CN112757713B - 多功能防护与多频谱隐身结构及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多功能防护与多频谱隐身结构及其制备方法，该隐身结构具备可见光、红外、雷达多频谱高隐身性能与多功能防护性能。该隐身结构沿电磁波传播方向依次包括表层透波防护层组、第一吸波防护层组、第二吸波防护层组以及结构承载屏蔽层，第一吸波防护层组沿电磁波传播方向依次由多个耐冲击载荷结构层和高频吸波材料层交替排布构成，耐冲击载荷结构层采用透波蜂窝材料或硬质透波泡沫材料制备；第二吸波防护层组包括周期栅格结构和多个低频吸波防护层，低频吸波防护层设置在期栅格结构栅格单元内；低频吸波防护层沿电磁波传播方向由多个交替排列的防弹防护层和第一低频吸波材料层构成；结构承载屏蔽层用于隐身结构的结构承载和电磁屏蔽反射。

Description

多功能防护与多频谱隐身结构及其制备方法

技术领域

本发明属于隐身材料与防护材料设计技术领域，涉及一种多功能防护与多频谱隐身结构及其制备方法，尤其涉及一种多功能防护与兼容可见光、红外与雷达多频谱的隐身结构及其制备方法。

背景技术

战场环境下，地面武器装备主要会受到多种类型探测器的远程与抵近探测威胁，从探测器工作频谱来看，主要包含雷达、红外、可见光三种频谱。通过开展多频谱隐身与伪装设计，是降低其被发现并打击概率的重要技术途径之一；通过提高地面武器装备自身防护性能，是提高其在受到打击情况下生存概率的重要技术途径之一。因此，地面武器装备迫切需要通过应用多功能防护与兼容可见光、红外与雷达多频谱隐身的隐身结构护板或者壳体，以提高在战场环境下的生存能力。

地面武器装备传统防护结构采用金属材料或高强度复合材料制备，当需采取隐身设计时，一般是在其原防护结构表面喷涂吸波涂料，或在防护结构外侧额外增加伪装隐身结构或材料。但一般存在以下弊端：当严格控制隐身材料厚度、增重时，隐身材料应用较少，隐身效果较差或难以兼顾多频谱超宽频隐身；当优先保障隐身性能时，隐身材料需占用较大厚度空间，增重较大，且隐身材料易损坏，使用维护成本较高。

国内近几年开展了兼顾防护、隐身的吸波结构研究，并公开了部分技术成果，但仍存在一定局限性：专利申请CN111516340A公开了一种拥有一级隐身性能、防弹抗毁效果和高性能电磁屏蔽的复合材料体系，其不足之处在于，吸波材料层仅为吸波泡沫层，吸波材料厚度设计空间有限，且存在吸波泡沫材料普遍存在的吸波性能不稳定问题。专利申请CN210123261 U)公开了一种基于超材料吸波的隐身防弹板，其不足之处在于，隐身频段无法覆盖地面武器装备经常面临的探测威胁，且在部分频段内隐身效果不理想。

因此，有待于研制一种同时具备光学(包含可见光与红外)与P～Ka超宽频段雷达波多频谱隐身性能，耐复杂温度条件、耐湿热、防水、隔热等耐环境性能，耐磕碰、耐撞击、防弹等防护性能，以及良好承载性能的多功能防护与多频谱隐身结构。

发明内容

在下文中给出关于本发明的简要概述，以便提供关于本发明的某些方面的基本理解。应当理解，这个概述并不是关于本发明的穷举性概述。它并不是意图确定本发明的关键或重要部分，也不是意图限定本发明的范围。其目的仅仅是以简化的形式给出某些概念，以此作为稍后论述的更详细描述的前序。

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种多功能防护与多频谱隐身结构及其制备方法，该隐身结构具备可见光、红外、雷达多频谱高隐身性能与多功能防护性能。

根据一方面，提供一种多功能防护与多频谱隐身结构，沿电磁波传播方向，该隐身结构依次包括表层透波防护层组、第一吸波防护层组、第二吸波防护层组以及结构承载屏蔽层，其中：

表层透波防护层组用于实现所述隐身结构的表层防护以及隐身结构在可见光和红外波段的隐身和变形伪装；

第一吸波防护层组沿电磁波传播方向依次由多个耐冲击载荷结构层和高频吸波材料层以耐冲击载荷结构层-高频吸波材料层-耐冲击载荷结构层......高频吸波材料层的形式交替排布构成，所述耐冲击载荷结构层采用透波蜂窝材料或硬质透波泡沫材料制备，用于吸收外部冲击载荷能量；高频吸波材料层用于高频频段雷达波的匹配吸收；

第二吸波防护层组包括周期栅格结构和多个低频吸波防护层，周期栅格结构由周期排列的多个栅格单元构成，多个栅格单元与多个低频吸波防护层一一对应设置，低频吸波防护层设置在栅格单元上；所述低频吸波防护层沿电磁波传播方向依次由多个防弹防护层和第一低频吸波材料层以防弹防护层-第一低频吸波材料层-防弹防护层......第一低频吸波材料层的形式交替排列组成，第一低频吸波材料层用于低频频段雷达波的匹配吸收；

结构承载屏蔽层用于所述隐身结构的结构承载和电磁屏蔽反射。

进一步地，所述隐身结构还包括多个第二低频吸波材料层，与多个低频吸波防护层一一对应设置，第二低频吸波材料层将设置在栅格单元上的低频吸波防护层进行周向包覆，用于增强栅格结构在斜入射状态下低频频段的谐振吸波效果。

进一步地，所述第一低频吸波材料层和第二低频吸波材料层均采用磁损耗低频吸收剂制备，相应吸收剂种类为金属粉微粒；所述高频吸波材料层采用磁损耗或电损耗吸收剂制备，相应吸收剂种类为碳黑或金属粉微粒。

进一步地，多个所述高频吸波材料层分为若干组，每一组至少包含一层高频吸波材料层，且每一组的高频吸波材料层中吸收剂浓度保持一致，沿电磁波传播方向，各组之间的吸收剂的浓度呈梯度上升变化。

进一步地，多个所述第一低频吸波材料层分为若干组，每一组至少包含一层第一低频吸波材料层，且每一组的第一低频吸波材料层中吸收剂浓度保持一致，沿电磁波传播方向，各组之间的吸收剂的浓度呈梯度上升变化。

进一步地，所述表层透波防护层组沿电磁波传播方向依次由多光谱迷彩涂层和透波防护层组成，其中，多光谱迷彩涂层采用可见光、红外波段多色迷彩涂料制成；透波防护层采用透波纤维增强树脂基复合材料制成。

进一步地，所述栅格单元形状选自三角形、正方形、长方形、菱形、六边形中的一种，周期为50mm-500mm，多个栅格单元为等周期排布或渐变周期循环排布。

进一步地，所述防弹防护层采用超高分子量聚乙烯纤维材料制成；和/或，所述结构承载屏蔽层采用碳纤维增强复合材料或金属材料制成；和/或，所述周期栅格结构采用导电屏蔽材料制成。

进一步地，任意透波防护层的厚度为0.2mm-5mm，采透波防护层用透波纤维增强树脂基复合材料的介电常数不大于4.5；和/或，多光谱迷彩涂层的厚度为0.02mm-0.2mm；和/或，防弹防护层厚度为0.2mm-2mm，层数为5-25层，其介电常数不大于5。

根据另一方面，提供上述一种多功能防护与多频谱隐身结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备结构承载屏蔽层；

步骤二、制备周期栅格结构，并将所述周期栅格结构与所述结构承载屏蔽层连接固定；

步骤三、制备第一吸波防护层组、多个低频吸波防护层，并将连接周期栅格结构的结构承载屏蔽层置于模具内，或者以之为模具，按照隐身结构的组成，在周期栅格结构的各个栅格单元上低频吸波防护层的铺覆，完成后，进行第一吸波防护层组的铺覆；其中，低频吸波防护层与第一吸波防护层组之间以及低频吸波防护层和栅格单元之间均涂刷树脂胶液；低频吸波防护层的各层之间以及第一吸波防护层组的各层之间均涂刷树脂胶液，并通过加压固化成型；

步骤四、制备透波防护层，并在第一吸波防护层组上铺覆透波防护层，且两者之间涂刷树脂胶液，然后通过加压固化成型；

步骤五、将步骤四所得结构从模具内脱模，并在该结构的透波防护层表面喷涂多色迷彩涂料以形成多光谱迷彩涂层。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

第一、通过设计分散于耐冲击载荷结构层和防弹防护层之间经匹配设计的高频吸波材料层与第一低频吸波材料层，在足够的厚度空间内先后对入射高频雷达波和低频雷达波进行分层吸收，且以耐冲击载荷结构层与防弹防护层作为低介电介质层，分散于其中，充分拓展吸波材料在空间上的分布厚度，能够实现超宽频段电磁波在吸波结构内部的分层吸收，降低电磁波在材料分层之间反射回入射方向的比例，可以很好地实现低高频兼容的超宽频高隐身吸波结构设计；并且，通过设计多个低频吸波防护层与周期栅格结构相配合，通过周期结构谐振吸波原理，在无需明显增大结构厚度的情况下能够进一步增强重点低频频段的雷达吸波效果；

第二、设计高频、低频吸波材料层电磁参数沿电磁波入射方向逐步变化，也即将电磁波吸收剂的浓度分组，且各组浓度相同，组之间浓度呈上升的梯度变化，且梯度变化精确可控，克服了现有技术中电磁波吸收剂单一浓度时所造成的隐身材料吸波性能不高以及吸波频带难以进一步向宽频扩展的缺点；

第三、本发明隐身结构作为防护材料时，多光谱迷彩涂层、透波防护层具有良好的耐划伤、耐磕碰性能以及良好耐复杂环境性能；耐冲击载荷结构层具有良好的抗变形能力，在受到轻度或中度撞击时具有良好吸能作用而保护整个吸波结构不易产生凹陷、开裂、破碎等结构损伤；在受到子弹等猛烈撞击时，防弹防护层的良好强度能够保护整个吸波结构不会被击穿；低频吸波材料层通过多层分散铺层，不仅能够使得吸波材料层不至于因厚度过大导致结构变脆，还能够起到一定吸能缓冲作用，增强结构的防护性能；结构承载屏蔽层既能作为吸波结构的屏蔽底层，也能作为承载结构与应用部位结构融合，具备良好结构承载能力；

第四、本发明通过多层结构电性能与力学性能分层匹配设计，实现可见光、红外、高频雷达波、低频雷达波逐层匹配吸波与周期谐振吸波效果，以及复杂条件下的防护效果，本发明隐身结构同时具备光学(包含可见光与红外)与P～Ka超宽频段雷达波多频谱隐身性能，耐复杂温度条件、耐湿热、防水、隔热等耐环境性能，耐磕碰、耐撞击、防弹等防护性能，以及良好承载性能的优点，可解决地面武器装备多功能防护与多频隐身一体化设计问题，具备广泛适用性。

附图说明

所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解，其构成了说明书的一部分，用于例示本发明的实施例，并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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的附图。

图1示出了根据本发明实施例提供的一种多功能防护与多频谱隐身结构的结构示意图；

上述附图中包括以下附图标记：

1、表层透波防护层组；2、第一吸波防护层组；3、第二吸波防护层组；4、结构承载屏蔽层；5、多光谱迷彩涂层；6、透波防护层；7、耐冲击载荷结构层；8、高频吸波材料层；9、周期栅格结构；10、防弹防护层；11、第一低频吸波材料层；12、第二低频吸波材料层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。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。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

本发明一实施例，如图1所示，提供一种多功能防护与多频谱隐身结构，沿电磁波传播方向，该隐身结构依次包括表层透波防护层组1、第一吸波防护层组2、第二吸波防护层组3以及结构承载屏蔽层4，其中：表层透波防护层组1用于实现所述隐身结构的表层防护以及隐身结构在可见光和红外波段的隐身和变形伪装；第一吸波防护层组2沿电磁波传播方向依次由多个耐冲击载荷结构层7和高频吸波材料层8以耐冲击载荷结构层-高频吸波材料层-耐冲击载荷结构层......高频吸波材料层的形式交替排布构成，所述耐冲击载荷结构层7采用透波蜂窝材料或硬质透波泡沫材料制备；高频吸波材料层8用于高频频段雷达波的匹配吸收；第二吸波防护层组3包括周期栅格结构9和多个低频吸波防护层，周期栅格结构9由周期排列的多个栅格单元构成，多个栅格单元与多个低频吸波防护层一一对应设置，低频吸波防护层设置在栅格单元上；所述低频吸波防护层沿电磁波传播方向依次由多个防弹防护层10和第一低频吸波材料层11以防弹防护层-第一低频吸波材料层-防弹防护层......第一低频吸波材料层的形式交替排列组成；第一低频吸波材料层11用于低频频段雷达波的匹配吸收；结构承载屏蔽层4用于所述隐身结构的结构承载和电磁屏蔽反射。

本实施例中，所述的高频吸波材料层8用于高频频段雷达波的匹配吸收，此处的高频频段雷达波通常是指X、Ku、K、Ka频段雷达波或设计频段内较高频段雷达波；所述的第一低频吸波材料层11和第二低频吸波材料层12均用于低频频段雷达波的匹配吸收，此处的低频频段雷达波通常是指P、L、S、C频段雷达波或设计频段内较高频段雷达波：

本实施例中，第一吸波防护层组2为耐冲击载荷结构层7和高频吸波材料层8交替排布构成，各层数量与厚度可根据耐冲击载荷强度设计需求、雷达吸波性能要求以及与第二吸波防护层组3电性能匹配要求设计确定。

本实施例中，所述多功能防护与多频谱隐身结构厚度一般为22mm-45mm，面密度不大于25kg/m²。

本实施例中，耐冲击载荷结构层7为透波蜂窝材料或硬质透波泡沫材料中的一种形成的承载、维形、匹配透波功能层，每层下方布置一层高频吸波材料层8，其较低的介电常数有利于提高吸波结构宽频吸波性能。

可见，本实施例通过设计分散于耐冲击载荷结构层7和防弹防护层10之间经匹配设计的高频吸波材料层8与第一低频吸波材料层11，在足够的厚度空间内先后对入射高频雷达波和低频雷达波进行分层吸收，且以耐冲击载荷结构层7与防弹防护层10作为低介电介质层，分散于其中，充分拓展吸波材料在空间上的分布厚度，能够实现超宽频段电磁波在吸波结构内部的分层吸收，降低电磁波在材料分层之间反射回入射方向的比例，可以很好地实现低高频兼容的超宽频高隐身吸波结构设计；并且，通过设计多个低频吸波防护层与周期栅格结构9相配合，通过周期结构谐振吸波原理，在无需明显增大结构厚度的情况下能够进一步增强重点低频频段的雷达吸波效果；并且本发明隐身结构作为防护材料时，表层透波防护层组1具有良好的耐划伤、耐磕碰性能以及良好耐复杂环境性能；耐冲击载荷结构层7具有良好的抗变形能力，在受到轻度或中度撞击时具有良好吸能作用而保护整个吸波结构不易产生凹陷、开裂、破碎等结构损伤；在受到子弹等猛烈撞击时，防弹防护层10的良好强度能够保护整个吸波结构不会被击穿；低频吸波材料层通过多层分散铺层，不仅能够使得吸波材料层不至于因厚度过大导致结构变脆，还能够起到一定吸能缓冲作用，增强结构的防护性能；结构承载屏蔽层4既能作为吸波结构的屏蔽底层，也能作为承载结构与应用部位结构融合，具备良好结构承载能力；也即本发明通过多层结构电性能与力学性能分层匹配设计，实现可见光、红外、高频雷达波、低频雷达波逐层匹配吸波与周期谐振吸波效果，以及复杂条件下的防护效果，本发明隐身结构同时具备光学(包含可见光与红外)与P～Ka超宽频段雷达波多频谱隐身性能，耐复杂温度条件、耐湿热、防水、隔热等耐环境性能，耐磕碰、耐撞击、防弹等防护性能，以及良好承载性能的优点，可解决地面武器装备多功能防护与多频隐身一体化设计问题，具备广泛适用性。

在上述实施例中，为了进一步保证低频频段雷达波的匹配吸收，所述隐身结构还包括多个第二低频吸波材料层12，与多个低频吸波防护层一一对应设置，第二低频吸波材料层12将设置在栅格单元上的低频吸波防护层的进行周向包覆，用于增强栅格结构在斜入射状态下低频频段的谐振吸波效果。

本实施例中，第二低频吸波材料层12的吸收剂浓度不低于第一低频吸波材料层11的吸收剂浓度。

在上述实施例中，为了实现高频吸波材料层8对高频频段雷达波的匹配吸收，所述高频吸波材料层8采用磁损耗或电损耗吸收剂制备，所述吸收剂种类为碳黑或金属粉微粒。

其中，可通过调节每层吸波材料层的吸收剂种类、浓度或每层厚度控制电磁参数，实现高频频段雷达波的匹配吸收，获得良好高频吸波性能，并透射低频雷达波，匹配低频吸波材料层吸波效果。

在上述实施例中，为了克服现有技术中电磁波吸收剂单一浓度时所造成的隐身材料吸波性能不高以及吸波频带难以进一步向宽频扩展的缺点，多个所述高频吸波材料层8分为若干组，每一组至少包含一层高频吸波材料层8，且每一组的高频吸波材料层8中吸收剂浓度保持一致，沿电磁波传播方向，各组之间的吸收剂的浓度呈梯度上升变化。

在上述实施例中，为了实现对低频频段雷达的匹配吸收，所述第一低频吸波材料层11和第二低频吸波材料层12均采用磁损耗低频吸收剂制备，所述吸收剂种类为金属粉微粒。

在上述实施例中，为了克服现有技术中电磁波吸收剂单一浓度时所造成的隐身材料吸波性能不高以及吸波频带难以进一步向宽频扩展的缺点，多个所述第一低频吸波材料层11与防弹防护层10分为若干组，每一组至少包含一层第一低频吸波材料层11，且每一组的第一低频吸波材料层11中吸收剂浓度保持一致，沿电磁波传播方向，各组之间的吸收剂的浓度呈梯度上升变化。

在上述实施例中，为了实现所述隐身结构的表层防护以及隐身结构在可见光和红外波段的隐身和变形伪装，所述表层透波防护层组1沿电磁波传播方向依次由多光谱迷彩涂层5和透波防护层6组成，其中，多光谱迷彩涂层5采用可见光、红外波段多色迷彩涂料制成；透波防护层6采用透波纤维增强树脂基复合材料制成。

也即，本发明隐身结构作为可见光与红外隐身材料时，位于吸波结构最外层的多光谱迷彩涂层5，通过不同颜色迷彩伪装图案设计控制其颜色分块与发射率，在可见光与红外波段实现隐身与变形伪装。

作为本发明一种具体实施例，多光谱迷彩涂层5主要以三色迷彩为主，可以兼顾远距离与近距离变形视觉效果，确保良好的伪装效果，同时有利于减少迷彩喷涂作业的繁杂性，提高施工效率。

作为本发明一种具体实施例，透波防护层6为芳纶纤维、玻璃纤维、石英纤维、聚对苯撑苯并双噁唑纤维(PBO纤维)中的一种形成的增强树脂基复合材料，具备透波、耐划伤、耐磕碰的功能，较低的介电常数有利于通过提高透波防护层6匹配透波性能以提高隐身结构宽频吸波性能。

在上述实施例中，为了保证重点隐身频段的隐身效果，所述栅格单元形状选自三角形、正方形、长方形、菱形、六边形中的一种，周期为50mm-500mm，多个栅格单元为等周期排布或渐变周期循环排布。

在上述实施例中，为了保证隐身材料的防弹效果，所述防弹防护层10采用超高分子量聚乙烯纤维材料制成，防弹防护层10厚度为0.2mm-2mm，层数为5-25层，其介电常数不大于5。

本实施例中，防弹防护层10由透波防弹材料构成，并与第一低频吸波材料层11交替排布，具备防护作用，防弹防护层10较低的介电常数可以兼容隐身结构宽频吸波设计，防弹防护层10厚度为0.2mm-2mm，层数为5-25层，厚度空间足够时，也可进一步增加PE防护层数量。

作为本发明一种具体实施例，所述结构承载屏蔽层4采用碳纤维增强复合材料或金属材料制成。其中，结构承载屏蔽层4由碳纤维或金属材料中的一种构成，其特征电导率大于50S/m，起电磁屏蔽反射衬底的作用，提高吸波结构的吸波效果，并起增强结构承载能力的作用。

作为本发明一种具体实施例，所述周期栅格结构9采用导电屏蔽材料制成。

为了更好地提升隐身材料的隐身和防护效果，任意透波防护层6的厚度为0.2mm-5mm，采透波防护层6用透波纤维增强树脂基复合材料的介电常数不大于4.5；和/或，多光谱迷彩涂层5的厚度为0.02mm-0.2mm。

综上，本实施例提供的多功能防护与多频谱隐身结构作为可见光与红外隐身材料时，位于吸波结构最外层的多光谱迷彩涂层5，通过不同颜色迷彩伪装图案设计控制其颜色分块与发射率，在可见光与红外波段实现隐身与变形伪装。

本实施例提供的多功能防护与多频谱隐身结构作为雷达隐身材料时，隐身结构沿电磁波传播方向依次为多光谱迷彩涂层5、透波防护层6、耐冲击载荷结构层7、高频吸波材料层8、防弹防护层10、第一低频吸波材料层11、第二低频吸波材料层12、结构承载屏蔽层4交替排布形成的多层复合材料；其中，多光谱迷彩涂层5、透波防护层6、耐冲击载荷结构层7、防弹防护层10作为雷达波匹配透波层，通过采用低介电常数材料增大电磁波入射率；分散于耐冲击载荷结构层7和防弹防护层10之间经匹配设计的高频吸波材料层8与第一低频吸波材料层11，在足够的厚度空间内先后对入射高频雷达波和低频雷达波进行分层吸收；针对重点低频隐身频段设计的特定周期的栅格结构，通过周期结构谐振吸波原理，在无需明显增大结构厚度的情况下进一步增强重点低频频段的雷达吸波效果；结构承载屏蔽层4对穿过吸波材料层的电磁波进行反射，使其再次被吸波材料层吸收。分散于隐身结构内部的吸波材料性能匹配设计是吸波结构高雷达隐身设计的核心，吸波材料层电磁参数沿电磁波入射方向逐步变化，且以耐冲击载荷结构层7与防弹防护层10作为低介电介质层，分散于其中，充分拓展吸波材料在空间上的分布厚度，能够实现超宽频段电磁波在吸波结构内部的分层吸收，降低电磁波在材料分层之间反射回入射方向的比例，可以很好地实现低高频兼容的超宽频高隐身吸波结构设计。

本实施例提供的一种多功能防护与多频谱隐身结构作为防护材料时，多光谱迷彩涂层5、透波防护层6具有良好的耐划伤、耐磕碰性能以及良好耐复杂环境性能；耐冲击载荷结构层7具有良好的抗变形能力，在受到轻度或中度撞击时具有良好吸能作用而保护整个吸波结构不易产生凹陷、开裂、破碎等结构损伤；在受到子弹等猛烈撞击时，防弹防护层10的良好强度能够保护整个吸波结构不会被击穿；第一低频吸波材料层11通过多层分散铺层，不仅能够使得吸波材料层不至于因厚度过大导致结构变脆，还能够起到一定吸能缓冲作用，增强结构的防护性能；结构承载屏蔽层4既能作为吸波结构的屏蔽底层，也能作为承载结构与应用部位结构融合，具备良好结构承载能力。

根据另一实施例提供上述一种多功能防护与多频谱隐身结构的制备方法，该方法包括以下步骤：

步骤一、制备结构承载屏蔽层；

步骤二、制备周期栅格结构，并将所述周期栅格结构与所述结构承载屏蔽层连接固定；

步骤三、制备第一吸波防护层组、多个低频吸波防护层，并将连接周期栅格结构的结构承载屏蔽层置于模具内，或者以之为模具，按照隐身结构的组成，在周期栅格结构的各个栅格单元上进行低频吸波防护层的铺覆，完成后，进行第一吸波防护层组的铺覆；其中，低频吸波防护层与第一吸波防护层组之间以及低频吸波防护层和栅格单元之间均涂刷树脂胶液；低频吸波防护层的各层之间以及第一吸波防护层组的各层之间均涂刷树脂胶液，并通过加压固化成型；

步骤四、制备透波防护层，并在第一吸波防护层组上铺覆透波防护层，且两者之间涂刷树脂胶液，然后通过加压固化成型；

步骤五、将步骤四所得结构从模具内脱模，并在该结构的透波防护层表面喷涂多色迷彩涂料喷涂多色迷彩涂料以形成多光谱迷彩涂层。

作为本发明一种具体实施例，步骤三中还包括：制备多个第二低频吸波材料层，并在周期栅格结构的各个栅格单元表面贴覆第二低频吸波材料层，栅格单元和第二低频吸波材料层形成空腔，按照隐身结构的组成，在所述空腔中进行低频吸波防护层的铺覆，完成后，进行第一吸波防护层组的铺覆；其中，低频吸波防护层与第一吸波防护层组之间以及低频吸波防护层和第二低频吸波材料层之间均涂刷树脂胶液；低频吸波防护层的各层之间以及第一吸波防护层组的各层之间均涂刷树脂胶液，并通过加压固化成型。

较佳地，步骤一中，结构承载屏蔽层采用碳纤维增强复合材料时，在模具内逐层铺覆碳纤维布，通过真空/加压浸渍固化工艺制备结构承载屏蔽层。

较佳地，步骤二中，采用金属材料机加方式或者复合材料真空/加压浸渍固化工艺制备周期栅格结构，并与结构承载屏蔽底层进行连接固定。

较佳地，步骤三中，周期栅格结构的各个单元中交替铺覆防弹防护层和第一低频吸波材料层，层间刷涂树脂胶液，接着在铺覆完成的整个结构上面交替铺覆透波蜂窝材料层(或硬质泡沫材料层)和高频吸波材料层，层间刷涂树脂胶液，然后通过真空袋压/模压方式加压固化成型。

较佳地，步骤四中，采用打磨或机床机加等方式，对步骤三所得结构外表面进行成型修型，依据透波防护层设计方案，选用透波纤维中的一种纤维布，由该多层纤维布铺层制备透波防护层，各铺层纤维布拼接缝隙处需进行缝合处理，并包覆吸波防护层各边缘处切边，使得吸波防护层不外露，层间刷涂树脂胶液，然后通过真空袋压/模压方式加压固化成型。

较佳地，步骤五中，将步骤四所得结构件从模具内脱模，按照设计外形切除多余工艺留边或进行机床机加，并将透波防护层表面打磨平整，按照设计的多光谱迷彩图案，在透波防护层表面喷涂迷彩涂料，注意按照设计厚度进行喷涂。

以下结合具体实施例对本方案做进一步说明。

实施例1：

第一步，制备结构承载屏蔽层

结构承载屏蔽层采用碳纤维增强复合材料，选用0.2mm厚度规格碳纤维布，铺层厚度共3mm厚度，在模具内逐层铺覆碳纤维布预浸料，通过模压工艺制备结构承载屏蔽层；

第二步，制备周期栅格结构

周期栅格材料采用碳纤维增强复合材料，栅格单元形状为正方形，栅格周期300mm，选用0.2mm厚度规格碳纤维布，铺层厚度共1.6mm，铺层完成后加温固化前，周期栅格通过延长外层碳纤维布铺层与结构承载屏蔽层粘接，再进行加温固化；

第三步，制备吸波防护层

将带有周期栅格结构的结构承载屏蔽层置于模具内，依据耐冲击载荷与雷达吸波防护层与周期栅格低频吸波防护层设计方案，首先在周期栅格结构表面贴覆第二低频吸波材料层，然后自底层起逐步铺覆第一低频吸波材料层、PE防护材料层、高频吸波材料层、芳纶布蜂窝材料层，层间刷涂树脂胶液，最后通过模压方式加压固化成型；

其中，第一低频吸波材料层为低频吸收剂吸波布，共12层，厚度为0.5mm，吸收剂浓度自底层起由85％-60％逐层递减(每两层同一种浓度)；选用第二低频吸波材料层为低频吸收剂吸波布，厚度为0.5mm，吸收剂浓度为85％；选用PE防护材料厚度为1mm，共12层；高频吸波材料层为高频吸收剂吸波布，共4层，厚度为0.5mm，吸收剂浓度自底层起由85％-70％逐层递减；芳纶布蜂窝材料层共4层，每层厚度为1.5mm；

第四步，外形成型与制备透波防护层

采用打磨的方式，对第三步所得结构外表面进行成型修型，依据透波防护层设计方案，选用0.2mm厚度石英纤维布作为铺层，共计10层，各铺层纤维布拼接缝隙处进行缝合处理，并包覆吸波防护层各边缘处切边，使得吸波防护层不外露，层间刷涂环氧树脂胶液，然后通过模压方式加压固化成型；

第五步，整体成型并喷涂多光谱迷彩涂层

将第四步所得结构件从模具内脱模，按照设计外形切除多余工艺留边，并将透波防护层表面打磨平整，按照设计的多光谱迷彩图案，在透波防护层表面喷涂三色迷彩涂料，喷涂厚度为0.1mm。

本实施例隐身结构的厚度约为32mm，周期栅格低频吸波防护层的吸波频段设计偏向于P波段，隐身性能与力学性能主要测试结果如下表所示：

实施例2：

第一步，制备结构承载屏蔽层

结构承载屏蔽层采用硬铝合金材料，结构厚度为5mm，采用铸造与金属机加等工艺进行加工；

第二步，制备周期栅格结构

周期栅格材料采用铝合金材料，栅格单元形状为正方形，栅格周期75mm，厚度为1.5mm，依据周期栅格结构设计结果，通过裁剪1.5mm厚度铝板下料，并在结构承载屏蔽层焊接成设计形状，打磨去除多余毛刺与明显凸起；

第三步，制备吸波防护层

采用带有周期栅格结构的硬铝合金结构承载屏蔽层作为模具，依据耐冲击载荷与雷达吸波防护层与周期栅格低频吸波防护层设计方案在其表面进行复合材料铺层，首先在周期栅格结构表面贴覆第二低频吸波材料层，然后自屏蔽底层起逐步铺覆第一低频吸波材料层、PE防护材料层、高频吸波材料层、芳纶布蜂窝材料层，层间刷涂树脂胶液，然后通过真空袋压及成型工装辅助加压的方式加压固化成型；

其中，第一低频吸波材料层为低频吸收剂吸波布，共8层，厚度为0.6mm，吸收剂浓度自底层起由88％-60％逐层递减；选用第二低频吸波材料层为低频吸收剂吸波布，厚度为0.6mm，吸收剂浓度为88％；选用PE防护材料厚度为1mm，共8层；高频吸波材料层为高频吸收剂吸波布，共3层，厚度为0.8mm，吸收剂浓度自底层起由85％-65％递减；芳纶布蜂窝材料层共3层，每层厚度为2mm；

第四步，外形成型与制备透波防护层

采用机加的方式，对第三步所得结构外表面进行成型修型，依据透波防护层设计方案，选用0.2mm厚度石英纤维布作为铺层，共计8层，各铺层纤维布拼接缝隙处进行缝合处理，并包覆吸波防护层各边缘处切边，使得吸波防护层不外露，层间刷涂环氧树脂胶液，然后通过辅助成型工装方式加压固化成型。

第五步，整体成型并喷涂多光谱迷彩涂层

将第四步所得结构件按照设计外形切除多余工艺留边，并将透波防护层表面打磨平整，按照设计的多光谱迷彩图案，在透波防护层表面喷涂三色迷彩涂料，喷涂厚度为0.1mm。

本实施例隐身结构的厚度约为29mm，周期栅格低频吸波防护层的吸波频段设计偏向于P波段，隐身性能与力学性能主要测试结果如下表所示：

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。

Claims (6)

1.一种多功能防护与多频谱隐身结构，其特征在于，沿电磁波传播方向，所述隐身结构依次包括表层透波防护层组、第一吸波防护层组、第二吸波防护层组以及结构承载屏蔽层，其中：

所述表层透波防护层组用于实现所述隐身结构的表层防护以及隐身结构在可见光和红外波段的隐身和变形伪装；

所述第一吸波防护层组沿电磁波传播方向依次由多个耐冲击载荷结构层和高频吸波材料层以耐冲击载荷结构层-高频吸波材料层-耐冲击载荷结构层......高频吸波材料层的形式交替排布构成，所述耐冲击载荷结构层采用透波蜂窝材料或硬质透波泡沫材料制备，用于吸收外部冲击载荷能量；高频吸波材料层用于高频频段雷达波的匹配吸收；

所述第二吸波防护层组包括周期栅格结构和多个低频吸波防护层，周期栅格结构由周期排列的多个栅格单元构成，多个栅格单元与多个低频吸波防护层一一对应设置，低频吸波防护层设置在栅格单元内；所述低频吸波防护层沿电磁波传播方向依次由多个防弹防护层和第一低频吸波材料层以防弹防护层-第一低频吸波材料层-防弹防护层......第一低频吸波材料层的形式交替排列组成，第一低频吸波材料层用于低频频段雷达波的匹配吸收；

所述结构承载屏蔽层用于所述隐身结构的结构承载和电磁屏蔽反射；

所述隐身结构还包括多个第二低频吸波材料层，与多个低频吸波防护层一一对应设置，第二低频吸波材料层将设置在栅格单元内的低频吸波防护层进行周向包覆，用于增强周期栅格结构在斜入射状态下低频频段的谐振吸波效果；

所述第一低频吸波材料层和第二低频吸波材料层均采用磁损耗低频吸收剂制备，相应吸收剂种类为金属粉微粒；所述高频吸波材料层采用磁损耗或电损耗吸收剂制备，相应吸收剂种类为碳黑或金属粉微粒；

所述表层透波防护层组沿电磁波传播方向依次由多光谱迷彩涂层和透波防护层组成，其中，多光谱迷彩涂层采用可见光、红外波段多色迷彩涂料制成；透波防护层采用透波纤维增强树脂基复合材料制成；

所述防弹防护层采用超高分子量聚乙烯纤维材料制成，防弹防护层厚度为0.2mm-2mm，层数为5-25层，其介电常数不大于5；所述结构承载屏蔽层采用碳纤维增强复合材料或金属材料制成；所述周期栅格结构采用碳纤维增强复合材料或铝合金材料制成。

2.根据权利要求1所述的一种多功能防护与多频谱隐身结构，其特征在于，多个所述高频吸波材料层分为若干组，每一组至少包含一层高频吸波材料层，且每一组的高频吸波材料层中吸收剂浓度保持一致，沿电磁波传播方向，各组之间的吸收剂的浓度呈梯度上升变化。

3.根据权利要求1或2所述的一种多功能防护与多频谱隐身结构，其特征在于，多个所述第一低频吸波材料层分为若干组，每一组至少包含一层低频吸波材料层，且每一组的低频吸波材料层中吸收剂浓度保持一致，沿电磁波传播方向，各组之间的吸收剂的浓度呈梯度上升变化。

4.根据权利要求1所述的一种多功能防护与多频谱隐身结构，其特征在于，所述栅格单元形状选自三角形、正方形、长方形、菱形、六边形中的一种，周期为50mm-500mm，多个栅格单元为等周期排布或渐变周期循环排布。

5.根据权利要求1所述的一种多功能防护与多频谱隐身结构，其特征在于，任意透波防护层的厚度为0.2mm-5mm，采透波防护层用透波纤维增强树脂基复合材料的介电常数不大于4.5；和/或，多光谱迷彩涂层的厚度为0.02mm-0.2mm。

6.权利要求1-5任一项所述一种多功能防护与多频谱隐身结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

步骤一、制备结构承载屏蔽层；

步骤二、制备周期栅格结构，并将所述周期栅格结构与所述结构承载屏蔽层连接固定；

步骤三、制备第一吸波防护层组、多个低频吸波防护层，并将连接周期栅格结构的结构承载屏蔽层置于模具内，按照隐身结构的组成，在周期栅格结构的各个栅格单元上进行低频吸波防护层的铺覆，完成后，进行第一吸波防护层组的铺覆；其中，低频吸波防护层与第一吸波防护层组之间以及低频吸波防护层和栅格单元之间均涂刷树脂胶液；低频吸波防护层的各层之间以及第一吸波防护层组的各层之间均涂刷树脂胶液，并通过加压固化成型；

其中，步骤三中还包括：制备多个第二低频吸波材料层，并在周期栅格结构的各个栅格单元表面贴覆第二低频吸波材料层，栅格单元和第二低频吸波材料层形成空腔，按照隐身结构的组成，在所述空腔中进行低频吸波防护层的铺覆，完成后，进行第一吸波防护层组的铺覆；其中，低频吸波防护层和第二低频吸波材料层之间均涂刷树脂胶液，并通过加压固化成型；

步骤四、制备透波防护层，并在第一吸波防护层组上铺覆透波防护层，且两者之间涂刷树脂胶液，然后通过加压固化成型；

步骤五、将步骤四所得结构从模具内脱模，并在该结构的透波防护层表面喷涂多色迷彩涂料以形成多光谱迷彩涂层。

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