CN114162336A - 一种飞行器雷达隐身进气道及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种雷达隐身进气道，该进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为0.5％～5％，玻璃纤维的含量为10％～30％，高分子材料的含量为70％～85％，所述的短切碳纤维的短切长度为1mm～5mm。该进气道可以采用整体成型，也可以分左右两部分分体成型。本发明所用进气道采用了短切碳纤维掺杂到复合材料中，得到的部件不仅有较好的雷达隐身性能，而且具有较好的力学性能，相比现有的进气道，不仅隐身性能好，而且材料与结构重量更轻、成本更低，且成型周期更短。
Description
技术领域
本发明属于航空飞行器技术领域，具体涉及一种飞行器雷达隐身进气道及其制备方法。
背景技术
进气道是航空发动机的重要辅助不见，也是航空飞行器主要雷达散射源之一，为减少飞行器雷达回波，提升飞行器隐身性能，需要对其采用隐身技术措施。
中国发明专利ZL200810077839.X《一种具有雷达隐身功能的飞行器进气道》中提出了一种在进气道唇口填充雷达波吸收体，并通道外壁涂覆吸波材料的进气道，该进气道可以实现一定的雷达隐身效果，不足之处在于，该进气道通道的吸波性能主要依赖于其所用的吸波材料，且吸波材料必须有足够的厚度才能具有较好的吸波效果，由于所用吸波层材料厚度大，部件整体的重量也将大为增加，对飞行器重量控制带来影响，限制了在军用飞行器上的推广应用。
发明内容
本发明提供了一种基于短切碳纤维掺杂结构材料的飞行器雷达隐身进气道，该部件制备工艺简单，周期短，不需要额外的吸波层就能实现较好的雷达吸波效果，且在配合使用较薄的吸波涂层材料时就能实现更为明显的雷达回波抑制效果，其结构增重优于现有的隐身进气道。
本发明的技术方案为：
一种飞行器雷达隐身进气道，该进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的质量百分含量为0.5％～5％，玻璃纤维的质量百分含量为10％～30％，高分子材料的质量百分含量为70％～85％，所述的短切碳纤维的短切长度为1mm～5mm。
优选地，该进气道结构材料中的玻璃纤维为连续玻璃纤维编织布和部分短切玻璃纤维，所述的连续玻璃纤维编织布的质量含量为10％～30％，所述的短切玻璃纤维的含量为0～5％，短切玻璃纤维短切长度为1mm～8mm，所述的高分子材料为热固性树脂材料。
优选地，该进气道结构材料中的玻璃纤维全部为短切玻璃纤维，所述的短切碳纤维的短切长度为0.1mm～1mm，所述的高分子材料为热塑性树脂材料。
优选地，该进气道结构材料中的通道总厚度为1mm～6mm。
优选地，该进气道在通道的外壁面以及相邻唇口的背面涂有导电面漆。
优选地，该进气道在通道的外壁面以及相邻唇口的背面涂有导电面漆及磁性吸波涂层材料，所述的磁性吸波涂层材料位于导电面漆与进气道结构材料之间，厚度为0.2mm～1.5mm。
优选地，所述的雷达隐身进气道的制备方法，当进气道结构材料含有连续玻璃纤维编织布时，按如下步骤成型：
(1)将环氧树脂胶液加入固化剂后，分为两份，一部分直接浸润连续玻璃纤维编织布，另一部分与短切碳纤维和短切玻璃纤维混合并充分分散，备用；
(2)将浸润树脂的连续玻璃纤维编织布在进气道阳模上缠绕一层，然后涂覆带分散有短切碳纤维和短切玻璃纤维的树脂，涂覆后，再缠绕一层浸润树脂的连续玻璃纤维编织布；
重复上述的步骤，得到厚度等于或大于设计厚度的结构，该结构最外层为连续玻璃纤维布；
(3)将(2)中所得到的结构与进气道阳模一起整体放入进气道阴模中，合模后，常温或升温固化成型，脱模后得到隐身进气道部件；
根据进气道结构，步骤(3)制备的进气道可以直接使用；当进气道结构带有导电面漆时，应在涂覆部位涂覆导电面漆后使用；当进气道结构方案带有吸波涂层时，应先涂覆吸波涂层，再涂覆导电面漆后成型。
优选地，所述雷达隐身进气道的制备方法，当不含有连续玻璃纤维编织布时，按如下步骤成型：
(1)将短切碳纤维、短切玻璃纤维与热塑性高分子材料混合后升温后，冷却后切成粒料，待用；
(2)将进气道沿对称面分解成左右两部分分别制备对称的两套模具，备用；其中左、右部分阴模的内腔型面为进气道通道外壁面及唇口部位的外型面，左右部分阳模的内腔型面为进气道通道内壁面、通道对称面及唇口对称面；
(3)取左部分阴模，平放，开口向上，在阴模中加入步骤(1)所加工成型的粒料，再盖上左阳模，合模后留出一定间隙，升温，待粒料液化后排出型腔内的气体，逐渐合模，完全合模后保温保压至产品固化，冷却到常温开模后，取出，得到左半部分进气道产品；
按同样步骤，可以制备出右半部分进气道产品；
(4)将左右两部分进气道产品沿对称面拼接后，用胶粘剂胶结在一起，得到进气道主体部分；
(5)在进气道通道外表面及相应部位涂覆导电面漆，以提高电性能稳定性，可以得到带导电面漆的进气道部件；当进气道外表面有吸波涂层时，应先涂覆吸波涂层再涂覆导电面漆。
优选地，左右两部分进气道在对称面部位进行局部增厚，在不改变通道内壁面几何形状的前提下，使左右两部分胶结面宽度增加到5～10mm。
本发明的有益效果：
本发明所用进气道采用了短切碳纤维掺杂到复合材料中，得到的部件不仅有较好的雷达隐身性能，而且具有较好的力学性能，相比现有的进气道，不仅隐身性能好，而且材料与结构重量更轻、成本更低，且成型周期更短。
附图说明
本发明共有2幅附图。
图1为应用本方案的埋入式进气道对称面剖面示意图；
图2为本方案中进气道分左右两部分成型时的模具成型方案示意图。
图中1-进气道唇口部分，2-进气道通道部分，3-进气道成型阳模，4-进气道成型阴模，5-进气道分体成型的左/右部分，6-为保证绞结强度局部增厚的部分。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本方案做进一步说明。
实施例1：含连续玻璃纤维编织布的进气道+整体成型工艺
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为0.5％，短切玻璃纤维的含量为25％，其余为环氧树脂材料，短切碳纤维的短切长度为5mm，进气道通道壁厚1～1.5mm。
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将环氧树脂胶液加入固化剂后，分为两份，直接浸润连续玻璃纤维编织布，玻璃布浸润后，剩余胶液与短切碳纤维混合，并使纤维材料在树脂中充分分散，备用；
(2)将浸润树脂的玻璃布在进气道阳模上缠绕一层，然后涂覆带分散有短切碳纤维和短切玻璃纤维的树脂，涂覆后，再缠绕一层浸润树脂的玻璃布；
重复上述的步骤，得到厚度略大于设计厚度的结构，该结构最外层为连续玻璃纤维布。
(3)将(2)中所得到的结构与进气道阳模芯一起整体放入进气道阴模中，合模后，按常规方法升温固化成型，脱模后得到隐身进气道部件。
实施例2：含连续玻璃纤维编织布的进气道+整体成型工艺
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为0.5％，连续长玻璃纤维的含量为20％，短切玻璃纤维含量为5％，其余为树脂材料，短切碳纤维的短切长度为1mm，进气道通道壁厚3～4mm，外层带导电面漆
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将环氧树脂胶液加入固化剂后，分为两份，直接浸润厚度为0.2mm的连续玻璃纤维编织布，玻璃布浸润后，剩余胶液与短切碳纤维及短切玻璃纤维混合，并使纤维材料在树脂中充分分散，备用；
(2)将浸润树脂的玻璃布在进气道阳模上缠绕一层，然后涂覆带分散有短切碳纤维和短切玻璃纤维的树脂，涂覆后，再缠绕一层浸润树脂的玻璃布；得到厚度略大于设计厚度的结构，该结构最外层为连续玻璃纤维布，重复上述步骤，得到厚度3.5mm～4.0mm的结构；
(3)将(2)中所得到的结构与进气道阳模芯一起整体放入进气道阴模中，阴模型腔厚度在3.5mm，合模后，挤出部分树脂，然后按常规方法常温固化成型，脱模后得到隐身进气道部件主体。
(4)对上述进气道部件外表面刷涂市售导电面漆，得到符合要求的进气道部件。
实施例3：含连续玻璃纤维编织布的进气道+整体成型工艺
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为0.75％，连续长玻璃纤维的含量为20％，短切玻璃纤维含量为5％，其余为树脂材料，短切碳纤维的短切长度为1mm，进气道通道壁厚2～3mm，通道外带0.2mm厚吸波涂层及导电面漆。
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将环氧树脂胶液加入固化剂后，分为两份，直接浸润厚度为0.2mm的连续玻璃纤维编织布，玻璃布浸润后，剩余胶液与短切碳纤维及短切玻璃纤维混合，并使纤维材料在树脂中充分分散，备用；
(2)将浸润树脂的玻璃布在进气道阳模上缠绕一层，然后涂覆带分散有短切碳纤维和短切玻璃纤维的树脂，涂覆后，再缠绕一层浸润树脂的玻璃布；得到厚度略大于设计厚度的结构，该结构最外层为连续玻璃纤维布，重复上述步骤，得到厚度3.5mm～4.0mm的结构；
(3)将(2)中所得到的结构与进气道阳模芯一起整体放入进气道阴模中，阴模型腔厚度在3.5mm，合模后，挤出部分树脂，然后按常规方法常温固化成型，脱模后得到隐身进气道部件主体。
(4)对上述进气道部件外表面刷涂0.2mm磁性吸波涂层，固化后刷涂市售导电面漆，得到符合要求的进气道部件。
实施例4：不含连续玻璃纤维的进气道+分体成型工艺
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为5％，短切玻璃纤维的含量为30％，纤维短切长度为5mm，其余为酚醛树脂材料，进气道通道壁厚5～6mm。
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将短切碳纤维、短切玻璃纤维与酚醛树脂混合后升温，使酚醛树脂熔化，冷却后切成粒料，待用。
(2)将进气道沿对称面分解成左右两部分分别制备对称的两套模具，备用；其中左、右部分阴模的内腔型面为进气道通道外壁面及唇口部位的外型面，各部分阳模的内腔型面为进气道通道内壁面、通道对称面及唇口对称面，其中，在对称面附近增加局部型腔尺寸，使得左右部分有足够的胶结面。
(3)取左部分阴模，平放，开口向上，在阴模中加入步骤(1)所加工成型的粒料，再盖上左阳模，合模后留出一定间隙，升温，待粒料液化后排出型腔内的气体，逐渐合模，完全合模后保温保压至产品固化，冷却到常温开模后，取出，得到左半部分进气道产品；
按同样步骤，可以制备出右半部分进气道产品。
(4)将左右两部分进气道产品沿对称面拼接后，用胶粘剂胶结在一起，得到进气道。
实施例5：不含连续玻璃纤维的进气道+分体成型工艺
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为1％，短切玻璃纤维的含量为20％，纤维短切长度为3～5mm，其余为酚醛树脂材料，进气道通道壁厚3-4mm。
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将短切碳纤维、短切玻璃纤维与PI树脂混合后升温，使酚醛树脂熔化，冷却后切成粒料，待用。
(2)将进气道沿对称面分解成左右两部分分别制备对称的两套模具，备用；其中左、右部分阴模的内腔型面为进气道通道外壁面及唇口部位的外型面，各部分阳模的内腔型面为进气道通道内壁面、通道对称面及唇口对称面，其中，在对称面附近增加局部型腔尺寸，使得左右部分有足够的胶结面。
(3)取左部分阴模，平放，开口向上，在阴模中加入步骤(1)所加工成型的粒料，再盖上左阳模，合模后留出一定间隙，升温，待粒料液化后排出型腔内的气体，逐渐合模，完全合模后保温保压至产品固化，冷却到常温开模后，取出，得到左半部分进气道产品；
按同样步骤，可以制备出右半部分进气道产品。
(4)将左右两部分进气道产品沿对称面拼接后，用胶粘剂胶结在一起，得到进气道。
实施例6：不含连续玻璃纤维的进气道+分体成型工艺
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为1％，短切玻璃纤维的含量为20％，纤维短切长度为3～5mm，其余为酚醛树脂材料，进气道通道壁厚3-4mm。进气道外层带0.5mm吸波涂层及导电面漆。
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将短切碳纤维、短切玻璃纤维与PI树脂混合后升温，使酚醛树脂熔化，冷却后切成粒料，待用。
(2)将进气道沿对称面分解成左右两部分分别制备对称的两套模具，备用；其中左、右部分阴模的内腔型面为进气道通道外壁面及唇口部位的外型面，各部分阳模的内腔型面为进气道通道内壁面、通道对称面及唇口对称面，其中，在对称面附近增加局部型腔尺寸，使得左右部分有足够的胶结面。
(3)取左部分阴模，平放，开口向上，在阴模中加入步骤(1)所加工成型的粒料，再盖上左阳模，合模后留出一定间隙，升温，待粒料液化后排出型腔内的气体，逐渐合模，完全合模后保温保压至产品固化，冷却到常温开模后，取出，得到左半部分进气道产品；
按同样步骤，可以制备出右半部分进气道产品。
(4)将左右两部分进气道产品沿对称面拼接后，用胶粘剂胶结在一起，得到进气道主体部分。
(5)在进气道主体部分外层喷涂0.5mm吸波涂层材料，固化后再喷涂导电面漆，固化后得到隐身进气道部件。
实施例7：不含连续玻璃纤维的进气道+分体成型工艺+吸波涂层+导电面漆
进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、短切玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的含量为1％，短切玻璃纤维的含量为20％，纤维短切长度为3～5mm，其余为酚醛树脂材料，进气道通道壁厚3-4mm。进气道外层带1.5mm吸波涂层及导电面漆。
该进气道按如下方式制备成型。
(1)将短切碳纤维、短切玻璃纤维与PEEK树脂混合后升温，使酚醛树脂熔化，冷却后切成粒料，待用。
(2)将进气道沿对称面分解成左右两部分分别制备对称的两套模具，备用；其中左、右部分阴模的内腔型面为进气道通道外壁面及唇口部位的外型面，各部分阳模的内腔型面为进气道通道内壁面、通道对称面及唇口对称面，其中，在对称面附近增加局部型腔尺寸，使得左右部分有足够的胶结面。
(3)取左部分阴模，平放，开口向上，在阴模中加入步骤(1)所加工成型的粒料，再盖上左阳模，合模后留出一定间隙，升温，待粒料液化后排出型腔内的气体，逐渐合模，完全合模后保温保压至产品固化，冷却到常温开模后，取出，得到左半部分进气道产品；
按同样步骤，可以制备出右半部分进气道产品。
(4)将左右两部分进气道产品沿对称面拼接后，用胶粘剂胶结在一起，得到进气道主体部分。
(5)在进气道主体部分外层喷涂1.5mm吸波涂层材料，固化后再喷涂导电面漆，固化后得到隐身进气道部件。
Claims (9)
1.一种飞行器雷达隐身进气道，其特征在于：该进气道的通道及唇口结构材料由短切碳纤维、玻璃纤维和高分子材料组成，其中短切碳纤维的质量百分含量为0.5％～5％，玻璃纤维的质量百分含量为10％～30％，高分子材料的质量百分含量为70％～85％，所述的短切碳纤维的短切长度为1mm～5mm。
2.一种如权利要求1所述的飞行器雷达隐身进气道，其特征在于：该进气道结构材料中的玻璃纤维为连续玻璃纤维编织布和部分短切玻璃纤维，所述的连续玻璃纤维编织布的质量含量为10％～30％，所述的短切玻璃纤维的含量为0～5％，短切玻璃纤维短切长度为1mm～8mm，所述的高分子材料为热固性树脂材料。
3.一种如权利要求1所述的雷达隐身进气道，其特征在于：该进气道结构材料中的玻璃纤维全部为短切玻璃纤维，所述的短切碳纤维的短切长度为0.1mm～1mm，所述的高分子材料为热塑性树脂材料。
4.一种如权利要求1～3任一项所述的雷达隐身进气道，其特征在于：该进气道结构材料中的通道总厚度为1mm～6mm。
5.一种如权利要求4所述的雷达隐身进气道，其特征在于，该进气道在通道的外壁面以及相邻唇口的背面涂有导电面漆。
6.一种如权利要求4所述的雷达隐身进气道，其特征在于，该进气道在通道的外壁面以及相邻唇口的背面涂有导电面漆及磁性吸波涂层材料，所述的磁性吸波涂层材料位于导电面漆与进气道结构材料之间，厚度为0.2mm～1.5mm。
7.一种如权利要求2、5或6所述的雷达隐身进气道的制备方法，其特征在于，当进气道结构材料含有连续玻璃纤维编织布时，按如下步骤成型：
(1)将环氧树脂胶液加入固化剂后，分为两份，一部分直接浸润连续玻璃纤维编织布，另一部分与短切碳纤维和短切玻璃纤维混合并充分分散，备用；
(2)将浸润树脂的连续玻璃纤维编织布在进气道阳模上缠绕一层，然后涂覆带分散有短切碳纤维和短切玻璃纤维的树脂，涂覆后，再缠绕一层浸润树脂的连续玻璃纤维编织布；
重复上述的步骤，得到厚度等于或大于设计厚度的结构，该结构最外层为连续玻璃纤维布；
(3)将(2)中所得到的结构与进气道阳模一起整体放入进气道阴模中，合模后，常温或升温固化成型，脱模后得到隐身进气道部件；
根据进气道结构，步骤(3)制备的进气道可以直接使用；当进气道结构带有导电面漆时，应在涂覆部位涂覆导电面漆后使用；当进气道结构方案带有吸波涂层时，应先涂覆吸波涂层，再涂覆导电面漆后成型。
8.一种如权利要求3、5或6所述雷达隐身进气道的制备方法，其特征在于，当不含有连续玻璃纤维编织布时，按如下步骤成型：
(1)将短切碳纤维、短切玻璃纤维与热塑性高分子材料混合后升温后，冷却后切成粒料，待用；
(2)将进气道沿对称面分解成左右两部分分别制备对称的两套模具，备用；其中左、右部分阴模的内腔型面为进气道通道外壁面及唇口部位的外型面，左右部分阳模的内腔型面为进气道通道内壁面、通道对称面及唇口对称面；
(3)取左部分阴模，平放，开口向上，在阴模中加入步骤(1)所加工成型的粒料，再盖上左阳模，合模后留出一定间隙，升温，待粒料液化后排出型腔内的气体，逐渐合模，完全合模后保温保压至产品固化，冷却到常温开模后，取出，得到左半部分进气道产品；
按同样步骤，可以制备出右半部分进气道产品；
(4)将左右两部分进气道产品沿对称面拼接后，用胶粘剂胶结在一起，得到进气道主体部分；
(5)在进气道通道外表面及相应部位涂覆导电面漆，以提高电性能稳定性，可以得到带导电面漆的进气道部件；当进气道外表面有吸波涂层时，应先涂覆吸波涂层再涂覆导电面漆。
9.一种如权利要求8所述雷达隐身进气道的制备方法，其特征在于，左右两部分进气道在对称面部位进行局部增厚，在不改变通道内壁面几何形状的前提下，使左右两部分胶结面宽度增加到5～10mm。
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