CN108058438A - 一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件及其应用，属于军事设备领域。该隐身结构件包括隐身板和耐高温涂层，耐高温涂层设置于隐身板的表面。隐身板包括第一吸波蜂窝芯层以及覆盖于第一吸波蜂窝芯层的第二吸波蜂窝芯层。该隐身结构件结构简单，抗热冲击性能较好，整体隐身效果良好，质量轻便。将其用于导弹发射车中，可使导弹发射车符合现有装备轻量化和高性能化的要求。

Description

一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件及其应用
技术领域
本发明涉及军事设备领域，且特别涉及一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件及其应用。
背景技术
导弹发射车尾部发射平台结构件为车体重要组成部分，其具有雷达隐身、承载、热防护、保温等功能，为典型的融合多性能于一体的功能型结构件。
该结构件若采用钢材制造，表面贴覆吸波贴片，则其重量较大，隐身性能也难以达到宽频吸波的效果，不符合现有装备轻量化、高性能化的要求。同时，其工作温度最高可达1200℃，并需经受尾焰的高速气流冲蚀，钢制结构件则易被氧化、剥落。
传统的耐烧蚀功能多采用无机涂料实现，无法较好的克服无机涂料与有机基体、金属基体材料之间粘接强度不足的问题，从而使涂层受到尾焰气流冲后剥离，无法达到结构件可多次使用的要求。
因此，需要寻找一种性能较佳的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，该隐身结构件结构简单，抗热冲击性能较好，整体隐身效果良好，能够实现隐身板结构和功能的一体化融合，不仅自身重量轻(质量不大于90kg)、强度高、抗烧蚀性能良好，同时还兼具一定的保温功能、易定位安装。
本发明的目的之二在于提供一种上述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的应用，将其用于导弹发射车中，可使导弹发射车符合现有装备轻量化和高性能化的要求。
本发明解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的：
本发明提出一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，包括隐身板和耐高温涂层，耐高温涂层设置于隐身板的表面。
隐身板包括第一吸波蜂窝芯层以及覆盖于第一吸波蜂窝芯层的第二吸波蜂窝芯层。
优选地，第一吸波蜂窝芯层和第二吸波蜂窝芯层均依次经多个浓度梯度从小到大的炭黑溶液浸渍而得。
优选地，炭黑溶液中炭黑的浓度梯度从小到大分别为3-3.7wt％、5.2-6wt％、7-8.5wt％和9-11wt％。
优选地，隐身板的厚度为18-24mm。
本发明还提出一种上述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的应用，例如可将其用于导弹发射车中。
本发明较佳实施例提供的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件及其应用的有益效果是：
本发明较佳实施例提供的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件结构简单，抗热冲击性能较好，整体隐身效果良好，能够实现隐身板结构和功能的一体化融合，不仅自身重量轻(质量不大于90kg)、强度高、抗烧蚀性能良好，同时还兼具一定的保温功能、易定位安装。将其用于导弹发射车中，可使导弹发射车符合现有装备轻量化和高性能化的要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例1中轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的成型流程图；
图2为本发明实施例1中轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件在第一视角下的结构示意图；
图3为本发明实施例1中轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件中隐身板的结构示意图；
图4为本发明实施例1中轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件在第二视角下的结构示意图；
图5为本发明实施例1中轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件中加强筋的力学仿真示意图。
图标：10-轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件；11-隐身板；111-第一吸波蜂窝芯层；112-第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层；113-第二石英纤维/酚醛树脂预浸料层；115-第二吸波蜂窝芯层；116-第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层；117-反射层；13-耐高温涂层；15-前勾板；16-后钢架；17-加强筋；171-第一筋条；173-第二筋条；18-螺纹预埋孔。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，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。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
下面对本发明实施例的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件及其应用进行具体说明。
本发明实施例提供的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件包括隐身板和耐高温涂层，耐高温涂层设置于隐身板的表面。
隐身板包括第一吸波蜂窝芯层以及覆盖于第一吸波蜂窝芯层的第二吸波蜂窝芯层。
优选地，第一吸波蜂窝芯层和第二吸波蜂窝芯层均依次经多个浓度梯度从小到大的炭黑溶液浸渍而得。较佳地，炭黑溶液中炭黑的浓度梯度从小到大分别为3-3.7wt％、5.2-6wt％、7-8.5wt％和9-11wt％。
通过本发明实施例中将第一吸波蜂窝芯层和第二吸波蜂窝芯层分别自外向内经4种不同浓度梯度的炭黑溶液浸渍后，能够大幅提高第一吸波蜂窝芯层和第二吸波蜂窝芯层的雷达性能。将吸波蜂窝芯层设置为2层的原因在于：单层效果不佳，3层或4层会增加层间的胶结，明显增加产品重量和制造成本，故优选设置为2层。
优选地，隐身板的厚度为18-24mm。该厚度范围下不仅能够满足雷达隐身要求指标的最低厚度要求，而且还能在保持较轻的产品质量的同时，提高其整体承力性能。
较佳地本发明实施例中第一吸波蜂窝芯层的远离第二吸波蜂窝芯层的一侧设有第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层，第一吸波蜂窝芯层的靠近第二吸波蜂窝芯层的一侧设有第二石英纤维/酚醛树脂预浸料层，第二吸波蜂窝芯层的远离第一吸波蜂窝芯层的一侧设有第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层。
耐高温涂层设置于第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离第一吸波蜂窝芯层的一侧的表面以及第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离第二吸波蜂窝芯层的一侧的表面。
优选地，石英纤维/酚醛树脂预浸料层与吸波蜂窝芯层之间由胶膜连接。
进一步地，本发明实施例的隐身板还设有反射层，反射层设于第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离第二吸波蜂窝芯层的一侧。
耐高温涂层设置于第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离第一吸波蜂窝芯层的一侧的表面以及反射层的远离第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层的一侧的表面。
优选地，反射层由碳纤维/钡酚醛树脂预浸料制得，从而可使隐身板具有良好的耐高温、抗烧蚀性能和力学强度，并且能使其的氧乙炔线烧蚀率控制在0.1mm/s左右。
优选地，反射层的厚度为0.7-0.9mm。更优地，反射层的厚度为0.8mm。此厚度范围能降低隐身板所具有的反射性能。
承上，吸波蜂窝芯层利用芳纶纸蜂窝芯的六边形孔洞结构及表面浸渍炭涂料所形成的，其表层导电性能实现对雷达波的散射和衰减，从而降低反射率。石英纤维/酚醛树脂预浸料可提高表层雷达波的透过率，减小表层的反射。酚醛树脂及石英纤维制品不仅具有良好的耐温性能和抗烧蚀性能，同时还具有较低的导热系数，可有效保护高温冲击时内部蜂窝结构的稳定。
进一步地，本发明实施例中的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件还包括用于增强隐身板的耐蚀程度的前勾板和后钢架，前勾板和后钢架分别连接于隐身板的相对的两端。优选地，前勾板与隐身板的连接处具有夹角；更优地，夹角为钝角。
上述前勾板和后钢架例如可采用钢板制作而成，成型后的前勾板和后钢架均具有内腔，内腔内注射有发泡剂发泡，也即填充泡沫，较佳地，泡沫的填充率达98％以上。作为可选地，上述泡沫优选为聚氨酯泡沫。
进一步，本发明实施例中的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件还包括加强筋，加强筋设置于隐身板的具有反射层的一侧的表面(烧蚀面)且加强筋的相对的两端分别连接于前勾板和后钢架。通过设置加强筋，可提高雷达隐身结构件的承力性能。
可选地，上述加强筋为十字加强筋，十字加强筋包括相互垂直且一体成型的第一筋条和第二筋条，第一筋条的相对的自由端分别与前勾板和后钢架连接，第二筋条的相对的自由端均连接于隐身板。优选地，十字加强筋为碳纤维复合型十字加强筋。
较佳地，上述加强筋的自由端均连接有钢条，钢条分别与前勾板、后钢架以及隐身板的侧壁固定连接，以使加强筋与隐身板、前勾板和后钢架连接更加稳定。
进一步，上述隐身板、前勾板、后钢架均设有用于与导弹发射车车体连接的螺纹预埋孔，螺纹预埋孔内填充有吸波腻子。
作为可选地，本发明实施例中的耐高温涂层为含有Zr元素的涂层。优选地，上述耐高温涂层为含有ZrO2的涂层。优选地，上述耐高温涂层的厚度为0.2-0.3mm。当雷达隐身结构件的外侧表面无反射层等蒙皮的保护时，其会直接暴露于高温环境中，将耐高温涂层设置为含有ZrO2的涂层且将其厚度设置为0.2-0.3mm，能够有效防止产品内部结构损坏，即可达到高温防护效果。
此外，现介绍一种上述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的制备方法，例如可包括以下步骤：制作隐身板本体，固化成型。固化例如可于110-130℃的条件下固化1.5-2.5h，优选于120℃的条件下固化2h。固化压力维持在0.1MPa。
制作十字加强筋，固化，该固化条件与上述固化条件一致。
制作前勾板和后钢架，完成内腔发泡。例如可经以下步骤得到：采用激光切割获得前勾板和后钢架的板材，经折弯机完成相应外形的成型，接缝处满焊，以保证结构强度。值得说明的是，前勾板的横截面与隐身板的横截面之间具有夹角，夹角优选为钝角。较佳地，向成型时前勾板和后钢架中预留的孔中灌注发泡剂，静置放置48±4h，待发泡剂发泡、固化完成后方进行后续加工。
对隐身板进行定位和加工外形，例如可将隐身板采用龙门铣床进行定位与加工。加工内容包括外形尺寸、周边台阶、锥形孔、密封槽和螺纹预埋孔等。
制作整体成型装配定位模具。为保证精度，可采用钢制材料加工。尺寸及角度按照产品尺寸生产，后钢架的两侧分别设有两个中心孔，两处中心孔分别对应模具上两处凸起的中心轴，中心孔的单边间隙为0.15±0.1mm，即装配后的极限偏差为0.3mm，满足车体总装技术要求。
将螺纹预埋件置入加工好的槽孔(螺纹预埋孔)中，螺纹打磨后粘接固定，将其放置在定位模具上，分别安放前勾板、后钢架和加强筋，接触面涂刷胶粘剂以实现密封和一定的连接强度。螺纹预埋孔的开孔长度为2.5-3.5mm，用汽油清洗螺纹预埋件表面油污，并用压敏胶带将螺纹封口，并将胶液滴入螺纹。打磨后于槽孔中涂刷胶粘剂粘接固定，并用吸波腻子将预埋件封盖，将螺纹预埋孔下沉的空间修补平整，以实现电连续性，提高隐身效能。
在前勾板、后钢架和加强筋开孔位置对应的隐身板上开孔，置入螺栓进行螺接加强固定，喷涂耐高温涂层。
于隐身板的表面铺设加强筋，固化，将前勾板与后钢架分别连接于隐身板的两端，然后于隐身结构件本体的烧蚀面涂覆耐高温涂层。例如可以按以下操作：将隐身板放置在定位模具上，分别安放前勾板、后钢架、十字架强筋，接触面涂刷胶粘剂以实现密封和一定的连接强度。整体包覆真空、升温固化。由此可实现各对接缝隙的密封和整体强度的提高，固化完成后，将隐身板结构件上前勾板、加强筋和后钢架上预留的螺孔与隐身板用螺栓连接，螺栓、螺母上均涂覆螺纹紧固胶。
承上所述，本发明实施例的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件中前勾板和后钢架内腔填充泡沫，可降低产品导热率，增强产品的保温性能；十字加强筋根据力学仿真计算后确定所需厚度，纵、横两翼中线与隐身板轴线重合，螺接固定后，可将隐身板中心受压变形最大区域的受力分散，加之钢条的置入和焊接固定可将整面所受到的0.1MPa压应力转化的对碳纤维加强筋的拉应力，大幅提高了整体的力学稳定性，降低产品承压形变量。采用后钢架中心孔定位的方式，使得产品在总装过程中，仅需控制卡盘和中心孔边缘间隙即可确保安装到位，节省大量安装调配时间和产品修配工作。
此外，本发明实施例还提供了一种上述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的应用，例如可将其用于导弹发射车中。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
请一并参照图2至图4，本实施例提供一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件10，其包括隐身板11、加强筋17、前勾板15和后钢架16和耐高温涂层13。其成型流程如图1所示。
隐身板11依次含有第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层112、第一吸波蜂窝芯层111、第二石英纤维/酚醛树脂预浸料层113、第二吸波蜂窝芯层115和第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层116。反射层117设置于第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层116的远离第二吸波蜂窝芯层115的一侧。耐高温涂层13设置于第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层112的远离第一吸波蜂窝芯层111的一侧的表面以及反射层117的远离第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层116的一侧的表面。石英纤维/酚醛树脂预浸料层与吸波蜂窝芯层之间由胶膜连接。
前勾板15和后钢架16分别连接于隐身板11的相对的两端，前勾板15与隐身板11的连接处具有钝角。
加强筋17为十字加强筋17，十字加强筋17包括相互垂直且一体成型的第一筋条171和第二筋条173，第一筋条171的相对的自由端分别与前勾板15和后钢架16连接，第二筋条173的相对的自由端均连接于隐身板11的具有反射层117的一侧的表面(烧蚀面)。加强筋17的力学仿真示意图如图5所示。
隐身板11、前勾板15、后钢架16均设有用于与导弹发射车车体连接的螺纹预埋孔18。
其中，隐身板11的厚度为18mm。第一吸波蜂窝芯层111和第二吸波蜂窝芯层115均依次经以下浓度梯度的炭黑溶液浸渍而得：3wt％、5.2wt％、7wt％和9wt％。反射层117以碳纤维/钡酚醛树脂预浸料制作而得，反射层117的厚度为0.7mm。前勾板15和后钢架16具有内腔，内腔填充有聚氨酯泡沫，泡沫的填充率达99％。耐高温涂层13为ZrO2涂层，其厚度为0.2mm。
实施例2
本实施例与实施例1的区别在于：隐身板的厚度为24mm。第一吸波蜂窝芯层和第二吸波蜂窝芯层均依次经以下浓度梯度的炭黑溶液浸渍而得：3.7wt％、6wt％、8.5wt％和11wt％。反射层的厚度为0.9mm。前勾板和后钢架内腔中泡沫的填充率达98.5％。耐高温涂层的厚度为0.3mm。
实施例3
本实施例与实施例1的区别在于：隐身板的厚度为21mm。第一吸波蜂窝芯层和第二吸波蜂窝芯层均依次经以下浓度梯度的炭黑溶液浸渍而得：3.35wt％、5.6wt％、7.75wt％和10wt％。反射层的厚度为0.8mm。前勾板和后钢架内腔中泡沫的填充率达99.5％。耐高温涂层的厚度为0.25mm。
实施例4
本实施例提供一种上述实施例1-3任一实施例所得的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的应用，也即将其用作导弹发射车平台结构件。
综上，本发明提供的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件结构简单，抗热冲击性能较好，整体隐身效果良好，能够实现隐身板结构和功能的一体化融合，不仅自身重量轻(质量不大于90kg)、强度高、抗烧蚀性能良好，同时还兼具一定的保温功能、易定位安装。将其用于导弹发射车中，可使导弹发射车符合现有装备轻量化和高性能化的要求。
以上所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，包括隐身板和耐高温涂层，所述耐高温涂层设置于所述隐身板的表面；
所述隐身板包括第一吸波蜂窝芯层以及覆盖于所述第一吸波蜂窝芯层的第二吸波蜂窝芯层；
优选地，所述第一吸波蜂窝芯层和所述第二吸波蜂窝芯层均依次经多个浓度梯度从小到大的炭黑溶液浸渍而得；
优选地，所述炭黑溶液中炭黑的浓度梯度从小到大分别为3-3.7wt％、5.2-6wt％、7-8.5wt％和9-11wt％；
优选地，所述隐身板的厚度为18-24mm。
2.根据权利要求1所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述耐高温涂层为含有Zr元素的涂层；
优选地，所述耐高温涂层为含有ZrO2的涂层；
优选地，所述耐高温涂层的厚度为0.2-0.3mm。
3.根据权利要求1所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述第一吸波蜂窝芯层的远离所述第二吸波蜂窝芯层的一侧设有第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层，所述第一吸波蜂窝芯层的靠近所述第二吸波蜂窝芯层的一侧设有第二石英纤维/酚醛树脂预浸料层，所述第二吸波蜂窝芯层的远离所述第一吸波蜂窝芯层的一侧设有第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层；
所述耐高温涂层设置于所述第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离所述第一吸波蜂窝芯层的一侧的表面以及所述第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离所述第二吸波蜂窝芯层的一侧的表面；
优选地，石英纤维/酚醛树脂预浸料层与吸波蜂窝芯层之间由胶膜连接。
4.根据权利要求3所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述隐身板还设有反射层，所述反射层设于所述第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离所述第二吸波蜂窝芯层的一侧；
所述耐高温涂层设置于所述第一石英纤维/酚醛树脂预浸料层的远离所述第一吸波蜂窝芯层的一侧的表面以及所述反射层的远离所述第三石英纤维/酚醛树脂预浸料层的一侧的表面；
优选地，所述反射层由碳纤维/钡酚醛树脂预浸料制得；
优选地，所述反射层的厚度为0.7-0.9mm；
更优地，所述反射层的厚度为0.8mm。
5.根据权利要求4所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件还包括用于增强所述隐身板的耐蚀程度的前勾板和后钢架，所述前勾板和所述后钢架分别连接于所述隐身板的相对的两端；
优选地，所述前勾板与所述隐身板的连接处具有夹角；
更优地，所述夹角为钝角。
6.根据权利要求5所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述前勾板和所述后钢架均具有内腔，所述内腔填充有泡沫；
优选地，所述泡沫为聚氨酯泡沫。
7.根据权利要求5所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件还包括加强筋，所述加强筋设置于所述隐身板的具有所述反射层的一侧的表面且所述加强筋的相对的两端分别连接于所述前勾板和所述后钢架。
8.根据权利要求7所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述加强筋为十字加强筋，所述十字加强筋包括相互垂直且一体成型的第一筋条和第二筋条，所述第一筋条的相对的自由端分别与所述前勾板和所述后钢架连接，所述第二筋条的相对的自由端均连接于所述隐身板；
优选地，所述十字加强筋为碳纤维复合型十字加强筋。
9.根据权利要求7所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件，其特征在于，所述隐身板、所述前勾板、所述后钢架均设有用于与导弹发射车车体连接的螺纹预埋孔，所述螺纹预埋孔内填充有吸波腻子。
10.一种如权利要求1-9任一项所述的轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件的应用，其特征在于，所述轻质化耐烧蚀雷达隐身结构件用于导弹发射车。
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