CN108521016A - 一种舰载雷达天线罩及其制造方法 - Google Patents

一种舰载雷达天线罩及其制造方法 Download PDF

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Abstract

一种舰载雷达天线罩及其制造方法，涉及一种雷达天线罩及其制造方法。为了解决传统工艺成型的拼装结构天线罩重量重，高、宽频段透波性能差的问题。本发明的制造方法首先在成型模具上涂脂基玻璃鳞片复合材料层作为成型外表面耐老化层；在已固化的树脂基玻璃鳞片复合材料层表面铺放第一层石英纤维方格布，然后沿与其接缝±45°、90°铺放第二层至第四层石英纤维方格布；然后铺放外蒙皮加强过渡层、泡沫芯层、蒙皮加强过渡层、内蒙皮层和辅助材料层，辅材层包括：脱模布、隔离膜、导流网、树脂快速流道、第一层真空袋膜、导气毡、第二层真空袋膜；采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型。本发明用于雷达天线罩的制造。

Description

一种舰载雷达天线罩及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种雷达天线罩的制造方法。
背景技术
天线罩又称电磁窗，是安装在雷达天线外面的保护罩，其主要用途是在不影响雷达天线发射或接受电磁波的条件下，防止恶劣环境对雷达天线正常工作状态的影响和干扰，确保雷达天线在各种工况下全天候正常运行，提高雷达天线可用度、使用寿命和可靠性，综合效益十分明显。
近几年，随着中国海军建设的快速发展，舰载雷达天线升级换代，大型水面舰艇用雷达天线罩的需求越来越大。而相对于地面用雷达天线罩，舰载雷达天线罩提出了一系列特殊要求，要求具有整流、承载、透波和环境适应性等多种功能。电性能指标不仅工作频段要求高，达到Ka高频段，而且频段带宽较大，要求多个频段工作，从下行L频段至上行Ka频段都有透波要求；结构上要求风速65m/s(18级飓风)罩体不破坏；罩体要具备疏水特性以及防盐雾、霉菌和湿热的环境适应性要求。
现有的直径在3米左右舰载雷达天线罩，由于罩体结构尺寸较大，多为拼装结构(见图1)，使结构重量相对较重，各单元零件的接口不仅防水性能较差，同时受拼接边材质和连接螺栓的影响，对电性能影响较大；长期使用的罩体外部积尘胶多，罩体外表面不具备疏水功能自洁能力差，内表面常生有霉菌。现有天线罩绝大多数采用传统手糊成型工艺生产，该工艺制造的产品受工人手工涂胶不均匀的影响，使得产品壁厚不均匀，造成高、宽频段透波率差，同时产品的层间粘接缺陷较多，受海上长期的湿热影响，天线罩经常发生层间分层继而出现表面鼓包的现象，对整罩性能和表观影响较大，随着热胀冷缩，鼓包分层的面积不断扩大，最终对罩体结构形成致命缺陷。采用传统成型工艺制造的该结构类型天线罩已不能满足该规格的舰载雷达天线和武器装备的作战需求。现急需一种能满足这些关键性能指标要求的雷达天线罩，从而来提高舰载雷达天线和武器装备的作战性能。
发明内容
本发明为了解决传统工艺成型的拼装结构天线罩重量重，防水性能差，高、宽频段透波性能差，内部层间粘接缺陷多，表面疏水和耐霉菌能力弱，使用寿命周期短等诸多问题。
一种舰载雷达天线罩，所述的舰载雷达天线罩是上部为球冠、下部为圆柱的壳结构，底部为向内翻或外翻的连接法兰；
所述的天线罩上部球冠和下部圆柱为雷达天线透波区(A)；所述的圆柱根部至连接法兰为非透波的结构加强区(B)；
所述的雷达天线透波区为复合材料夹层结构，所述该复合材料夹层结构的剖面材料由外侧向内侧依次包括：超疏水涂层(1)、外表面透波漆涂层(2)、外表面耐老化层(3)、外蒙皮层(4)、结构泡沫芯层(5)、内蒙皮层(6)、内表面透波漆涂层(7)和内表面耐霉菌涂层(8)；
所述超疏水涂层：超疏水涂层材料为纳米结构颗粒，疏水角120°以上；
所述外表面透波漆涂层：透波漆的成分为不含金属离子的丙烯酸聚氨酯材料；
所述外表面耐老化层：为树脂基玻璃鳞片复合材料层；所述的树脂基玻璃鳞片复合材料采用不饱和聚酯树脂胶衣和与其体积比为20％的玻璃鳞片均匀复合而成；
所述外蒙皮层：为树脂基增强纤维塑料层合板，树脂采用不饱和聚酯树脂，增强纤维采用石英纤维方格布，树脂基增强纤维塑料层合板共由4层石英石英纤维方格布分别沿0°、±45°和90°不同角度错缝铺放，若干个四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板；
所述泡沫芯层：采用PVC结构泡沫；
所述内蒙皮层：与外蒙皮层采用相同结构和材质；
所述内表面透波漆涂层：与外内表面透波漆涂层采用相同结构和材质；
所述内表面耐霉菌涂层：以环氧树脂为基体材料，在其内加入霉菌抑制剂。
所述的非透波结构加强区为复合材料夹层结构，所述复合材料夹层结构的剖面材料由外侧向内侧依次包括：超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、外蒙皮加强过渡层(401)、结构泡沫芯层、内蒙皮层、内蒙皮加强过渡层(601)、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层；非透波结构加强区的超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、外蒙皮加强过渡层、内蒙皮层、内蒙皮加强过渡层、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层与雷达天线透波区对应的超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、内蒙皮层、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层为一体结构；非透波结构加强区的外蒙皮层和内蒙皮层从圆柱下端开始分别逐渐变厚，形成外蒙皮加强过渡层和内蒙皮加强过渡层；内蒙皮加强过渡层、外蒙皮加强过渡层之间的结构泡沫芯层逐渐变薄，形成的厚度渐变形式的过渡区。
一种舰载雷达天线罩的制造方法，包括以下步骤：
在与雷达天线罩外形相同的成型模具上远离球冠的圆柱边缘上均布设置若干个树脂注入口，在成型模具的球冠和圆柱结合处或者附近均布设置若干树脂排出口，成型模具的球冠顶部设置若干树脂排出口；
成型外表面耐老化层：在成型模具上涂脂基玻璃鳞片复合材料层，即成型外表面耐老化层；该层为环氧树脂胶衣和与之体积比20％的玻璃鳞片复合材料混合材料，滚涂完成后待室温固化；
铺放外蒙皮层：在已固化的树脂基玻璃鳞片复合材料层表面均匀喷涂临时固定胶，然后将第一层石英纤维方格布沿与罩体轴向一致方向铺放，每个幅宽石英纤维方格布间对接铺放，当铺满整个模具表面后，在第一层石英纤维方格布上喷涂临时固定胶，沿与第一层石英纤维方格布接缝45°方向铺放第二层石英纤维方格布，后续依次按照与第一层石英纤维方格布接缝-45°和90°铺放第三层石英纤维方格布和第四层石英纤维方格布，若干个四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板；
铺放外蒙皮加强过渡层：所述铺放外蒙皮加强过渡层的过程中，在天线罩连接法兰向天线罩罩壁一侧铺放纤维布；
泡沫芯层曲面定型：泡沫进行打孔，孔径小于2mm通孔，孔间距40*40mm；将泡沫放置于与天线罩曲面一致的凹、凸曲面模具中夹紧，放入热烘箱加热定型，凹、凸曲面模具常温冷却后取出定型好的泡沫，对定型好的泡沫进行毛边切除；受曲面定型和泡沫原材料板幅宽影响，整罩需加工多块曲面泡沫；
泡沫芯层铺放和帖覆定位：在石英纤维方格布和与其粘接的泡沫芯层对应泡沫面上喷涂临时固定胶，将多个曲面泡沫按相应位置摆放到石英纤维方格布表面；将泡沫表面整体铺放一层真空袋膜，真空袋膜外沿至模具法兰处使用胶条密封，对真空袋膜内抽真空加压；
泡沫缝隙填充：对每个泡沫块间3mm～5mm缝隙使用发泡剂进行填充，发泡剂配方如下：将泡沫磨成细粉，分别混入异氰酸酯和聚醚多元醇中，混入量为异氰酸酯和聚醚多元醇为不流动的膏体状态；然后将异氰酸酯和聚醚多元醇混合均匀；在异氰酸酯和聚醚多元醇发生化学反应前将其涂覆到泡沫块的接缝中，待其反应发泡硬化后将多溢出的泡沫切除并打磨平整；铺放内蒙皮加强过渡层：与外蒙皮层加强过渡层采用相同工艺方法铺覆；
铺放内蒙皮层：与外蒙皮层采用相同工艺方法铺覆；
铺放辅助材料层：在内蒙皮表面依次铺放辅材层，辅材层包括：脱模布、隔离膜、导流网、树脂快速流道、第一层真空袋膜、导气毡、第二层真空袋膜；
脱模布：聚酯纤维编织布；
隔离膜：聚合物塑料；
导流网：为尼龙编织网；
树脂快速流道(20)：采用尼龙缠绕管，给树脂提供一个通道；树脂快速流道包括若干经线流道(201)和若干纬线流道(202)；纬线流道中的一条纬线流道沿着圆柱远离球冠一端的边缘，且连通边缘均布的若干个树脂注入口；纬线流道中的另一条纬线流道沿着球冠的纬线方向设置于球冠上；经线流道沿着球冠的经线方向和圆柱的轴向；沿着圆柱边缘的纬线流道连通全部经线流道的一端，球冠上的纬线流道连通全部或部分经线流道的另一端；
第一层真空袋膜(16)：采用尼龙聚酯材料；由第一层真空袋膜、第一真空袋膜密封胶条(15)和模具形成密封空间，对该密封空间进行抽真空加压，使其上述所铺放的材料在大气压力下贴合到位；
导气毡(17)：采用玻璃纤维表面毡；
第二层真空袋膜(18)：采用尼龙聚酯材料；由第二层真空袋膜、第二层真空袋膜密封胶条(19)和第一层真空袋膜形成密封空间，对该密封空间进行抽真空加压；
树脂准备：将不饱和聚酯树脂和固化剂进行混合搅拌均匀；
采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型：
将成型模具的树脂注入口(101)的管路连接至树脂注入端(E)，将真空负压设备管路连接至成型模具的树脂排出口(102)，第一层真空袋膜内真空压力需达到-0.06MPa～-0.08MPa，第二层真空袋膜真空压力需达到-0.08MPa～-0.1MPa；当每个树脂排出口都溢出树脂，并且在内表面看不到白色未被树脂浸润的区域，即可停止树脂注入，但需持续保持真空负压端的真空压力，直至树脂完全固化后，再停止真空负压；
后固化：将天线罩进行加温后固化；
内、外表面功能性漆层制作：
脱模和表面处理：将固化后的产品脱模，脱去成型模具和辅助材料层，使用丙酮将脱模后的天线罩内、外表面擦洗洁净；
在外表面喷涂氟碳漆，待氟碳漆固化后，使用目水砂纸进行表面打磨，将表面使用清水清洗干净并吹干，然后喷涂超疏水涂层；
在内蒙皮表面喷涂耐霉菌漆；
上所述工序完成后，对天线罩内、外表面功能性漆层进行加温后固化。
进一步地，所述铺放外蒙皮加强过渡层的过程中，在天线罩连接法兰向天线罩罩壁一侧铺放纤维布，铺放至天线罩罩壁距法兰边缘200mm处，即过渡区铺放高度为200mm，过渡区对应的纤维布铺放厚度由4mm至0.5mm渐变。
进一步地，所述的泡沫芯层曲面定型中将泡沫放入热烘箱加热定型的过程中，加热温度为80～90℃，恒温加热时间2h。
进一步地，所述的泡沫芯层铺放和帖覆定位过程，对真空袋膜内抽真空加压时真空压力大于-0.06MPa，时间大于0.5h。
进一步地，所述的泡沫缝隙填充过程中将异氰酸酯和聚醚多元醇按体积比1：1混合均匀。
进一步地，所述树脂准备过程中，将不饱和聚酯树脂和固化剂进行混合搅拌均匀，树脂凝胶时间控制在2～3小时固化，树脂粘度需控制在0.15～0.25Pa·s。
进一步地，所述的采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型后的后固化过程中，将天线罩进行加温后固化，该树脂的固化温度为60℃，固化时间8小时。
进一步地，所述的在外表面喷涂氟碳漆的过程中，氟碳漆喷涂2～3遍，每遍漆涂覆厚度20μm～25μm；所述的喷涂超疏水涂层的过程中，喷涂2遍，每遍涂覆厚度5～10μm；所述的在内蒙皮表面喷涂耐霉菌漆，喷涂2遍，每遍漆涂覆厚度75μm～100μm。
进一步地，所述的对天线罩内、外表面功能性漆层进行加温后固化时，固化温度为50℃，固化时间4小时。
本发明具有以下有益效果：
该舰载雷达天线罩成型采用VRIP(Vacuum Resin Infusion Process)真空树脂导入工艺进行成型，即采用干法铺放外蒙皮层、结构泡沫芯层、内蒙皮层，所铺设的外蒙皮层、内蒙皮层中的纤维布、泡沫芯层等均未浸润树脂，最后将树脂利用真空负压导入到模腔内的纤维材料层，进行整体共固化的一次成型工艺。
大尺寸、整体天线罩如果采用传统的手糊成型工艺制造，即每层纤维布都需人工使用工具将树脂进行浸渍，操作将非常困难，工作环境也非常恶劣，受树脂固化时间影响，需进行多层、多次进行树脂固化成型，很难保证产品厚度的均匀性、蒙皮层间和泡沫芯层间粘接的可靠性，以及手工树脂浸渍纤维和多次固化成型带来的含胶量较高(纤维层内含胶量为50％左右)、蒙皮厚度厚和产品重量大的问题；而本发明采用VRIP工艺整体、一次成型，是采用干法形式将所有纤维材料铺层都铺放完，最后将树脂导入到材料内，各铺层的铺放不再受树脂固化时间的影响，可进行精准的铺放定型工作，极大的提高了产品各材料层的均匀性；树脂在真空负压下在各层材料内进行扩散浸渍，纤维层内含胶量低为35％左右，整罩树脂用量减少1/4，整罩总重量减轻1/6，为舰体武器装备轻量化设计作出了贡献；而且保证了各材料层间粘接的可靠性和厚度均匀一致性，杜绝了天线罩表面鼓包分层的缺陷问题，极大的提高了天线罩的使用寿命、安全系数和可靠性，相比传统工艺制作的雷达天线罩，本发明制作的雷达天线罩寿命至少提升一倍以上。
同时，本发明方法制作的舰载雷达天线罩外表面输水能力强，能够进一步提高雷达天线罩寿命，并且本发明还具有较强的耐霉菌能力。雷达天线罩整体结构也决定了本发明具有优良的高、宽频段透波性能，相比传统工艺制造的雷达天线罩，本发明制作的雷达天线罩整体高、宽频段透波性能提升40％以上。相对传统敞模作业工艺，该工艺的树脂是在真空袋膜内部进行导入和浸润的，与空气隔绝，树脂内的苯乙烯等对人体有害的挥发气体不会溢出，使操作人员的作业环境非常友好，也是绿色环保的施工工艺方法。
附图说明
图1为现有的舰载雷达天线罩拼装结构示意图；
图2为具体实施方式一中的舰载雷达天线罩整体结构示意图；
图3为雷达天线透波区结构示意图；
图4为非透波的结构加强区结构示意图；
图5为采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型时对应的装置示意图；
图6为铺放辅助材料层时对应的辅助材料层结构示意图；
图7为树脂快速流道侧视结构示意图；
图8为图7的仰视结构示意图；
图9为舰载雷达天线罩的制造方法的工艺流程图。
具体实施方式
具体实施方式一：
一种舰载雷达天线是高、宽频段雷达的整体结构舰载雷达天线罩，其上部为球冠、下部为圆柱(或圆锥)的壳结构，底部为向内翻或外翻的连接法兰，如图2所示；安装时天线罩连接法兰与基座间采用螺栓紧固连接；
所述的天线罩上部球冠和下部圆柱(或圆锥)为雷达天线透波区A；所述的圆柱(或圆锥)根部至连接法兰为非透波的结构加强区B；
如图3所示，所述的雷达天线透波区为复合材料夹层结构，所述该复合材料夹层结构的剖面材料由外侧向内侧依次包括：超疏水涂层1、外表面透波漆涂层2、外表面耐老化层3、外蒙皮层4、结构泡沫芯层5、内蒙皮层6、内表面透波漆涂层7和内表面耐霉菌涂层8；
所述超疏水涂层：没有超疏水涂层的天线罩表面为超亲水型表面和中等亲水型表面，疏水角一般小于100°，雨水落在天线罩表面造成大面积浸湿，形成一定厚度的水膜，而水的透波性能很差，会严重影响雷达天线在降雨天气情况下的工作性能；增加了超疏水涂层的天线罩表面，该超疏水涂层材料为纳米结构颗粒，厚度10μm～20μm，疏水角可达120°以上，雨水落在天线罩表面犹如落在荷叶表面一般，自由滚落而不对罩体表面发生浸湿；如此设计的有益效果是：有效的提高了装备在降雨天气情况下的工作性能，同时也显著的提高了天线罩表面的耐污性能；
所述外表面透波漆涂层：透波漆的成分为不含金属离子的丙烯酸聚氨酯材料，厚度40μm～50μm，与舰载设备采用相同的防护色系；如此设计的有益效果是：经实验测试，该材料不仅是外侧的超疏水涂层优良的粘接底材，同时与内侧耐老化层粘接力强，不易发生漆层脱落，是一种优良的中间介质漆层；不仅如此，该材料关键还具备了优良的耐老化性和透波性；
所述外表面耐老化层：为树脂基玻璃鳞片复合材料层；所述的树脂基玻璃鳞片复合材料采用不饱和聚酯树脂胶衣和与其体积比为20％的玻璃鳞片均匀复合而成，厚度为100μm～150μm；如此设计的有益效果是：树脂胶衣层自身材料耐腐蚀性能优良，而均匀混入玻璃鳞片结构，其剖面类似砖墙网格结构，形成了叠加的多层玻璃鳞片的隔离层；极大的提高了天线罩壳体的耐老化性能；
所述外蒙皮层：为树脂基增强纤维塑料层合板，树脂采用不饱和聚酯树脂，增强纤维采用石英纤维方格布，单层石英石英纤维方格布厚度0.1mm，树脂基增强纤维塑料层合板共由4层石英石英纤维方格布分别沿0°、±45°和90°不同角度错缝铺放，四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板；如此设计的有益效果是：不饱和聚酯树脂工艺性和电性能优良，石英纤维布相对其它玻璃纤维布电性能最佳，复合成型的层合板介电常数小，电性能优异；石英石英纤维方格布不同角度错缝铺放，可以获得较大的面内剪切强度，使蒙皮各项受力趋于同性更加均衡；
所述泡沫芯层：采用PVC结构泡沫，泡沫密度为45kg/m3；如此设计的有益效果是：该泡沫相比常规天线罩用的聚氨酯泡沫材料结构性能、耐温性能和耐老化性能更加优良，同时大曲率球面热定型工艺性好，易于产品生产加工和质量保证；
所述内蒙皮层：与外蒙皮层采用相同结构和材质，效果相同；
所述内表面透波漆涂层：与外内表面透波漆涂层采用相同结构和材质，效果相同；
所述内表面耐霉菌涂层：以环氧树脂为基体材料，在其内加入霉菌抑制剂，是不含有生物毒性药物就能抑制霉菌生长发展的防护用涂层，涂层厚度150μm～200μm；如此设计的有益效果是：罩体内部环境虽没有外界条件苛刻，但内部长期处于阴暗湿热环境，该环境非常利于霉菌的滋生，造成对天下罩蒙皮和内部装备的霉菌腐蚀；涂覆的耐霉菌层可有效抑制霉菌生长，使罩体内壁长期使用如新，改善了罩体内部装备工作环境；
如图4所示，所述的非透波结构加强区为增厚的复合材料夹层结构，所述复合材料夹层结构的剖面材料由外侧向内侧依次包括：超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、外蒙皮加强过渡层401、结构泡沫芯层、内蒙皮层、内蒙皮加强过渡层601、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层；非透波结构加强区的超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、外蒙皮加强过渡层、内蒙皮层、内蒙皮加强过渡层、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层与雷达天线透波区对应的超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、内蒙皮层、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层为一体结构；非透波结构加强区的外蒙皮层和内蒙皮层从圆柱(或圆锥)下端(距法兰边缘200mm)开始分别逐渐变厚，形成外蒙皮加强过渡层和内蒙皮加强过渡层；内蒙皮加强过渡层、外蒙皮加强过渡层之间的结构泡沫芯层逐渐变薄，形成的厚度渐变形式的过渡区，过渡区对应的高度为200mm，过渡区对应外蒙皮加强过渡层和内蒙皮加强过渡层厚度从0.5mm渐变至4mm；如此设计的有益效果是：提高天线罩截球根部的整体刚度和强度，保证罩体受外力时载荷在天线罩体上的均匀传递，有效的提高了罩体的耐疲劳性和使用可靠性。
具体实施方式二：结合如图9说明本实施方式，
一种舰载雷达天线罩的制造方法，包括以下步骤：
成型模具D与雷达天线罩C的外形相同，在与雷达天线罩外形相同的成型模具上远离球冠的圆柱(或圆锥)边缘上均布设置若干个(设置为4个)树脂注入口101，在成型模具的球冠和圆柱(或圆锥)结合处或者附近均布设置若干(设置为8个)树脂排出口102，成型模具的球冠顶部设置若干(设置为1个)树脂排出口102；成型模具在产品成型后能够在脱模步骤中移除；成型模具具备一定的结构刚度、精准的尺寸和外形、完好的密封性、可拔模特性及产品成型所要求的抗热变形能力；
天线罩成型时成型模具的开口向上；即球冠部在下，圆柱(或圆锥)在上，便于工艺操作实施；
成型外表面耐老化层：在成型模具上使用毛滚滚涂脂基玻璃鳞片复合材料层，即成型外表面耐老化层；该层为环氧树脂胶衣和与之体积比20％的玻璃鳞片复合材料混合材料，胶衣用量根据涂覆面积要求精准计量，滚涂完成后待室温固化，该层厚度为100μm～150μm；
铺放外蒙皮层：在已固化的树脂基玻璃鳞片复合材料层表面均匀喷涂适量的临时固定胶，然后将第一层石英纤维方格布沿与罩体轴向一致方向铺放，每个幅宽石英纤维方格布间对接铺放，当铺满整个模具表面后，在第一层石英纤维方格布上喷涂适量的临时固定胶，沿与第一层石英纤维方格布接缝45°方向铺放第二层石英纤维方格布，后续依次按照与第一层石英纤维方格布接缝-45°和90°铺放第三层石英纤维方格布和第四层石英纤维方格布，四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板的一个单位；若干个四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板；实际上可以只设置一个四层石英纤维方格布作为脂基增强纤维塑料层合板；如此设计的有益效果是：石英石英纤维方格布不同角度错缝铺放，可以获得较大的面内剪切强度，使蒙皮各项受力趋于同性更加均衡；
铺放外蒙皮加强过渡层：所述铺放外蒙皮加强过渡层的过程中，在天线罩连接法兰向天线罩罩壁一侧铺放高强纤维布。
泡沫芯层曲面定型：泡沫进行打孔501，孔径小于2mm通孔，此孔为树脂流通孔，在后续加温进行泡沫芯层的曲面定型后该孔也为通孔，不会对树脂流通造成影响，孔间距40*40mm；将泡沫放置于与天线罩曲面一致的凹、凸曲面模具中夹紧，放入热烘箱加热定型，凹、凸曲面模具常温冷却后取出定型好的泡沫，使用样板对定型好的泡沫进行尺寸精准的毛边切除；受曲面定型和泡沫原材料板幅宽影响，整罩需加工多块曲面泡沫；
泡沫芯层铺放和帖覆定位：在石英纤维方格布和与其粘接的泡沫芯层对应泡沫面上喷涂适量临时固定胶，将多个曲面泡沫按相应位置摆放到石英纤维方格布表面；将泡沫表面整体铺放一层真空袋膜，真空袋膜外沿至模具法兰处使用胶条密封，对真空袋膜内抽真空加压；如此设计的有益效果是：由于曲面定型的泡沫与模具表面曲率存在误差，表面均匀加压后会使泡沫与模具表面铺覆的石英纤维布完全贴合并在纤维固定胶的作用下粘接固定；使每块泡沫间的接缝完全扩张到位；
泡沫缝隙填充：对每个泡沫块间3mm～5mm缝隙使用发泡剂进行填充，发泡剂配方如下：将泡沫磨成细粉，分别混入异氰酸酯和聚醚多元醇中，混入量为异氰酸酯和聚醚多元醇为不流动的膏体状态；然后将异氰酸酯和聚醚多元醇混合均匀；在异氰酸酯和聚醚多元醇发生化学反应前将其涂覆到泡沫块的接缝中，缝隙涂覆深度为泡沫厚度的1/2左右即可，待其反应发泡硬化后将多溢出的泡沫切除并打磨平整；如此设计的有益效果是：膏状发泡料发泡前不与外蒙皮纤维相接触，不会浸湿纤维，不影响后期产品成型质量；发泡填充缝隙可有效将不规则尺寸缝隙填充完整，使后期树脂导入不会出现因泡沫缝隙形成的流道而出现的树脂乱流现象，同时也不会因泡沫缝隙内积存过多的树脂胶液的固化收缩的条状纹理而影响天线罩表观质量；
铺放内蒙皮加强过渡层：与外蒙皮层加强过渡层采用相同工艺方法铺覆，效果相同；
铺放内蒙皮层：与外蒙皮层采用相同工艺方法铺覆，效果相同；
铺放辅助材料层(见图6)：在内蒙皮表面依次铺放辅材层，辅材层包括：脱模布11、隔离膜12、导流网14、树脂快速流道20、第一层真空袋膜16、导气毡17、第二层真空袋膜18；辅助材料层是产品成型过程中需要使用，产品成型后即移除掉的材料；
8层辅助材料层都各有其作用，缺一不可，如下所述：
脱模布11：聚酯纤维编织布，85g/m2；如此设计的有益效果是：产品成型后将该层布与制品剥离，形成内表面纹理均匀、无胶棱和毛刺的亚光表面；
隔离膜12：聚合物塑料，隔离膜的厚度0.25μm；隔离膜表面具有密集的微孔，可以高效的透过气体和树脂胶液，隔离膜自身材料与树脂不发生反应和粘接；如此设计的有益效果是：作用是为了防止发生粘接，便于后续辅材层后期的剥离；
导流网14：为尼龙编织网，交叉编织的网格间隙可形成导气和树脂流通的通道；如此设计的有益效果是：作用在于提高树脂在铺层上的渗透率，提高树脂导流速度和距离；
树脂快速流道20：采用尼龙缠绕管，给树脂提供一个截面积相对较大的通道；如图7和图8所示，树脂快速流道包括若干经线流道201和若干纬线流道202；纬线流道中的一条纬线流道沿着圆柱(或圆锥)远离球冠一端的边缘，且连通边缘均布的若干个(设置4个)树脂注入口；纬线流道中的另一条纬线流道沿着球冠的纬线方向设置于球冠上；经线流道沿着球冠的经线方向和圆柱(或圆锥)的轴向；沿着圆柱边缘的纬线流道连通全部经线流道的一端，球冠上的纬线流道连通全部或部分经线流道的另一端；树脂进入和排出口均经PAM-RTM树脂导流模拟软件仿真设计和试验验证，完全符合该尺寸外形和夹层结构设计的产品进行真空树脂导入工艺的实施；如此设计的有益效果是：树脂不仅可快速流过，同时可在缠绕管的接缝内快速向外扩散，而不会出现流道设计不合理造成的纤维浸润不完全的白斑现象，极大的提高了VRIP工艺的树脂浸润效率和纤维铺层浸润质量；
第一层真空袋膜16：采用尼龙聚酯材料；由第一层真空袋膜、第一真空袋膜密封胶条15和模具形成密封空间，对该密封空间进行抽真空加压，使其上述所铺放的材料在大气压力下贴合到位，袋膜内的压力值应满足设计要求，才可满足对树脂导入速度和距离的要求；
导气毡17：采用30g/m2玻璃纤维表面毡；如此设计的有益效果是：该毡层既具有良好的导气作用，同时较薄的丝网结构其透视性较好，便于后期透过真空袋膜观察内部树脂导入浸润情况；
第二层真空袋膜18：采用尼龙聚酯材料；由第二层真空袋膜、第二层真空袋膜密封胶条19和第一层真空袋膜形成密封空间，对该密封空间进行抽真空加压；如此设计的有益效果是：目的在于对第一层袋膜起到防漏备份的作用，关键起到树脂浸润完第一层袋膜内的产品铺层后，大气压力将降低，使制品含胶量和厚度增加，第二层真空袋膜内无树脂进入，可持续保持对真空压力，以保证产品厚度始终保持一致；
树脂准备：将不饱和聚酯树脂和固化剂按配方进行混合搅拌均匀；
采用VRIP(Vacuum Resin Infusion Process)真空树脂导入工艺整体、一次成型：
如图5和图6所示，将成型模具的树脂注入口101的管路连接至树脂注入端E，将真空负压设备管路连接至成型模具的树脂排出口102，第一层真空袋膜内真空压力需达到-0.06MPa～-0.08MPa，第二层真空袋膜真空压力需达到-0.08MPa～-0.1MPa；如图5所示，真空负压设备管路包括管路、真空设备F和树脂收集箱G，实际上真空设备F通过管路连接第二层真空袋膜和第一层真空袋膜形成密封空间，真空设备F同时通过管路连接到树脂收集箱G，脂收集箱G通过管路连接到成型模具的树脂排出口102；树脂在大气压力的作用下被导入模腔内，树脂将布设的放射状的快速流道迅速导入并充满，并同时向流道两侧浸渍分布，树脂浸渍直至最终汇集到各个树脂排出口处；图5中，天线罩被浸透的区域如C1所示，天线罩未被浸透的区域如C2所示；在复合材料层截面上看，树脂先流经辅材层，辅材层被树脂浸透后紧着着内蒙皮被浸透，然后树脂通过泡沫预打孔流入至外蒙皮，并将外蒙皮逐渐浸透；当每个树脂排出口都溢出树脂，并且在内表面看不到白色未被树脂浸润的区域，即可停止树脂注入，但需持续保持真空负压端的真空压力，直至树脂完全固化后，再停止真空负压；
后固化：将天线罩进行加温后固化；如此设计是为了使树脂的固化度、强度达到设计要求，使树脂内化学成分进行充分挥发，利于后续工序施工质量；
内、外表面功能性漆层制作：
脱模和表面处理：将固化后的产品脱模，脱去成型模具和辅助材料层，使用丙酮将脱模后的天线罩内、外表面擦洗洁净；
在外表面喷涂氟碳漆，待氟碳漆固化后，使用800～1000目水砂纸进行表面打磨，当表面均打磨到位后，将表面使用清水清洗干净并吹干，然后喷涂超疏水涂层；
在内蒙皮表面喷涂耐霉菌漆；
上所述工序完成后，对天线罩内、外表面功能性漆层进行加温后固化；如此设计是为了提高各层漆膜表面粘接力、漆膜固化度和表面硬度。
具体实施方式三：
本实施方式所述铺放外蒙皮加强过渡层的过程中，在天线罩连接法兰向天线罩罩壁一侧铺放高强纤维布，铺放至天线罩罩壁距法兰边缘200mm处，即过渡区铺放高度为200mm，过渡区对应的纤维布铺放厚度由4mm至0.5mm渐变。
其他步骤和参数与具体实施方式二相同。
具体实施方式四：
本实施方式所述的泡沫芯层曲面定型中将泡沫放入热烘箱加热定型的过程中，加热温度为80～90℃，恒温加热时间2h。
其他步骤和参数与具体实施方式二或三相同。
具体实施方式五：
本实施方式所述的泡沫芯层铺放和帖覆定位过程，对真空袋膜内抽真空加压时真空压力大于-0.06MPa，时间大于0.5h。
其他步骤和参数与具体实施方式二至四之一相同。
具体实施方式六：
本实施方式所述的泡沫缝隙填充过程中将异氰酸酯和聚醚多元醇按体积比1：1混合均匀。
其他步骤和参数与具体实施方式二至五之一相同。
具体实施方式七：
本实施方式所述树脂准备过程中，将不饱和聚酯树脂和固化剂按配方进行混合搅拌均匀，树脂凝胶时间控制在2～3小时固化，树脂粘度需控制在0.15～0.25Pa·s。
其他步骤和参数与具体实施方式二至六之一相同。
具体实施方式八：
本实施方式所述的采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型后的后固化过程中，将天线罩进行加温后固化，该树脂的固化温度为60℃，固化时间8小时。
其他步骤和参数与具体实施方式二至七之一相同。
具体实施方式九：
本实施方式所述的在外表面喷涂氟碳漆的过程中，氟碳漆喷涂2～3遍，每遍漆涂覆厚度20μm～25μm；所述的喷涂超疏水涂层的过程中，喷涂2遍，每遍涂覆厚度5～10μm。
其他步骤和参数与具体实施方式二至八之一相同。
具体实施方式十：
本实施方式所述的在内蒙皮表面喷涂耐霉菌漆，喷涂2遍，每遍漆涂覆厚度75μm～100μm。
其他步骤和参数与具体实施方式二至九之一相同。
具体实施方式十一：
本实施方式所述的对天线罩内、外表面功能性漆层进行加温后固化时，固化温度为50℃，固化时间4小时；如此设计是为了提高各层漆膜表面粘接力、漆膜固化度和表面硬度。
其他步骤和参数与具体实施方式二至十之一相同。

Claims (10)

1.一种舰载雷达天线罩，其特征在于，所述的舰载雷达天线罩是上部为球冠、下部为圆柱的壳结构，底部为向内翻或外翻的连接法兰；
所述的天线罩上部球冠和下部圆柱为雷达天线透波区(A)；所述的圆柱根部至连接法兰为非透波的结构加强区(B)；
所述的雷达天线透波区为复合材料夹层结构，所述该复合材料夹层结构的剖面材料由外侧向内侧依次包括：超疏水涂层(1)、外表面透波漆涂层(2)、外表面耐老化层(3)、外蒙皮层(4)、结构泡沫芯层(5)、内蒙皮层(6)、内表面透波漆涂层(7)和内表面耐霉菌涂层(8)；
所述超疏水涂层：超疏水涂层材料为纳米结构颗粒，疏水角120°以上；
所述外表面透波漆涂层：透波漆的成分为不含金属离子的丙烯酸聚氨酯材料；
所述外表面耐老化层：为树脂基玻璃鳞片复合材料层；所述的树脂基玻璃鳞片复合材料采用不饱和聚酯树脂胶衣和与其体积比为20％的玻璃鳞片均匀复合而成；
所述外蒙皮层：为树脂基增强纤维塑料层合板，树脂采用不饱和聚酯树脂，增强纤维采用石英纤维方格布，树脂基增强纤维塑料层合板共由4层石英石英纤维方格布分别沿0°、±45°和90°不同角度错缝铺放，若干个四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板；
所述泡沫芯层：采用PVC结构泡沫；
所述内蒙皮层：与外蒙皮层采用相同结构和材质；
所述内表面透波漆涂层：与外内表面透波漆涂层采用相同结构和材质；
所述内表面耐霉菌涂层：以环氧树脂为基体材料，在其内加入霉菌抑制剂；
所述的非透波结构加强区为复合材料夹层结构，所述复合材料夹层结构的剖面材料由外侧向内侧依次包括：超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、外蒙皮加强过渡层(401)、结构泡沫芯层、内蒙皮层、内蒙皮加强过渡层(601)、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层；非透波结构加强区的超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、外蒙皮加强过渡层、内蒙皮层、内蒙皮加强过渡层、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层与雷达天线透波区对应的超疏水涂层、外表面透波漆涂层、外表面耐老化层、外蒙皮层、内蒙皮层、内表面透波漆涂层和内表面耐霉菌涂层为一体结构；非透波结构加强区的外蒙皮层和内蒙皮层从圆柱下端开始分别逐渐变厚，形成外蒙皮加强过渡层和内蒙皮加强过渡层；内蒙皮加强过渡层、外蒙皮加强过渡层之间的结构泡沫芯层逐渐变薄，形成的厚度渐变形式的过渡区。
2.一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
在与雷达天线罩外形相同的成型模具上远离球冠的圆柱边缘上均布设置若干个树脂注入口，在所述成型模具的球冠和圆柱结合处或者附近均布设置若干树脂排出口，成型模具的球冠顶部设置若干树脂排出口；
成型外表面耐老化层：在成型模具上涂脂基玻璃鳞片复合材料层，即成型外表面耐老化层；该层为环氧树脂胶衣和与玻璃鳞片复合材料混合材料，滚涂完成后待室温固化；
铺放外蒙皮层：在已固化的树脂基玻璃鳞片复合材料层表面均匀喷涂临时固定胶，然后将第一层石英纤维方格布沿与罩体轴向一致方向铺放，每个幅宽石英纤维方格布间对接铺放，当铺满整个模具表面后，在第一层石英纤维方格布上喷涂临时固定胶，沿与第一层石英纤维方格布接缝45°方向铺放第二层石英纤维方格布，后续依次按照与第一层石英纤维方格布接缝-45°和90°铺放第三层石英纤维方格布和第四层石英纤维方格布，若干个四层石英纤维方格布构成了脂基增强纤维塑料层合板；
铺放外蒙皮加强过渡层：所述铺放外蒙皮加强过渡层的过程中，在天线罩连接法兰向天线罩罩壁一侧铺放纤维布；
泡沫芯层曲面定型：泡沫进行打孔，孔径小于2mm通孔；将泡沫放置于与天线罩曲面一致的凹、凸曲面模具中夹紧，放入热烘箱加热定型，凹、凸曲面模具常温冷却后取出定型好的泡沫，对定型好的泡沫进行毛边切除；受曲面定型和泡沫原材料板幅宽影响，整罩需加工多块曲面泡沫；
泡沫芯层铺放和帖覆定位：在石英纤维方格布和与其粘接的泡沫芯层对应泡沫面上喷涂临时固定胶，将多个曲面泡沫按相应位置摆放到石英纤维方格布表面；将泡沫表面整体铺放一层真空袋膜，真空袋膜外沿至模具法兰处使用胶条密封，对真空袋膜内抽真空加压；
泡沫缝隙填充：对每个泡沫块间3mm～5mm缝隙使用发泡剂进行填充，发泡剂配方如下：将泡沫磨成细粉，分别混入异氰酸酯和聚醚多元醇中，混入量为异氰酸酯和聚醚多元醇为不流动的膏体状态；然后将异氰酸酯和聚醚多元醇混合均匀；在异氰酸酯和聚醚多元醇发生化学反应前将其涂覆到泡沫块的接缝中，待其反应发泡硬化后将多溢出的泡沫切除并打磨平整；
铺放内蒙皮加强过渡层：与外蒙皮层加强过渡层采用相同工艺方法铺覆；
铺放内蒙皮层：与外蒙皮层采用相同工艺方法铺覆；
铺放辅助材料层：在内蒙皮表面依次铺放辅材层，辅材层包括：脱模布、隔离膜、导流网、树脂快速流道、第一层真空袋膜、导气毡、第二层真空袋膜；
脱模布：聚酯纤维编织布；
隔离膜：聚合物塑料；
导流网：为尼龙编织网；
树脂快速流道(20)：采用尼龙缠绕管，给树脂提供一个通道；树脂快速流道包括若干经线流道(201)和若干纬线流道(202)；纬线流道中的一条纬线流道沿着圆柱远离球冠一端的边缘，且连通边缘均布的若干个树脂注入口；纬线流道中的另一条纬线流道沿着球冠的纬线方向设置于球冠上；经线流道沿着球冠的经线方向和圆柱的轴向；沿着圆柱边缘的纬线流道连通全部经线流道的一端，球冠上的纬线流道连通全部或部分经线流道的另一端；
第一层真空袋膜(16)：采用尼龙聚酯材料；由第一层真空袋膜、第一真空袋膜密封胶条(15)和模具形成密封空间，对该密封空间进行抽真空加压，使其上述所铺放的材料在大气压力下贴合到位；
导气毡(17)：采用玻璃纤维表面毡；
第二层真空袋膜(18)：采用尼龙聚酯材料；由第二层真空袋膜、第二层真空袋膜密封胶条(19)和第一层真空袋膜形成密封空间，对该密封空间进行抽真空加压；
树脂准备：将不饱和聚酯树脂和固化剂进行混合搅拌均匀；
采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型：
将成型模具的树脂注入口(101)的管路连接至树脂注入端(E)，将真空负压设备管路连接至成型模具的树脂排出口(102)，第一层真空袋膜内真空压力需达到-0.06MPa～-0.08MPa，第二层真空袋膜真空压力需达到-0.08MPa～-0.1MPa；当每个树脂排出口都溢出树脂，并且在内表面看不到白色未被树脂浸润的区域，即可停止树脂注入，但需持续保持真空负压端的真空压力，直至树脂完全固化后，再停止真空负压；
后固化：将天线罩进行加温后固化；
内、外表面功能性漆层制作：
脱模和表面处理：将固化后的产品脱模，脱去成型模具和辅助材料层，使用丙酮将脱模后的天线罩内、外表面擦洗洁净；
在外表面喷涂氟碳漆，待氟碳漆固化后，使用目水砂纸进行表面打磨，将表面使用清水清洗干净并吹干，然后喷涂超疏水涂层；
在内蒙皮表面喷涂耐霉菌漆；
上所述工序完成后，对天线罩内、外表面功能性漆层进行加温后固化。
3.根据权利要求2所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述铺放外蒙皮加强过渡层的过程中，在天线罩连接法兰向天线罩罩壁一侧铺放纤维布，铺放至天线罩罩壁距法兰边缘200mm处，即过渡区铺放高度为200mm，过渡区对应的纤维布铺放厚度由4mm至0.5mm渐变。
4.根据权利要求3所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述的泡沫芯层曲面定型中将泡沫放入热烘箱加热定型的过程中，加热温度为80～90℃，恒温加热时间2h。
5.根据权利要求4所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述的泡沫芯层铺放和帖覆定位过程，对真空袋膜内抽真空加压时真空压力大于-0.06MPa。
6.根据权利要求5所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述的泡沫缝隙填充过程中将异氰酸酯和聚醚多元醇按体积比1：1混合均匀。
7.根据权利要求6所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述树脂准备过程中，将不饱和聚酯树脂和固化剂进行混合搅拌均匀，树脂凝胶时间控制在2～3小时固化，树脂粘度需控制在0.15～0.25Pa·s。
8.根据权利要求7所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述的采用VRIP真空树脂导入工艺整体、一次成型后的后固化过程中，将天线罩进行加温后固化，该树脂的固化温度为60℃，固化时间8小时。
9.根据权利要求2至8之一所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述的在外表面喷涂氟碳漆的过程中，氟碳漆喷涂2～3遍，每遍漆涂覆厚度20μm～25μm；所述的喷涂超疏水涂层的过程中，喷涂2遍，每遍涂覆厚度5～10μm；所述的在内蒙皮表面喷涂耐霉菌漆，喷涂2遍，每遍漆涂覆厚度75μm～100μm。
10.根据权利要求9所述的一种舰载雷达天线罩的制造方法，其特征在于，所述的对天线罩内、外表面功能性漆层进行加温后固化时，固化温度为50℃，固化时间4小时。
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