DE4006352A1 - Radarabsorber - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Radarabsorber nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.

Solche aus Folien und Zwischenschichten bestehenden Radarabsorber sind aus der DE-AS 12 80 997 bekannt. Die dort für die Folien verwendeten Materialien (z. B. imprägnierte Papiere) sind jedoch nicht für tragende Strukturen geeignet.

Aus der US-PS 41 62 496 sind Radarabsorber des Folien-Zwischenschichtentyps bekannt, deren Folien aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Damit wird eine ausreichende Festigkeit für Strukturbauteile erreicht. Bei den dort offenbarten Absorbern sind allerdings Füllstoffe in die Folien eingebracht, was zu einer Schwächung gerade der tragenden Schichten führt.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Radarabsorber vorzuschlagen, der gleichzeitig als tragende Stuktur in der Luft- und Raumfahrt verwendbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Radarabsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausführungen der Erfindung sind Gegen­ stände von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird anhand vier Figuren näher erläutert. Alle Figuren zeigen schematisch erfindungsgemäße Radardabsorber.

Fig. 1 zeigt einen aus drei Schichten bestehenden Radarabsorber, wobei die für den einfallenden Radarstrahl (Pfeil) erste Schicht eine Folie (F) ist. Die zweite Schicht ist eine Zwischenschicht Z, an die sich wiederum als dritte Schicht eine Folie F anschließt. Die Dicken der Schichten F und Z sind im weiten Rahmen beliebig einstellbar und in der Figur nicht maßstäblich gezeichnet.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Radarabsorber aus mehreren Schichten, hier aus drei Folien F, drei Zwischenschichten Z und einer reflektierenden Folie R am Ende. Die Zahl der Schichten ist beliebig einstellbar, ebenso die Dicken der Schichten. Diese können den Anforderungen entsprechend eingestellt werden. Mehrschichten-Absorber absorbieren in einem breiteren Frequenzbereich als solche Absorber mit nur drei Schichten, wie Fig. 1 sie zeigt. Auch hier sind die Dickenverhältnisse der Schichten nur schematisch gezeigt. Die letzte Folie R weist eine höhere Leitfähigkeit auf als die davorliegenden Folien F und dient praktisch als Reflektor.

Die erfindungsgemäßen Absorber bestehen aus den Folien F und R, die aus Faserverbundwerkstoffen ohne Füllstoffe hergestellt sind und daher eine hohe Tragfähigkeit haben. Die dazwischen angeordneten Zwischenschichten sind entweder aus einem handelsüblichen Kernwerkstoff, dessen elektromagnetische Stoffkonstanten durch Füllstoffe gezielt variiert sein können, oder sie bestehen teilweise aus Faserverbundwerkstoff und teilweise aus einem Kernwerkstoff. Dadurch wird einerseits eine tragende Sandwichstruktur gebildet und andererseits können die dielektrischen Eigenschaften des Absorbers durch Einstellung der Eigenschaften der Zwischenschichten verändert werden. So kann z. B. die Frequenzbandbreite des Absorbers vergrößert werden, wenn Zwischenschichten mit größerer Dicke und gleichzeitig verringertem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstanten eingeführt werden. Auf die äußerste Schicht kann - hier nicht gezeigt - eine Regenerosions-Schutz­ schicht aufgebracht sein.

Fig. 3 zeigt einen Absorber, bei dem die vorderste Schicht eine Zwischen­ schicht Z - also eine mit relativ niedriger Leitfähigkeit - ist. Die vorderste Zwischenschicht Z ist hier aus einem Laminat L (Faserverbundwerkstoff) und einem Kernwerkstoff K zusammengesetzt, wobei das Laminat L die für eine Außenschicht gewünschte Festigkeit liefert. Durch die Faserauswahl (niedrige Leitfähigkeit) oder die Füllstoffzugabe unterscheidet sich das Laminat L von den Folien F, die eine höhere Leitfähigkeit aufweisen. Die vorderste Schicht Z kann - nicht gezeigt - auch ganz aus einem Laminat L mit niedrigerer Leitfähigkeit bestehen und keinen Kernwerkstoff K aufweisen. Solche Zwischenschichten, die nur aus Laminat besteht, können auch weiter im Inneren des Absorbers verwendet werden.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung, bei der eine der Zwischenschichten Z aus zwei Faserverbundwerkstoffen (Laminaten L) und einem Kernwerkstoff K besteht. Die Dicken der einzelnen Schichten L und K sind beliebig einstellbar und richten sich nach den Anforderungen an das Bauteil.

In einer Ausführungsform werden für den Kernwerkstoff relativ leichte Stoffe vorgeschlagen, die bei geringer Masse und guten strukturellen Eigenschaften die Anforderungen an eine Absorberzwischenschicht erfüllen. Dies können Kunststoffwaben sein, wie Nomexwaben, Aramidwaben, GFK-Waben, GFK- Waben mit Polyimidmatrix oder Waben aus thermoplastischen Kunststoffen. Möglich ist auch der Einsatz syntaktischer Schäume aus Kunststoffmatrices (Duro- oder Thermoplast) mit eingebetteten Füllkörper. Als Füllkörper kommen Kugeln oder Kurzfasern aus Glas, Keramik, Kohlenstoff oder Kunststoff in Frage, die jeweils voll oder hohl sein können. Hohle Füllkörper haben den Vorteil eines niedrigen spezifischen Gewichts. Sie eignen sich daher besonders für den Aufbau von Absorbern, für die aus mechanischen oder radaroptischen Gründen relativ dicke Zwischenschichten bevorzugt werden, die ansonsten zu schwer ausfielen. Zur Abstimmung der komplexen Dielektrizitätskonstante können auch unterschiedliche Werkstoffe für die Füllkörper und/oder die Matrix verwendet werden.

In einer Ausführungsform können die Waben oder die Füllkörper elektrisch leitfähig beschichtet sein. So ist z. B. zur Abstimmung der komplexen Dielektri­ zitätskonstante die Beschichtung von Waben mit elektrisch-leitfähigen rußhaltigen Lacken (Erhöhung von ε′ und ε′′) oder zur Erhöhung nur von ε′ mich nicht leitfähigen Pigmenten wie TiO₂ möglich.

Auch bei der Verwendung von Füllkörpern (Kugeln oder Kurzfasern) kann die Dielektrizitätskonstante durch Beschichtung dieser Füllkörper auf die optimalen Werte für die Absorberauslegung abgestimmt werden. Dies kann z. B. durch Aufsputtern von Aluminium, Nickel oder anderen Leiter- oder Halbleiter­ schichten erfolgen.

In einer weiteren Ausführungsform werden in den Kernwerkstoff auf Füll­ stoffe beigegeben. So können zur weiteren Abstimmung z. B. neben den Glashohlkugeln auch geringe Mengen (bis ca. 5%) elektrisch leitfähiger Kurzfasern mit abgestimmter Länge beigemengt werden. Dadurch erhöhen sich die dielektrischen Verluste erheblich. Die Fasern aus einem Metall wie Nickel oder aus Carbon oder leitfähigen SiC bestehen.

Die für den einfallenden Radarstrahl letzte Schicht wird bevorzugt aus einem Laminat hergestellt, bei dem die verwendeten Fasern eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, wie z. B. die handelsüblichen C-Fasern.

Es werden für die Folien F Fasern mit abgestimmter, mittlerer elektrischer Leit­ fähigkeit verwendet, dies kann z. B. zwischen der Leitfähigkeit von SiC oder C-Fasern liegen. Das heißt, die Leitfähigkeit der Folien F liegt höher als die der Zwischenschichten Z, aber niedriger als die der letzten Schicht R, sofern so eine verwendet wird. Die Leitfähigkeit der einzelnen Folien F, die haupt­ sächlich durch die verwendeten Fasern eingestellt wird, braucht nicht bei allen Folien den gleichen Wert aufzuweisen, sondern kann in Kombination mit der Dicke der Folienschichten F auf die Anforderungen mechanischer und radaroptischer Art eingestellt werden.

Claims (5)

1. Radarabsorber aus einer alternierenden Folge von Schichten (Folie F) abgestimmter Leitfähigkeit, die höher ist als die Leitfähigkeit der Zwi­ schenschichten (Z) und Schichten niedrigerer Leitfähigkeit (Zwischen­ schichten Z), dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Folien (F) Faserverbundwerkstoffe ohne Füllstoffe sind und
• - die Zwischenschichten (Z) entweder aus einem Kernwerkstoff bestehen oder teilweise aus einem Kernwerkstoff und teilweise aus Faserverbundwerkstoff, der insbesondere hochohmige, nicht leitende Fasern enthält, bestehen, so daß eine tragende Sandwichstruktur gebildet ist.

2. Radarabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernwerkstoff ein oder mehrere der folgenden Materialien verwendet werden: Kunststoffwaben, syntaktische Schäume oder Kunststoffmaterices mit eingebetteten Füllkörpern (Kugeln oder Kurzfasern aus Glas, Keramik, Kohlenstoff oder Kunststoff), die jeweils voll oder hohl sein können.

3. Radarabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben oder die Füllkörper elektrisch-leitfähig beschichtet (metallisiert) sind.

4. Radarabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kernwerkstoff Füllstoffe wie Metallpartikel vorgesehen sind.

5. Radarabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom einfallenden Radarstrahl her gesehen letzte Schicht (R) hochleitfähig (höher leitfähig als die Folien F) ist.