纤维增强复合材料，所述的透波纤维可以是石英纤维、玻璃纤维或PBO纤维中的一种或几种。

所述的吸波泡沫中碳黑的质量百分含量为0％～2％，短切导电纤维的短切长度为0.1mm～5mm，质量百分含量为0～2％。

上述飞行器油箱部件的制备方法，可以按如下两种方式之一制备成型：

方法1：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入碳黑和导电纤维中的一种或两种，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)采用市售的耐油高分子材料，按常规方法制备出油箱蒙皮内层材料；

(3)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第二步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求；

(4)将第三步制得的部件与飞行器上必要的金属件接头定位并在外表面缠绕含有机树脂的透波纤维布，透波纤维布为玻璃纤维、石英纤维和PBO纤维中的一种或几种；

(5)将第四步制得部件放入模具中，按常规方法固化成型，得到具有低雷达回波散射的飞行器油箱部件。

方法2：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入碳黑和导电纤维中的一种或两种，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)在模具中，按常规方法完成透波纤维增强复合材料油箱蒙皮外层制备成型，所用透波纤维为玻璃纤维、石英纤维和PBO纤维中的一种或几种；

(3)在油箱舱外层内表面涂覆耐油高分子材料，完成内层制备；

(4)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第三步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的泡沫切割以满足装油时的密封要求。

本发明的有益效果：该方案及其制备方法可以使入射雷达波透射进入吸波泡沫中并被吸收掉，由于油箱舱有足够的厚度，因而其可以实现优异的隐身效果；另一方面，开孔吸波泡沫仅占用较小的油箱舱内空间，不占用蒙皮厚度位置，满足了结构承力要求，整体方案可以以较低的增重成本实现较好的雷达隐身效果，尤其适用于军用飞行器整体油箱部件的隐身设计和制备。

附图说明

本发明有1幅附图，图1也可作为摘要附图。

图1.为应用本发明设计的舱段整体剖面示意图。

1-油箱附近的金属件；2-吸波泡沫；3-透波蒙皮外层；4-透波蒙皮内层；5-燃油。

具体实施方式

基本原理：

常规的吸波层合板复合材料技术可制备出具有一定吸波性能的复合材料油箱舱蒙皮，当吸波蒙皮厚度较大时，吸波性能突出，但影响油箱装油，且带来较大的增重；当厚度较小时，其吸波性能又难以提高。

本发明人认为，要实现较好的雷达隐身效果，首先要降低雷达波在结构表面的反射，使雷达波透射进入结构内部，因此，要采用透波材料作为整体油箱的蒙皮材料，同时，由于燃油为透波材料(介电常数约为2左右)，必须在油箱内应用具有吸波性能的介质，才能实现对入射电磁波的吸收。当采用开孔吸波泡沫时，一方面满足了燃油流动要求，另一方面又充分利用了油箱的结构空间，有足够的尺寸实现对入射雷达来波的衰减。

因此，本发明人提出了一种低雷达回波散射的飞行器油箱部件，该油箱部件采用透波复合材料作为承力、维型蒙皮，在油箱内部空间填充吸波泡沫，所述的吸波泡沫是用碳黑或导电纤维改性的开孔泡沫塑料，开孔泡沫塑料最好能充满油箱内全部空间。

所述的透波蒙皮材料包含内、外两层，其中内层为致密的耐油高分子材料(如聚氨酯弹性体)等，外层为高承力性能的透波纤维增强复合材料，所述的透波纤维可以是石英纤维、玻璃纤维或PBO纤维中的一种或几种。三类纤维中，玻璃纤维成本最低，但透波性能及力学性能较差，石英纤维透波性能最好，易于得到最有利的吸波性能，PBO纤维的力学性能最好，可以在透波的同时实现最好的承力性能。

所述的吸波泡沫中碳黑的质量百分含量为0％～2％，短切导电纤维的短切长度为0.1mm～5mm，质量百分含量为0～2％。采用短切导电纤维的优势是，可以在较低的填充含量下得到更好的导电性。

上述飞行器油箱部件的制备方法，可以按如下方法制备成型：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入0％～2％碳黑和短切长度为0.1mm～5mm，质量分数0～2％短切导电纤维，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用

(2)采用聚氨酯弹性体等市售耐油聚合物材料，按常规方法制备出油箱蒙皮内层材料；

(3)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第二步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求；

(4)将第三步制得的部件与飞行器上必要的金属件接头定位并在外表面缠绕含有机树脂的透波纤维布，透波纤维布可以是玻璃纤维、石英纤维和PBO纤维中的一种或几种；

(5)将第四步制得部件放入模具中，按常规方法固化成型，得到具有低雷达回波散射的油箱部件。

上述飞行器油箱部件的制备方法，也可以按如下方法制备成型：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入碳黑和短切导电纤维中的一种或两种，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)在模具中，按常规方法完成透波纤维增强玻璃钢油箱舱外层制备成型；

(3)在油箱舱外层内表面涂覆耐油高分子材料，完成内层制备；

(4)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第三步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求。

以下结合具体实施例对本方案做进一步说明。

实施例1：

(1)在常规开孔泡沫配方(典型配方：配方质量份数组成：聚醚多元醇100；T90.45；水5；十六醇5；聚硅烷稳定剂1.4；混合催化剂0.07；TDI58.2)中加入短切长度为3mm～5mm、质量分数0.1％短切碳纤维，首先将除TDI之外的其他组分连同碳黑、短切碳纤维一起充分混合，然后与TDI混合发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)采用聚氨酯弹性体等市售耐油聚合物材料，按常规方法制备出油箱蒙皮内层材料；

(3)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第二步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求；

(4)将第三步制得的部件与飞行器上必要的金属件接头定位并在外表面缠绕含有机树脂的高强玻璃纤维布；

(5)将第四步制得部件放入模具中，按常规方法固化成型，得到具有低雷达回波散射的油箱部件。

实施例2：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入质量分数0.5％的碳黑，短切长度为0.3mm～0.5mm、质量分数1.5％短切导碳纤维，按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)采用聚氨酯弹性体等市售耐油聚合物材料，按常规方法制备出油箱蒙皮内层材料；

(3)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第二步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求；

(4)将第三步制得的部件与飞行器上必要的金属件接头定位并在外表面缠绕含有机树脂的石英纤维布；

(5)将第四步制得部件放入模具中，按常规方法固化成型，得到具有低雷达回波散射的油箱部件。

实施例3：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入短切长度为1mm左右、质量分数2％短切不锈钢纤维及1.5％碳黑，按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料；

(2)采用聚氨酯弹性体等市售耐油聚合物材料，按常规方法制备出油箱蒙皮内层材料；

(3)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第二步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求；

(4)将第三步制得的部件与飞行器上必要的金属件接头定位并在外表面缠绕含有机树脂的PBO纤维布；

(5)将第四步制得部件放入模具中，按常规方法固化成型，得到具有低雷达回波散射的油箱部件。

实施例4：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入碳黑和短切导电纤维中的一种或两种，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料；

(2)在模具中，按常规方法完成透波纤维增强玻璃钢油箱舱外层制备成型，所用透波纤维可以是玻璃纤维、石英纤维、PBO纤维中的一种或几种；

(3)在油箱舱外层内表面涂覆耐油高分子材料，完成内层制备；

(4)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第三步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求。

Claims (4)

1.一种低雷达回波散射的飞行器油箱部件，其特征在于：油箱部件采用透波复合材料作为蒙皮，在油箱内部空间填充吸波泡沫，所述的吸波泡沫是用碳黑或导电纤维改性的开孔泡沫材料，所述的透波蒙皮材料包含内、外两层，其中内层为耐油高分子材料，外层为透波纤维增强复合材料，所述的透波纤维为石英纤维、玻璃纤维或PBO纤维中的一种或几种。

2.一种如权利要求1所述的飞行器油箱部件，其特征在于：所述的吸波泡沫中碳黑的质量百分含量为0％～2％，导电纤维的短切长度为0.1mm～5mm，质量百分含量为0～2％。

3.一种如权利要求1所述的飞行器油箱部件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入碳黑和导电纤维中的一种或两种，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)采用市售的耐油高分子材料，按常规方法制备出油箱蒙皮内层材料；

(3)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第二步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的胶结以满足装油时的密封要求；

(4)将第三步制得的部件与飞行器上必要的金属件接头定位，并在完成定位后制得的部件外表面缠绕含有机树脂的透波纤维布；

(5)将第四步制得的部件放入模具中，按常规方法固化成型，得到具有低雷达回波散射的飞行器油箱部件。

4.一种如权利要求1所述的飞行器油箱部件的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)在常规开孔泡沫配方中加入碳黑和导电纤维中的一种或两种，通过称重保证其含量符合要求，然后按常规工艺完成发泡，得到改性开孔泡沫材料，切去泡沫表层，取芯层待用；

(2)在模具中，按常规方法完成透波纤维增强复合材料油箱蒙皮外层制备成型；

(3)在油箱舱外层内表面涂覆耐油高分子材料，完成内层制备；

(4)将第一步制得的改性开孔泡沫材料放入第三步油箱蒙皮内层材料中，进行必要的泡沫切割以满足装油时的密封要求。