CN111525256B - 异质异构共形低rcs机载天线罩 - Google Patents

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Abstract

本发明公开的一种异质异构共形低RCS机载天线罩，涉及雷达隐身技术领域。本发明一个下述技术方案实现：蒙皮外罩(1)的中央透波区域外侧非透波区域与飞机外蒙皮共形，共同形成异质异构曲面一体的透波菱形口盖，透波菱形口盖的中央透波区域为S玻璃纤维复合环氧树脂复合材料的透波层，透波层外侧非透波区域为碳纤维复合环氧树脂材料的非透波层，透波层通过无缝共面连接非透波层，构成一个金属菱形过渡环(2)上连蒙皮外罩下连阵列天线体(6)，将透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体的共形天线罩组件。本发明解决了异质异构天线罩存在的异种材料之间的热胀冷缩问题。具有与飞机外蒙皮共形，低RCS，结构简单，天线。

Description

异质异构共形低RCS机载天线罩
技术领域
本发明涉及低雷达散射截面(RCS)雷达隐身技术领域，特别涉及一种异质异构共形低RCS机载天线罩。
背景技术
天线是一个电磁场辐射体，在降低其RCS的同时，还得保证天线的辐射特性，这也是一对矛盾体，需要一个折衷的方案。由于以上特征，对于天线RCS的缩减，不能采用上述外形隐身技术和吸波材料技术两种方法。但是对于天线所产生的雷达散射截面，又不可忽略不计。从射线的观点来看，散射场包括了因介质波阻抗突变而在物体表面上产生的反射，以及由于边缘、尖顶等物体表面不连续性引起的绕射等。从感应电流的观点来看，散射场来自于物体表面上感应电磁流和电磁荷的二次辐射。散射能量的空间分布称为散射方向图，它取决于物体的形状、大小和结构，以及入射波的频率、极化等。产生电磁散射的物体通常称为目标或散射体。雷达截面的定义是基于平面波照射下目标各向同性散射的概念。RCS是目标的一种假想的面积，通常被认为是一个“有效接收面积”的口径，该口径从通过的电磁波中截获能量，而出现在接收天线终端的接收功率则等于入射波功率密度乘以暴露在这个功率密度中的天线有效面积。由于天线是一个导行波和自由空间波的换能器，它的散射机理比普通散射体更为复杂。天线的散射通常包括两个部分：一部分是与散射天线负载情况无关的结构散射场，它是由于入射平面在天线结构上的感应电流或位移电流所产生的散射场，其散射机理与普通散射体机理相同。另一部分则是随天线负载情况而变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体所特有的散射。为了在机身内部安装天线，需要配套天线罩，天线罩要凸出机身，形成鼓包。突出在机身外部的天线多为刀型天线或鞭状天线。飞机上的这些传统的天线，无论是装在飞机内部，还是装在飞机外部，都对飞机的气动特性有不利的影响，还会增大飞机的RCS，在隐身飞机上使用时只能安装在飞行器的内部，这就需要用天线罩。天线罩是保护天线体(天线系统)免受外部环境(高低温、低气压、风雨、冰雪、砂尘、太阳辐射等)的影响的结构件。它对电气性能上的要求具有良好的电磁波穿透特性及阻抗匹配特性。机载天线罩还具有耐飞机振动冲击的结构强度、与蒙皮共形的气动特性要求。具备隐身性能的天线罩还必须具有低的RCS性能。天线罩外表面还需要具有与飞机同样的装饰性要求。低RCS载体平台在平台RCS限制下进一步要求降低其上开设的各种天线孔径的RCS，任何一个天线孔径处理不善都会对整机隐身性能带来极为不利的影响。因此，任何隐身平台都要在天线孔径隐身设计上投入很大的精力，天线孔径隐身设计是隐身平台设计不可或缺的组成部分。目前，天线孔径隐身主要有两种技术手段：一是通过加载隐身天线罩，阻止雷达波进入天线孔径；二是通过设计低RCS天线辐射体，缩减天线本身的电磁散射特性。对于隐身飞行器来说，天线罩的共形设计是实现射频综合和外形隐身的重要技术之一。但是，天线罩尤其是共形天线罩的电磁散射机理比普通散射体的散射机理复杂。雷达散射截面(RCS)表征了目标在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量。天线的散射包括两部分：一部分是与散射天线负载无关的结构项散射，它是由入射平面波在天线上的感应电流或位移电流所产生的散射场，其散射机理与普通散射体的散射机理相同：另一部分则是随天线的负载情况变化的天线模式项散射场，它是由于负载与天线不匹配而反射的功率经天线再辐射而产生的散射场，这是天线作为一个加载散射体而特有的散射。飞行器机载天线罩在保护天线的同时还兼顾可以改善气动外形的作用。机载天线会大大增加飞行器自身的飞行阻力，同时对天线的结构强度要求高，从而使机载天线过于笨重。机载天线大多数都是使用天线罩的，即使是共形阵列也需要与飞行器外形相似的保护罩。天线罩的种类繁复多样，按照不同的标准有着不同的分类。天线罩按结构形式分类，可以分为空间桁架式和薄壳式两大类。空间桁架天线罩采用自行支撑式结构设计。整个结构由坚固的刚性骨架及能透过电磁波的薄膜或其它多层蒙皮的自承结构构成。支撑骨架采用金属或介质材料。空间桁架式天线罩往往做成大型的地面或舰载天线罩。薄壳式天线罩采用均匀或者近似于各项同性的电介质材料制成一个平滑、被截割的球体或其它形状。
隐身天线罩主要是由透波区和非透波区两部分组成，透波区主要满足天线体的透波要求及环境防护要求，非透波区主要满足天线的环境要求，如导电性、结构强度及安装等要。传统的设计思路是将透波区和非透波区设计成两个独立的组件，再将两者组合而成，最后在共同形成的外表面涂覆吸波材料或油漆等。由于两种材质的热膨胀系数不一致，在结合部受温度影响产生应力，应力过大会撕裂外层的吸波材料或油漆层，形成裂纹，影响外观和对环境的防护能力。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，设计一种结构简单，具有与飞机外蒙皮共形，天线体安装方便，低RCS，满足天线的环境适应性要求的特点的共形低RCS异质异构机载天线罩，具备了更低的低雷达散射截面RCS特性、更便于天线体与天线罩的安装、以解决质异质异构多种材质天线罩热膨胀系数不一致天线罩外表面油漆易产生裂纹的问题。
本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种异质异构共形低RCS机载天线罩，包括：通过螺钉5固定在蒙皮外罩1内表面的金属菱形过渡环2和固联在金属材质菱形过渡环2中央透波区域下方的阵列天线体6，其特征在于：蒙皮外罩1的外表曲面与飞机外蒙皮共形，共同形成异质异构曲面一体的透波菱形口盖，透波菱形口盖的中央透波区域为S玻璃纤维复合环氧树脂材料的透波层，透波层外侧非透波区域为碳纤维复合环氧树脂材料的非透波层，透波层通过无缝共面连接非透波层，一个金属菱形过渡环2上连蒙皮外罩1下连阵列天线体6，将透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体6的共形天线罩组件。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
结构简单，本发明采用通过螺钉5固定在蒙皮外罩1内表面的金属菱形过渡环2和固联在金属材质菱形过渡环2中央透波区域下方的阵列天线体6，将阵列天线体6附着于蒙皮外罩1内表面，这种通过曲面共形设计，具有与飞机外蒙皮共形的天线外罩载体、结构简单、体积小、重量轻，天线体安装方便，并且成本低。金属菱形过渡环2上连蒙皮外罩1下连阵列天线体6，将透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体6的共形天线罩组件剖面低，更便于天线体与天线罩的安装。
低雷达散射截面RCS。本发明采用蒙皮外罩1的中央透波区域外侧非透波区域与飞机外蒙皮共形，在蒙皮外罩1的中央透波区域与外侧非透波区域共同形成菱形口盖，与飞机外蒙皮共同形成异质异构曲面一体的透波菱形口盖，一个金属菱形过渡环2上连蒙皮外罩1下连阵列天线体6，将透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体6的共形天线罩组件。中央透波区域采用S玻璃纤维复合环氧树脂材料作为透波层，透波层外侧非透波区域采用碳纤维复合环氧树脂材料作为非透波层，透波层通过无缝共面连接非透波层，透波层玻璃纤维与透波层外侧非透波区域采用的碳纤维复合环氧树脂材料采取相互交替层叠粘接的方式，具有相同的亲和力和结合力，解决了质异质异构多种材质天线罩热膨胀系数不一致，传统异质异构天线罩外表面油漆易产生裂纹的问题。由于两种材质结合部的受温度影响产生应力和热膨胀系数基本一致，不会撕裂外层的吸波材料或油漆层，形成裂纹，外观型面光滑，对环境的防护能力极高。透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体6的共形天线罩组件剖面低，具备了更低的RCS特性。通过透波区口盖菱形外形、斜面设计及喷涂吸波材料，能够有效降低RCS，同时具有带宽宽、增益高等优点。采用碳纤维与玻璃纤维的交错铺层设计，不仅具备了较强的机械性能，又能满足透波要求，更解决了异质异构天线罩先拼装再油漆带来的油漆层容易出现裂纹的问题。完全满足天线的电气性能要求、接地要求、隐身要求及环境适应性要求。
附图说明
图1为本发明异质异构共形低RCS机载天线罩的构造示意图。
图2是图1剖视图。
图3是图2局部剖视放大示意图。
图4是图1的仰视图。
图5是图4去掉天线体的视图。
图6是图3的断开放大示意图
图中：1-蒙皮外罩，2-过渡环，3-金属接地片，4-密封圈，5-螺钉，6-天线体，A-吸波材料层，B-油漆层。
以下结合图1-图6，对本发明技术方案进一步的说明：
具体实施方式
参阅图1-图6。在以下描述的优选实施例中，一种异质异构共形低RCS机载天线罩，包括：通过螺钉5固定在蒙皮外罩1内表面的金属菱形过渡环2和固联在金属材质菱形过渡环2中央透波区域下方的阵列天线体6，其特征在于：蒙皮外罩1的中央透波区域外表面与飞机外蒙皮共形，共同形成异质异构曲面一体的透波菱形口盖，透波菱形口盖的中央透波区域为S玻璃纤维复合环氧树脂材料的透波层，透波层外侧非透波区域为碳纤维复合环氧树脂材料的非透波层，透波层通过无缝共面连接非透波层，构成一个金属菱形过渡环2上连蒙皮外罩1下连阵列天线体6，将透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体6的共形天线罩组件。
蒙皮外罩1是与飞机蒙皮共型外形的曲面，由S玻璃纤维，碳纤维和环氧树脂不同材料混杂复合制作而成的菱形结构。口盖中央菱形区域周边无碳纤维，蒙皮外罩1外侧是喷涂有吸波材料和油漆进行表面处理的表面，并且油漆层B下为吸波材料层A。过渡环2为菱形金属环装结构，四周侧面制有斜面，并涂吸波材料。阵列天线体6的矩形底座的四角固定在渡环2菱形结构上。在过渡环2上与蒙皮外罩1之间安装的螺钉孔周围安装有满足防水要求的密封圈4。密封圈4为高抗撕硅橡胶材质。在过渡环2外侧与蒙皮外罩1之间粘贴有不锈钢材质的长方形金属接地片3，金属接地片与飞机的结构骨架接触，满足阵列天线体6装机后的接地要求。
以上所述为本发明较佳实施例，应该注意的是上述实施例对本发明进行说明，然而本发明并不局限于此，并且本领域技术人员在脱离所附权利要求的范围情况下可设计出替换实施例。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种异质异构共形低RCS机载天线罩，包括：通过螺钉（5）固定在蒙皮外罩（1）内表面的金属菱形过渡环（2）和固联在金属材质菱形过渡环（2）中央透波区域下方的阵列天线体（6），其特征在于：蒙皮外罩（1）的外表曲面与飞机外蒙皮共形，共同形成异质异构曲面一体的透波菱形口盖，透波菱形口盖的中央透波区域为S玻璃纤维复合环氧树脂材料的透波层，透波层外侧非透波区域为碳纤维复合环氧树脂材料的非透波层，透波层通过无缝共面连接非透波层，透波层玻璃纤维与透波层外侧非透波区域采用的碳纤维复合环氧树脂材料采取相互交替层叠粘接的方式，一个金属菱形过渡环（2）上连蒙皮外罩（1）下连阵列天线体（6），将透波区和非透波区共同覆盖阵列天线体（6）的共形天线罩组件。
2.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：蒙皮外罩（1）是与飞机蒙皮共型外形的曲面，由S玻璃纤维，碳纤维和环氧树脂不同材料混杂复合制作而成的菱形结构。
3.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：口盖中央菱形区域周边无碳纤维，蒙皮外罩（1）外表面是喷涂有吸波材料和油漆进行表面处理的表面，并且油漆层B下为吸波材料层A。
4.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：过渡环（2）为菱形金属环装结构，四周侧面制有斜面，并涂吸波材料。
5.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：阵列天线体（6）的矩形底座的四角固定在渡环（2）菱形结构上。
6.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：在过渡环（2）上与蒙皮外罩（1）之间安装的螺钉孔周围安装有满足防水要求的密封圈（4）。
7.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：密封圈（4）为高抗撕硅橡胶材质。
8.如权利要求1所述的异质异构共形低RCS机载天线罩，其特征在于：在过渡环（2）外侧与蒙皮外罩（1）之间粘贴有不锈钢材质的长方形金属接地片（3），金属接地片与飞机的结构骨架接触，满足阵列天线体（6）装机后的接地要求。
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