一种PMI泡沫夹层结构的飞机雷达罩及其设计方法和制造方法与流程

本发明涉及一种飞机雷达罩产品及其设计和制造方法，尤其是一种pmi泡沫夹层结构的雷达罩产品及其设计和制造方法。

背景技术：

飞机雷达罩通常使用的结构形式有半波壁结构、单层薄壁结构、蜂窝夹层结构。半波壁结构因其厚度较大、密度较大,往往重量较重；单层薄壁结构刚度较差、易变形；蜂窝夹层由于蜂窝芯层通常厚度一致，在电磁波入射角度变化较大时传输效率变差。

中国专利cn105922703b公开了一种薄壁泡沫夹层结构复合材料天线罩制备方法。其泡沫层采用整块泡沫加工，浪费极大，且加工时间长，成本高，不利于批量生产。对于较大尺寸的雷达罩，无对应尺寸的原材料。

中国专利cn100532069c公开了一种pmi泡沫夹层结构的热成型方法。该方法包括采用真空袋/烘箱或真空袋/热压罐成型技术，采用整块pmi泡沫平板热成型凹面雷达罩，其泡沫夹层成型加工难度大、易破损，次品率高，且成型后泡沫厚度不能满足不同入射角对应的最佳厚度，透波率区域差异较大。如何设计并制造一种夹层结构的飞机雷达罩，可满足不同入射角均可达到理想的透波率，是本领域亟待解决的技术问题。

技术实现要素：

本发明要解决的问题在于提供一种pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩设计方法。

本发明采用如下技术方案，包括如下步骤：

1）根据雷达天线与雷达罩的相对位置关系，计算并统计电磁波照射在雷达罩不同位点上的入射角度分布情况；

2）根据雷达罩规定的频率，带入蒙皮材料和夹层材料的介电参数，计算并统计不同电磁波入射角满足最佳传输效率的夹层结构罩壁厚度尺寸，并构建对应的变化曲线；

3）根据步骤1）和步骤2）的结果以及雷达罩不同位点入射角的梯度变化情况，划分若干电磁波照射区域，对不同电磁波照射区域计算出平均入射角，根据不同电磁波照射区域的平均入射角计算出雷达罩罩壁的最佳夹层厚度尺寸；

4）以步骤3）的结果进行三维雷达罩变厚度夹层结构建模；

5）将设计好的雷达罩变厚度夹层结构模型带入仿真计算软件进行验算，若满足设计要求的传输效率，即得到通过设计改变不同区域夹层厚度尺寸提高传输效率的雷达罩。

其原理是：飞机雷达罩外形通常为不规则双曲面结构。雷达罩内天线通过机械扫描或电扫的方式发送和接收不同方向的电磁波。电磁波在传输的过程中与雷达罩形成不同的入射角。雷达罩满足最佳透波率的罩壁厚度尺寸因电磁波入射角的变化，对应的厚度是相应变化的。对夹层结构的雷达罩，内外蒙皮较薄，蒙皮采用等厚度设计，通过改变不同区域的夹层厚度尺寸可提高透波率。通过计算雷达罩扫描范围内的入射角，划分不同的区域，得出对应罩壁的最佳夹层厚度尺寸。这种结构雷达罩结构设计可提高雷达罩整体传输效率。

本发明要解决的另一个问题在于提供一种pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩制造方法。

一种pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩制造方法，包括如下步骤：

步骤1、材料和模具准备：备好纤维布预浸料、pmi泡沫、环氧胶膜、罩体成型模具、泡沫裁切工具；

步骤2、根据设计的入射角划分区域在罩体成型模具划分多个对应的成型区，根据不同成型区选取相对应厚度尺寸的pmi泡沫并初裁尺寸，初裁尺寸依据对应的成型区大小尺寸留足余量；

步骤3、pmi泡沫坯件的加工：将初裁后的pmi泡沫铺设至罩体成型模具对应的成型区，铺设带孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，抽真空加热成型固化，冷却脱模，即得pmi泡沫坯件；重复上述工序完成多块pmi泡沫坯件的加工；使用泡沫裁切工具将多块pmi泡沫坯件裁切为设计尺寸；

步骤4、外蒙皮成型：根据成型模具整体尺寸，裁切纤维布预浸料，将纤维布预浸料铺放至成型模具上，抽真空加热固化即成；

步骤5、罩体的成型固化：a、pmi泡沫夹层的拼接固化：将步骤4所得外蒙皮保持于罩体成型模具上，继续铺设环氧胶膜，再将多块pmi泡沫铺设到对应的成型区，进一步铺设带孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，抽真空加热固化；b、内蒙皮成型：在步骤a所得半成品的基础上继续铺设环氧胶膜、纤维布预浸料，再次铺设带孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，抽真空加热固化；c、冷却脱模。

本发明要解决的第三个问题在于提供一种pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩产品。

一种采用上述pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩制造方法制成的飞机雷达罩产品。

本发明的飞机雷达罩，采用变厚度夹层结构的设计，具有刚强度好、重量轻、传输效率高的优点，完全能满足设计所需的电性能。本发明制造方法采用不同厚度尺寸pmi泡沫分块成型，夹层结构采用分块组装后整体成型，这种变厚度夹层结构最大限度满足了雷达罩的电性能要求，降低了加工成本，节约了加工时间，改善了等厚度雷达罩透波性能较差的问题。

附图说明

图1是雷达罩不同入射角计算示意图。

图2是本发明的雷达罩的罩壁夹层厚度分区示意图。

图3是本发明的雷达罩产品的pmi泡沫分块成型示意图。

图4雷达罩体剖视结构示意图。

图中：雷达天线1，雷达罩2，成型模具3，pmi泡沫4，外蒙皮5，内蒙皮6。

具体实施方式

如图1至图4所示，为本实发明的一种实施例。

一种pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩设计方法，包括如下步骤：

1）根据雷达天线1与雷达罩2的相对位置关系，计算并统计电磁波照射在雷达罩2不同位点上的入射角度分布情况；

2）根据雷达罩2规定的频率，带入蒙皮材料和夹层材料的介电参数，计算并统计不同电磁波入射角满足最佳传输效率的夹层结构罩壁厚度尺寸，并构建对应的变化曲线；

3）根据步骤1）和步骤2）的结果以及雷达罩2不同位点入射角的梯度变化情况，划分上、中、下3个电磁波照射区域（电磁波照射区域可根据需要划分为2个、4个、5个或多个），同时确定三个区域的分界线，对三个电磁波照射区域分别计算出平均入射角，根据三个电磁波照射区域的平均入射角和雷达罩2规定的频率计算出雷达罩2罩壁的最佳夹层厚度d1、d2、d3；

4）以步骤3）的结果进行三维雷达罩2变厚度夹层结构建模；

5）将设计好的雷达罩2变厚度夹层结构模型带入仿真计算软件进行验算，若满足设计要求的传输效率，即得到通过设计改变不同区域夹层厚度尺寸提高传输效率的雷达罩2。

通过改变不同区域的夹层厚度尺寸可提高透波率。通过计算雷达罩2扫描范围内的入射角，划分不同的区域，得出对应罩壁的最佳夹层厚度尺寸。这种雷达罩2的结构设计可提高雷达罩整体传输效率。

一种pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩制造方法，包括如下步骤：

步骤1、材料和模具准备：备好纤维布预浸料（选用的型号为10128/ew110的产品）、pmi泡沫4（选用51hf的产品）、环氧胶膜（选用的型号为j-138的产品）、罩体成型模具3（模具采用铸钢数控加工制造的凹模）、泡沫裁切工具；

步骤2、根据设计的入射角划分区域分界线，在罩体成型模具3划分上、中、下3个对应的成型区（成型区可根据需要划分为2个、4个、5个或多个），根据3个成型区选取相对应厚度尺寸d1、d2、d3的pmi泡沫4并初裁尺寸，初裁尺寸依据对应的成型区大小尺寸留足余量；

步骤3、pmi泡沫坯件的加工：将初裁后的pmi泡沫4铺设到罩体成型模具3对应的成型区，铺设带孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，抽真空加热成型，加热温度190-205℃，保温时间1小时，待罩体成型模具3温度冷却至50℃以下脱模，即得pmi泡沫坯件；重复上述工序完成上、中、下三块pmi泡沫坯件的加工；使用泡沫裁切工具将三块pmi泡沫坯件裁切为设计尺寸；

步骤4、外蒙皮5的成型：根据成型模具3整体尺寸，裁切纤维布预浸料，将四层纤维布预浸料铺放至成型模具3上，抽真空加热加热到150℃，保温时间4小时固化即成；

步骤5、罩体的成型固化：a、pmi泡沫4夹层的拼接固化：将步骤4所得外蒙皮5保持于罩体成型模具3上，继续铺设环氧胶膜，再将三块pmi泡沫4铺设到对应的成型区，进一步铺设带孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，抽真空加热到150℃，保温时间4小时固化；b、内蒙皮6的成型：在步骤a所得半成品的基础上继续铺设环氧胶膜、纤维布预浸料，再次铺设带孔隔离膜、透气毡、真空袋膜，抽真空加热到150℃，保温时间4小时固化；c、冷却至50℃以下脱模。

一种采用上述pmi泡沫夹层结构的飞机雷达罩制造方法制成的飞机雷达罩产品。

本发明不局限于上述实施例的具体结构，其设计和制造方法也不限于上述具体方法步骤，其它同类结构和同类方法的等效变换均落入本发明的保护范围之内。