超材料结构、蒙皮以及飞行器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及功能材料领域，尤其涉及一种超材料结构及蒙皮以及包括该蒙皮的飞行器。
【背景技术】
[0002]雷达、毫米波、红外、激光、多光谱和声波等现代探测和制导技术大量应用于国防系统中，给飞机、舰艇、坦克及其它装备的生存造成了极大的威胁。
[0003]吸波材料技术作为提尚国防装备生存和突防能力、提尚装备隐身能力、提尚总体作战效能的有效手段，受到世界大国的高度重视。然而，传统的单一吸波涂料，吸波频带有限、效率低、重量大、耐温性差等局限，满足不了现代装备对吸波隐身一体化的要求。因此，吸波宽、效率高、密度小的吸波材料已成为全世界研究的热点。
[0004]结构吸波复合材料是同时具有承载能力和吸波性能的结构/功能一体化复合材料，国外先进的隐身飞机已开始大量应用结构吸波复合材料。F-117A、B-2、F-22隐身飞行器上结构吸波材料用量分别为10%，50%，70 %。可以说，结构吸波材料的发展在很大程度上影响着隐身材料乃至整个隐身技术的未来。
[0005]传统的结构吸波复合材料由于依赖于基体材料的电磁损耗(介电参数与磁导率虚部)，使得结构重量和厚度都无法满足飞行器结构及蒙皮的约束(厚度常常需要小于1mm，结构密度小于铝或碳纤复材蒙皮)。
【实用新型内容】
[0006]为了解决上述问题，本实用新型旨在提供一种超材料及蒙皮以及包括该蒙皮的飞行器。
[0007]根据本实用新型的一方面，提供了一种超材料，包括:
[0008]介质基板；
[0009]设置在该介质基板的背面的金属背板；以及
[0010]设置在该介质基板的正面沿第一方向和第二方向排列的多个导电几何结构，该多个导电几何结构被分为多个导电几何结构群组，在各导电几何结构群组中，各导电几何结构的尺寸至少在该第一方向或该第二方向中的一个方向上逐渐变化。
[0011 ] 在一实例中，在所有导电几何结构群组中，各导电几何结构的尺寸在该第一方向和该第二方向上皆逐渐变化；或者在所有导电几何结构群组中，各导电几何结构的尺寸在该第一方向和该第二方向的一个方向上逐渐变化，在另一方向上保持不变。
[0012]在一实例中，在部分导电几何结构群组中，各导电几何结构的尺寸在该第一方向和该第二方向上皆逐渐变化，而在其他导电几何结构群组中，各导电几何结构的尺寸在该第一方向和该第二方向的一个方向上逐渐变化，在另一方向上保持不变。
[0013]在一实例中，在各导电几何结构群组中，各导电几何结构的尺寸至少在该第一方向或该第二方向中的一个方向上逐渐增大、或逐渐减小、或增大和减小依次交替。
[0014]在一实例中，每个导电几何结构为方形贴片，在各导电几何结构群组中，各方形贴片的边长至少在该第一方向或该第二方向中的一个方向上逐渐变化。
[0015]在一实例中，该多个导电几何结构以均匀的中心间距沿该第一方向和该第二方向排列。
[0016]在一实例中，各导电几何结构群组的导电几何结构尺寸渐变模式相同或互不相同。
[0017]在一实例中，该多个导电几何结构由金属材料构成。
[0018]在一实例中，该多个导电几何结构通过蚀刻、电镀、雕刻、蒸镀、溅射、丝印、钻刻、光刻、电子刻或离子刻工艺附着在该介质基板上。
[0019]在一实例中，每个导电几何结构群组在该第一方向和该第二方向具有相同数目的导电几何结构。
[0020]在一实例中，每个导电几何结构为圆形贴片、或正六边形贴片、或正八边形贴片。
[0021]根据本实用新型的另一方面，还提供了一种蒙皮，如上所述的超材料。
[0022]根据本实用新型的再一方面，还提供了一种飞行器，包括如上所述的蒙皮。
[0023]根据本实用新型的超材料具有较低的散射特性，在单站雷达照射下，电磁波经过超材料的反射方向与入射方向充分偏离，使得雷达无法收到或只能收到微弱的反射回波信号，从而对雷达具有很好的隐身效果。而且根据本实用新型的超材料并非依靠基体材料的电磁损耗来吸收入射电磁波，从而避免了传统吸波复合材料既重又厚的缺点，具有重量轻、厚度薄的优点，能够满足飞行器对蒙皮的重量、厚度需求。
【附图说明】
[0024]在结合以下附图阅读本公开的实施例的详细描述之后，更能够更好地理解本实用新型的上述特征和优点。
[0025]图1是示出了根据本实用新型的一方面的超材料的示意图；
[0026]图2是示出了根据本实用新型的一方面的导电几何结构的排布的示意图；
[0027]图3a、3b是示出了传统蒙皮和根据本实用新型的蒙皮对电磁波的波束散射示意图；
[0028]图4是示出了根据本实用新型提供的蒙皮的反射测量结果的曲线图。
[0029]为清楚起见，以下给出附图标记的简要说明:
[0030]100:超材料
[0031]101:导电几何结构
[0032]102:介质基板
[0033]103:金属背板
[0034]110:导电几何结构群组
【具体实施方式】
[0035]以下结合附图和具体实施例对本实用新型作详细描述。注意，以下结合附图和具体实施例描述的诸方面仅是示例性的，而不应被理解为对本实用新型的保护范围进行任何限制。
[0036]由介质基板和设置在基板上的人造导电几何结构组成的超材料为实现高波束偏折率、小体积、结构简单的蒙皮材料提供了方向。
[0037]超材料作为一种由介质基板和设置在基板上的人造微结构例如导电几何结构组成的人工材料，具有一些天然材料不具备的超常物理性质。人造导电几何结构在大小1/5到1/10个波长的尺度下，对外加电场和磁场具有电响应和磁响应，从而使超材料在整体上表现出等效介电常数和等效磁导率。通过设计每个导电几何结构的图案和/或尺寸并将导电几何结构按一定规律排布，使得材料整体的电磁参数呈一定规律排布。规律排布的电磁参数使得超材料对电磁波具有宏观上的响应，例如，汇聚电磁波、发散电磁波、吸收电磁波、偏折电磁波等。
[0038]图1是示出了根据本实用新型的一方面的超材料100的示意图。如图1所示，超材料100可包括介质基板102、设置在介质基板102的背面的金属背板、以及设置在介质基板102的正面的多个导电几何结构101。
[0039]介质基板102可以由陶瓷材料、高分子材料、铁电材料、铁氧材料或铁磁材料制成。导电几何结构101可以由导电材料制成，且可通过蚀刻、电镀、雕刻、蒸镀、溅射、丝印、钻刻、光刻、电子刻或离子刻工艺附着在介质基板102上。导电几何结构101可以由金属材料制成。
[0040]图2是示出了根据本实用新型的一方面的导电几何结构的排布的示意图。如图2所示，导电几何结构101沿第一方向和第二方向排列在介质基板102上。第一方向和第二方向可以是如图所示的X轴方向和y轴方向，两者可以相互正交。如图2所示，各导电几何结构是以均匀的中心间距排布的，即相邻两个导电几何结构的中心之间的距离是一致的。
[0041]根据本实用新型的一方面，各导电几何结构101的尺寸在第一和第二方向中的至少一个方向上是渐变的，例如逐渐增大、或逐渐减小、或增大和减小依次交替。例如，在图2所示的实例中，各导电几何结构101的尺寸在X方向上是渐变的，而在y方向上尺寸保持不变。然而，这仅仅是一个实例，各导电几何结构101也可在X、和y方向上皆具有渐变的尺寸。
[0042]具体而言，各