CN111224245A - 一种蜂窝电磁吸波加固结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种蜂窝电磁吸波加固结构。本发明在蜂窝结构孔壁和吸波涂层之间增加一层加固料层后，吸波频点左移，低频段(2‑8GHZ)吸波性能变好，实现2‑18GHZ的带宽内入射波能量超过90％的吸收。在不改变蜂窝结构孔的横截面形状和蜂窝结构高度h的条件下，机械强度大幅改善，相较传统的电磁吸波夹芯结构，其面外平压弹性模量和屈服强度均得到极大的提升。但本发明在增强保证机械性能的同时，实现相同的吸波能力，吸波加固结构所需的涂层厚度比传统吸波结构要小，由此减少了重量的增加。

Description

一种蜂窝电磁吸波加固结构

技术领域

本发明属于电子材料技术领域，特别涉及一种蜂窝电磁吸波加固结构。

背景技术

结构型隐身材料是在先进复合材料基础上发展起来的双功能复合材料，既能隐身又能承载，可成型各种形状复杂的部件，如机翼、尾翼、进气道等，不增加飞机的额外质量且有利于拓宽吸收频带，是当代隐身材料主要的发展方向。

夹层结构复合材料是一种典型的轻质、高强度、高刚度的结构设计方案，它将面板的高强度和高模量与夹芯的低密度和高刚性有机结合起来，在航空航天等领域中有着极其重要的应用价值。如模仿天然蜂巢的六边形蜂窝结构，由于重量轻，又有相当高的比强度和比刚度，因而被广泛地用作夹层结构的夹芯。

传统增强夹层结构复合材料机械强度的方法主要为改变夹芯横截面的形状(如方形，金字塔型结构)、设计多层结构以及增加夹芯的结构高度等。但是传统的吸波结构如微波暗室，超材料等考虑了吸波的性能及带宽但是并没有考虑实际应用中对于机械强度的较高要求，且其良好的吸收效能会带来结构厚度的急剧增加。同时以往对于蜂窝夹层结构的承载能力设计仅注重在屈服强度，能量吸收，弹性模量等一些力学性能的提升，目前并没有考虑在应用中，夹层结构所承担的力学承载能力及宽频吸波能力的匹配和干扰问题。

因此，如何改善雷达波吸收体的吸波性能并同时增强结构的机械强度已成为当前电磁波吸收技术领域一个亟待解决的问题。

发明内容

针对上述所提出的问题，为解决现有蜂窝夹层吸波结构不能保证其能够同时改善吸波性能和增强机械强度的问题，本发明提供了一种蜂窝电磁吸波加固结构及其设计方法。该结构在2-18GHZ的宽带范围内对入射的电磁波实现大于90％的有效吸收，尤其改善低频段的吸波性能，并且其面外平压弹性模量相较之前的蜂窝电磁吸波结构，增加了189％。其原理在于加固料中具有增强体成分，同时其涂覆在蜂窝表面，改变了蜂窝厚度和蜂窝结构的等效电磁参数。

该蜂窝电磁吸波加固结构包括底层金属底板和其上方的夹芯结构。

所述夹芯结构为蜂窝结构，蜂窝结构孔壁的表层依次均匀涂覆有加固料层和吸波涂层，即吸波涂层涂覆在加固料层的表层(如图2所示)。

所述蜂窝结构孔壁的等效相对介电常数实部为1.23≤ε_r≤1.29，损耗角正切为0.02≤tanδ_r≤0.05，等效相对磁导率实部为0.945≤μ_r≤1.005，损耗角正切为0.01≤tanδ_ε≤0.05；加固料层为树脂类涂料，其等效相对介电常数实部在2.6到3.5之间，损耗角正切为零，等效相对磁导率实部为0.995≤μ_r≤1.005，损耗角正切为0.001≤tanδ_ε≤0.005；吸波涂层在蜂窝孔内沿孔柱的轴向呈均分分布，其厚度为t₁。

进一步的，所述蜂窝结构孔的横截面为六边形、四边形或三角形。

进一步的，所述蜂窝结构采用芳纶纤维纸制成，蜂窝结构孔的横截面为六边形，(如图2所示)r为白蜂窝六边形蜂窝孔外边长，w为单层芳纶纸的厚度，t₀为加固料的厚度；吸波涂层在蜂窝孔内沿六棱柱的轴向呈均分分布，其厚度为t₁，整个周期蜂窝结构的高度为h。

本发明在蜂窝结构孔壁和吸波涂层之间增加一层加固料层后，吸波频点左移，低频段(2-8GHZ)吸波性能变好，实现2-18GHZ的带宽内入射波能量超过90％的吸收，如图3所示。在不改变蜂窝结构孔的横截面形状和蜂窝结构高度h的条件下，机械强度大幅改善，相较传统的电磁吸波夹芯结构，其面外平压弹性模量和屈服强度均得到极大的提升(如图6所示)。在一定涂层厚度范围内，随着吸波涂层厚度增加，传统吸波夹芯结构的吸波性能会随之增强，如图5所示。但本发明在增强保证机械性能的同时，实现相同的吸波能力，吸波加固结构所需的涂层厚度比传统吸波结构要小，由此减少了重量的增加。

附图说明

图1为实施例蜂窝吸波加固结构整体效果图；

图2为实施例蜂窝吸波加固结构蜂窝孔单元横截面的参数图；

图3为t₁＝0.01mm时传统蜂窝结构与本发明蜂窝结构的反射率曲线；

图4为t₁＝0.015mm时传统蜂窝结构与本发明蜂窝结构的反射率曲线；

图5为t₁＝0.01的加固蜂窝与t₁＝0.015,0.02的传统蜂窝结构的反射率；

图6为传统蜂窝结构与本发明蜂窝结构的压缩载荷-行程曲线；

图7为t₁＝0.02mm时传统蜂窝结构与本发明蜂窝结构的反射率曲线。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明做进一步的详细说明。

实施例1：蜂窝吸波加固结构，其具体尺寸参数为(单位mm)：r＝1.83，w＝0.1，t₀＝0.01，t₁＝0.01，h＝23。

通过设计得到的电磁吸波体，在均匀平面波垂直入射的条件下，在2-18GHZ具有至少-10dB以下的反射系数，其中6.8-18GHZ频段具有-15dB以下的反射系数，如图3所示。根据GB/T1453-2005标准，进行蜂窝芯平压性能试验，其结果如图6所示，根据载荷-行程曲线可以计算出，其面外平压弹性模量增加了189％，屈服强度增加了152％，可以明显看到弹性模量及屈服强度的增强。

实施例2：蜂窝吸波加固结构，其具体尺寸参数为(单位mm)：r＝1.83，w＝0.1，t₀＝0.01，t₁＝0.015，h＝23。

通过设计得到的电磁吸波体，在均匀平面波垂直入射的条件下，在2-18GHZ具有至少-10dB以下的反射系数，其中5-18GHZ频段具有-15dB以下的反射系数，如图4所示。且其面外压缩实验过程的载荷-位移曲线与实施例1相同，其原因在于此种加固结构的机械性能的改善主要依靠中间层的加固料，外表面吸波涂层的厚度变化对平压性能几乎没有影响。

实施例3：蜂窝吸波加固结构，其具体尺寸参数为(单位mm)：r＝1.83，w＝0.1，t₀＝0.01，t₁＝0.02，h＝23。

通过设计得到的电磁吸波体，在均匀平面波垂直入射的条件下，在2-18GHZ具有至少-5dB以下的反射系数，其中10-18GHZ频段具有-10dB以下的反射系数。如图7所示。吸波性能相比实施例1和2有所降低，其原因在于吸波涂层厚度增加，蜂窝结构的等效介电常数和磁导率与空气的匹配变差。且其面外压缩实验过程的载荷-位移曲线与实施例1相同，其原因在于此种加固结构的机械性能的改善主要依靠中间层的加固料，外表面吸波涂层的厚度变化对平压性能几乎没有影响。

综上可见，本发明在蜂窝结构孔壁和吸波涂层之间增加一层加固料层后，吸波频点左移，低频段(2-8GHZ)吸波性能变好，实现2-18GHZ的带宽内入射波能量超过90％的吸收，如图3所示。在不改变蜂窝孔的横截面形状和增加高度h的条件下，机械强度大幅改善，相较传统的蜂窝电磁吸波结构，其面外平压弹性模量增加了189％，屈服强度增加了152％(如图6所示)。并且本发明在增强保证机械性能的同时，实现相同的吸波能力，吸波加固结构所需的涂层厚度比传统吸波结构要小，由此减少了重量的增加。本发明提供的吸波结构可以改善雷达波吸收体的吸波性能并同时增强结构的机械强度。

Claims (3)

1.一种蜂窝电磁吸波加固结构，其特征在于：包括底层金属底板和其上方的夹芯结构；

所述夹芯结构为蜂窝结构，蜂窝结构孔壁的表层依次均匀涂覆有加固料层和吸波涂层，即吸波涂层涂覆在加固料层的表层；

所述蜂窝结构孔壁的等效相对介电常数实部为1.23≤ε_r≤1.29，损耗角正切为0.02≤tanδ_r≤0.05，等效相对磁导率实部为0.945≤μ_r≤1.005，损耗角正切为0.01≤tanδ_ε≤0.05；加固料层为树脂类涂料，其等效相对介电常数实部在2.6到3.5之间，损耗角正切为零，等效相对磁导率实部为0.995≤μ_r≤1.005，损耗角正切为0.001≤tanδ_ε≤0.005；吸波涂层在蜂窝孔内沿孔柱的轴向呈均分分布，其厚度为t₁。

2.如权利要求1所述蜂窝电磁吸波加固结构，其特征在于：所述蜂窝结构孔的横截面为六边形、四边形或三角形。

3.如权利要求1所述蜂窝电磁吸波加固结构，其特征在于：所述蜂窝结构采用芳纶纤维纸制成，蜂窝结构孔的横截面为六边形，r为白蜂窝六边形蜂窝孔外边长，w为单层芳纶纸的厚度，t₀为加固料的厚度；吸波涂层在蜂窝孔内沿六棱柱的轴向呈均分分布，其厚度为t₁，整个周期蜂窝结构的高度为h。

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