CN109638447A - 一种水密隔热天线罩及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水密隔热天线罩及其制备方法，涉及有机复合材料结构成型工艺技术领域。该天线罩由罩体、连接环、水密隔热层构成，罩体采用纤维增强树脂基复合材料，连接环采用低膨胀合金钢材料；罩体与连接环胶接装配后，在连接部位铺设复合材料水密隔热层，既保证了连接部位的密封性，又满足了金属连接环部位的隔热需求。本发明解决了水下发射飞行器天线罩的高可靠工作问题，满足了天线罩在透波、强度、水密、隔热、防锈等综合需求，实现简单。

Description

一种水密隔热天线罩及其制备方法

技术领域

本发明涉及树脂基复合材料结构成型工艺技术领域，具体涉及一种水密隔热天线罩及其制备方法。

背景技术

天线罩一般位于飞行器头部，多为锥形或半球形，是保证内部天线系统正常工作的重要构件，它既要承受飞行中的温度与载荷，又是无线电寻的制导系统的重要组成部分，需要有良好的透波性。对于水下发射的飞行器天线罩而言，除了要满足透波、防隔热及承载等功能外，还必须具有严格的水密要求，需承受数十米以上水压的工作条件。

天线罩材料主要包括无机陶瓷材料和有机复合材料两类。对于陶瓷材料，论文《复合陶瓷天线罩表面防潮性能的研究》(倪必红、肖志红，航天制造技术，2006年2月)指出陶瓷材料罩体吸潮率高达8％～10％，严重影响罩体的介电性能，并且随着自然环境的温度、湿度等变化其介电性能也随之变化，造成罩体的介电性能很不稳定，特别对于水下发射飞行器天线罩，罩体吸潮对性能的影响更大，还可能造成漏水等缺陷，因此需要进行防潮处理，该论文提出的方案是在罩体表面喷涂防潮涂层，但对于陶瓷材料天线罩来说，由于气孔率向，在水中的防潮效果不够理想，且陶瓷材料性脆，在水下工作时受到冲击容易开裂，因此陶瓷材料天线罩难以满足水下发射飞行器天线罩的工作要求。

纤维增强树脂基复合材料具有比强度高、吸湿性小、尺寸稳定性好、介电性能优良、微波透过率高以及制品结构可设计性强等优点，在水下发射飞行器天线罩方面应用优势明显。传统的天线罩一般通过螺钉连接或胶接等方式与连接环进行装配，论文《陶瓷天线罩与连接环胶接工艺研究》(韦其红、李伶、王重海、韦中华、王洪升，陶瓷，2009年)介绍了一种采用胶接工艺对天线罩罩体和连接环进行连接的方法，这种方法可以满足非水下工作飞行器天线罩的工作需求，但对于水下发射飞行器天线罩，连接部位水密能力不足，难以承受高压的水环境条件，可能由于水泄露而导致内部的天线系统受到损害，对飞行器的正常工作带来致命影响。当飞行器水下发射后在空气中飞行过程中，天线罩表面温度急剧升高，位于其底部的金属连接环导热快，从连接环部位传入的热量也会影响内部天线系统的正常工作，因此必须对连接环部位进行可靠的隔热防护。

解决天线罩的水密问题有多种方种，最常用方法是采用橡胶密封垫圈，通过螺钉压紧或螺纹旋紧，如专利CN 101087498 A《圆筒式水密耐压舱体》(李思忍、陈永华、龚德俊、徐永平、姜静波)介绍了一种采用O形圈进行密封的方法，由于无机陶瓷材料和有机复合材料天线罩均无法直接加工螺纹，难以直接使用密封圈进行密封；针对该问题，专利CN102022532 A《复合材料高压容器水密接口》(洪有财、赵涵、朱城海)采用将金属环预埋在复合材料容器壳体上，然后采用密封圈进行密封，这种预埋金属环的方法操作复杂，对于大尺寸的天线罩成型比较困难。专利CN 105415710 A《一种天线罩结构、其成型方法及其模具》(曾照勇、沈艳、陈振中、蒋海峰)介绍了一种罩体与连接环一体化制造的方法，这种方法可以有效解决天线罩的水密问题，但由于天线罩底部端面有8个螺柱，端面部位的密封较为困难。专利CN 1328821 C《一种水下潜艇用天线罩及其制备方法》(李彩球黄再满刘晓惠)介绍了一种分体式天线罩粘接密封的方法，由于其采用了“Z”字形的粘接接口，且分别采用结构胶和密封胶两种胶进行密封，提高了水密性能，但“Z”字形粘接接口对于罩体的成型和加工较为困难，且胶接的可靠性不高。

解决天线罩底部金属连接环隔热的常用方法是在连接环表面刷涂隔热涂层，如论文《短时高温工期作的透波隔热天线罩设计》(李燚，无线互联科技，2017年7月)介绍了采用透波隔热涂层进行热防护的方法，但由于隔热涂层结合力有限，飞行器天线罩在水下工作时，会由于高压水流冲击造成隔热涂层脱落。专利CN 105856589 A《耐高温隔热透波蜂窝C夹层天线罩一体化成型方法》(崔超、潘玲英、赵伟栋、蒋文革、刘含洋)介绍了一种采用夹层结构实现罩体隔热的方法，但该方法不适用于金属连接环的隔热。

发明内容

本发明的目的在于提供一种水密隔热天线罩及其制备方法，通过在天线罩罩体与连接环连接部位铺设复合材料水密隔热层，既保证了连接部位的密封，又满足了金属连接环部位的隔热需求，且实现方便。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种水密隔热天线罩，其特征包括：罩体、连接环、水密隔热层；

所述罩体为倒V形构造，其底部套在所述连接环的第一端；

所述罩体底部的外表面设有缺口，在连接环上设有和所述缺口齐平的台阶；且，

在所述连接环的第二端的台阶边缘设有凸台；

所述凸台的高度与所述缺口深度相等；

在罩体的缺口和连接环的台阶连接形成的预设空间里面设置所述水密隔热层；且，

所述水密隔热层的厚度与所述缺口深度相等。

优选地，所述罩体采用耐温透波纤维增强复合材料，增强纤维包括石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维；树脂包括含硅芳炔树脂、聚芳基乙炔树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂；

优选地，所述缺口宽度为20mm～30mm、深度为1mm～3mm，所述台阶宽度为30mm～40mm，所述凸台宽度为1mm～2mm。

优选地，所述罩体和连接环的接触处采用环氧或硅橡胶胶粘剂进行胶接，且胶接间隙为0.2mm～0.4mm。

优选地，所述水密隔热层采用若干层的纤维增强复合材料预浸布来铺层填充。

优选地，纤维增强复合材料预浸布的纤维为玻璃纤维或石英纤维，树脂为环氧或酚醛树脂；且，

纤维增强复合材料预浸布单层厚度为0.1mm～0.2mm，其固化温度为50℃～120℃。

优选地，在天线罩外表面喷涂防水涂层，其材料为有机硅树脂溶液。

一种水密隔热天线罩的制备方法，包含以下步骤：

步骤1，采用模具制作罩体，并加工连接环；

步骤2：在罩体底部外表面加工缺口，并在底部的内侧加工套在连接环第一端的内锥面；

步骤3：将罩体和连接环胶接，并在烘箱中进行固化；

步骤4：采用纤维增强预浸布在罩体和连接环的预设缺口位置进行铺层填充，并固化形成水密隔热层；

步骤5：对水密隔热层外表面进行修整；

步骤6：在天线罩外表面喷涂防水涂层，涂层材料为有机硅树脂溶液。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1.采用纤维增强复合材料制备的水密隔热层，即增强了天线罩罩体与连接环的水密性能，又满足了金属连接环的隔热需求；

2.与传统的罩体预埋金属环方案相比，本方法的天线罩罩体结构简单，在模具制造、增强体制备、罩体成型等方面实现方便；

3.底部铺设的水密隔热层强度高，可以承受水下工作时的高压水流冲刷和空气中飞行中的温度与载荷。

附图说明

图1为本发明的一种水密隔热天线罩的结构示意图；

图2为本发明的一种水密隔热天线罩的制备工艺流程图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，水密隔热天线罩由罩体1、连接环2、水密隔热层3构成，罩体1厚度为5mm～10mm的倒V形构造，其底部套在所述连接环2的第一端；罩体1底部的外表面设有宽度20mm～30mm、深度1mm～3mm缺口101，在连接环2上设有和缺口101底部齐平的台阶201，台阶201宽度为30mm～40mm，在连接环2的第二端的台阶201边缘设有宽度1mm～2mm凸台202，且凸台202的高度等于缺口101的深度；在罩体1的缺口101和连接环2的台阶201连接形成的预设空间里面设置所述水密隔热层3；且，所述水密隔热层3的厚度与所述缺口101深度相等。在这里凸台202可防止水密隔热层起毛等现象影响天线罩装配和密封，同时由于凸台202宽度较小，该部位对罩体隔热的影响可以忽略。

进一步地，罩体1采用耐高温透波纤维增强树脂基复合材料，增强纤维包括石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维；树脂包括含硅芳炔树脂、聚芳基乙炔树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂、环氧树脂；连接环2采用低膨胀合金钢材料；水密隔热层3采用纤维增强复合材料，纤维为玻璃纤维或石英纤维，树脂为环氧或酚醛树脂。

本发明的水密隔热天线罩制备工艺流程如图2所示，具体包含以下步骤：

步骤1，采用模压或RTM工艺制备纤维增强树脂基复合材料罩体1，为保证罩体1的强度的密封性能，罩体1的增强体优选2.5D整体编织结构，连接环2采用锻压的低膨胀合金钢坯体机械加工而成，并进行热处理；

步骤2：在罩体1底部车削加工环形缺口101，并加工与连接环装配的内锥面，锥度为1:5～1：10，装配间隙为0.2mm～0.4mm；

步骤3：将罩体1和连接环2采用环氧或硅橡胶胶粘剂胶接，为保证连接强度，连接环2的胶接面和贴覆水密隔热层的部位进行喷砂处理，采用46目棕刚玉磨料，喷砂压力为6kg/cm²～8kg/cm²；胶接后将罩体1和连接环2放入烘箱中进行加热，使胶充分固化，固化温度为80℃～120℃，固化时间为2h～4h，固化后胶层可承受180℃以上高温。

步骤4：采用纤维增强预浸布在罩体1和连接环2的装配位置外侧进行手工铺层，对缺口进行填充，预浸布单层厚度为0.1mm～0.2mm，每铺10层左右对铺层进行预压，保证层间压实；采用真空袋加压固化形成水密隔热层3，为避免影响罩体1和连接环的胶接强度，水密隔热层3选用低温固化的复合材料，固化温度为50℃～120℃。

步骤5：对水密隔热层3外表面进行修整，保证天线罩外形连续、光滑；

步骤6：在天线罩外表面喷涂防水涂层，涂层材料为有机硅树脂溶液，由有机硅树脂100份、无水乙醇100份、固化剂2份混合而成。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种水密隔热天线罩，其特征在于，所述天线罩包括：罩体(1)、连接环(2)、水密隔热层(3)；

所述罩体(1)为倒V形构造，其底部套在所述连接环(2)的第一端；

所述罩体(1)底部的外表面设有缺口(101)，在连接环(2)上设有和所述缺口(101)齐平的台阶(201)；且，

在所述连接环(2)的第二端的台阶(201)边缘设有凸台(202)；

所述凸台(202)的高度与所述缺口(101)深度相等；

在罩体(1)的缺口(101)和连接环(2)的台阶(201)连接形成的预设空间里面设置所述水密隔热层(3)；且，

所述水密隔热层(3)的厚度与所述缺口(101)深度相等。

2.如权利要求1所述的一种水密隔热天线罩，其特征在于，所述罩体(1)采用耐温透波纤维增强复合材料，增强纤维包括石英纤维、低介电玻璃纤维、高硅氧纤维；树脂包括含硅芳炔树脂、聚芳基乙炔树脂、酚醛树脂、氰酸酯树脂。

3.如权利要求1所述的一种水密隔热天线罩，其特征在于，所述缺口(101)宽度为20mm～30mm、深度为1mm～3mm，所述台阶(201)宽度为30mm～40mm，所述凸台(202)宽度为1mm～2mm。

4.如权利要求1所述的一种水密隔热天线罩，其特征在于，所述罩体(1)和连接环(2)的接触处采用环氧或硅橡胶胶粘剂进行胶接，且胶接间隙为0.2mm～0.4mm。

5.如权利要求1所述的一种水密隔热天线罩，其特征在于，所述水密隔热层(3)采用若干层的纤维增强复合材料预浸布来铺层填充。

6.如权利要求5所述的一种水密隔热天线罩，其特征在于，纤维增强复合材料预浸布的纤维为玻璃纤维或石英纤维，树脂为环氧或酚醛树脂；且，纤维增强复合材料预浸布单层厚度为0.1mm～0.2mm，其固化温度为50℃～120℃。

7.如权利要求1-6任一项所述的一种水密隔热天线罩，其特征在于，在天线罩外表面喷涂防水涂层，其材料为有机硅树脂溶液。

8.一种水密隔热天线罩的制备方法，其特征在于，利用权利要求1-6任一项所述的一种水密隔热天线罩，包含以下步骤：

步骤1，采用模具制作罩体(1)，并加工连接环(2)；

步骤2：在罩体(1)底部外表面加工缺口(101)，并在底部的内侧加工套在连接环第一端的内锥面；

步骤3：将罩体(1)和连接环(2)胶接，并在烘箱中进行固化；

步骤4：采用纤维增强预浸布在罩体(1)和连接环(2)的预设缺口位置进行铺层填充，并固化形成水密隔热层(3)；

步骤5：对水密隔热层(3)外表面进行修整；

步骤6：在天线罩外表面喷涂防水涂层，涂层材料为有机硅树脂溶液。