一种低散射支架及其制造方法与流程

本发明涉及外场厘米波段下目标电磁散射特性测试技术领域，具体涉及一种应用于全尺寸目标外场测试的低散射支架及其制造方法。

背景技术：

随着电磁波技术的发展，飞行器目标的电磁散射和辐射特性对于评价飞行器的生存能力至关重要。目前飞行器目标的雷达散射截面（radar cross section，RCS）是反映其性能特点的重要指标之一。随着低散射目标或隐身目标的测试需求日益迫切，早期的室内缩比测试能够在一定程度反映目标的电磁散射特性，然而由于室内目标的外形尺寸经过缩比后大幅度降低，其表面很多外形细节特征以及相关材料属性被忽略。为了能全面反映目标的电磁特性，全尺寸测试是最为直观的测试手段，其测试得到的数据能够更准确的反映目标的电磁散射特性。针对这类测试，我国陆续公布了《室内场缩比目标雷达散射截面测试方法》和《室内场雷达目标散射特性测试方法》，不过对于 上述标准中的校准和支撑装备（包括支撑支架和周围背景材料）的外形并没有明确的规定。

目前，国内外对于外场低散射支架的设计种类很多，最为常见的是具有拓扑结构的倾斜式翼型状支架，该类支架采用前宽后细长的类翼型状金属表面结构来实现低散射的要求，然而由于其具备一定的前倾角，导致支架在承受重物的过程中会出现额外的转矩和弯矩，同时在垂直于电磁波入射方向上，支架会面临因目标质量过大带来细长杆失稳的问题，这都导致为提高支架的承载能力，需要增大支架的尺寸，尤其是底部端尺寸通常为设计最大值，容易造成制造成本高，安装精度要求高。另外，为保证支架顶部的支撑物能够实现方位角上的回转运动，甚至实现俯仰角上的转动，造成顶部驱动电机功率过大，质量过大，带来更大的负载。针对这些不足，国内也提出了多种针对特定目标设计的低散射支架，如专利CN201420827863《一种用于全极化雷达散射截面测量的低散射校准支架》，然而受限于结构上的安装方式，该支架应用于外场，其测试高度和承载能力面临不足。专利CN105021899A提出了《一种专门针对发动机进行测试的支架》，在装置本体外壁面上包覆尖锥形吸波材料，由于外壁面的尖锥吸波材料可吸收绝大部分的雷达波，该支架对于飞机发动机的RCS测试十分有效，然而其只能作为专用支架，对于其他类型的目标，其结构并不适用，另外该支架针对不同方位角的测试并不能实现一次标定多次测试，每次测试需要重新调整方位，测试效率面临不足。专利CN102621162B提出了《一种应用于快速反射率测量的支架》，它由为上、中、下三部分组成，该中间部分是金属支撑杆，它在高度方向上朝一侧倾斜，横断面由下而上逐渐均匀减小，其横断面呈菱形，上面部分为L型托撑结构，用于放置金属板，下面部分为一金属托板，金属支撑杆下方与该金属托板连接，并与金属托板形成倾斜角，该设计结构简单，测试效率高，然而其设计只适合于测试贴敷在平板表面的材料的反射率，对于目标的RCS测试在其他方位角上面临不足，另外承载能力有效，只适合于室内场小目标测试，无法实现大目标的电磁散射测试。目前对于大型目标所用的低散射支架，尽管国外已经有一定的报道，其电磁性能主要决定于其前边沿的尖锐程度和朝向雷达的倾斜角，低散射金属支架柱体的横剖面为菱形或是两个圆弧面构成的卵形等，金属支架具有锐利的前缘和后缘以及光滑的表面，以及金属支架整体向入射波方向倾斜，具体结构参数仍未报道。国内航天二院、北京航空航天大学和电子科技大学都有对低散射金属支架进行相关研究，然而具体的报道还相对较少。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种低散射支架及其制造方法，其采用轴线垂直地面的空间结构，以平面单元来构成低散射支架的外形，对于支架背向入射电磁波的一端采用锯齿形结构来降低绕射电磁波的影响，该结构相对倾斜式布局的支架，在同样承重载荷下结构尺寸能够大大减小，能够大大降低外场试验的制造成本和维护成本。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：

一种低散射支架，其特征是：

其具有一低散射的外表面，该外表面采用吸波材料技术，该采用吸波材料技术处理过的外表面上涂覆超疏水涂层。

上述的低散射支架，其中：

采用吸波贴片对所述低散射支架的外表面进行贴敷处理。

上述的低散射支架，其中：

所述超疏水涂层为一层具有疏水功能的透波表漆。

上述的低散射支架，其中：

所述低散射支架采用支架轴线竖直的立式空间结构，支架外表面背向入射电磁波的部位为锯齿形结构。

上述的低散射支架，其中：

所述低散射支架外形为沿支架轴线方向连续设置的多个周期结构，每个周期结构的外形横截面为一改进的菱形形状，该菱形形状的侧向两边包含倒角，后端夹角部位为所述的锯齿形结构。

上述的低散射支架，其中：

每个所述的周期结构包含一组上下对称的拓扑结构，其中部段截面尺寸和底部段截面尺寸之比为1:0.6~1:0.8。

上述的低散射支架，其中：

采用平面单元来构筑所述低散射支架的外表面。

上述的低散射支架，其中，包含以下步骤：

S1、粗糙化处理制作好的支架表面；

S2、用有机溶剂对表面进行清洗；

S3、在支架表面贴敷一层吸波材料；

S4、在吸波材料表面涂覆超疏水涂层。

上述的低散射支架，其中，所述步骤S3中：

所述吸波材料采用压模成型工艺进行成型，其厚度为1mm~2mm，内部填充球形羰基铁、片性羰基铁或铁氧体，填充颗粒的粒径为3μm~5μm，且所述吸波材料的吸波频率为8GHz~18GHz，吸波颗粒的体积添加分数为20%~50%。

上述的低散射支架，其中，所述的步骤S4中：

所述的超疏水涂层采用的是表面喷涂有疏水白炭黑与稀释剂混合物的快速固化的聚氨酯表漆。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1、采用轴线垂直地面的空间结构，以平面单元来构成低散射支架的外形，对于支架背向入射电磁波的一端采用锯齿形结构来降低绕射电磁波的影响；本低散射支架结构简单，相对倾斜式布局的支架，在同样承重载荷下结构尺寸能够大大减小，进而能够大大降低外场试验的制造成本和维护成本；

2、对于支架的外形表面贴敷吸波贴片来进一步降低散射支架的电磁散射；并在吸波贴片表面涂覆透波表漆，增加表面的抗湿热老化性能，并在此基础上添加一层透波疏水薄膜，防止表面的吸波材料出现氧化；

3、将本结构进行等比例缩放后可运用于室内微波暗室中的测试。

附图说明

图1为本发明的低散射支架的整体结构示意图；

图2为本发明的低散射支架的背向锯齿结构示意图；

图3为本发明的低散射支架的吸波材料与超疏水材料的连接结构示意图。

图4为本发明的低散射支架的吸波材料性能曲线图；

图5为本发明的低散射支架的RCS值仿真效果图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

本发明提出了一种雷达散射截面测试用的低散射支架的外形和表面，结合支架的外形隐身设计和表面处理技术，降低表面的电磁波反射和散射，同时增加外表面的抗湿热老化性能，以提高其维护性能，保证目标能够长时间进行有效测试。如图1所示，该种低散射支架具有一低散射的外表面，该外表面采用吸波材料技术，该外表面上涂覆能够增强维护性能的超疏水涂层5，且所述低散射支架采用支架轴线竖直的立式空间结构，支架外表面背向入射电磁波的部位为用于降低爬行电磁波的锯齿形结构2。

进一步的，所述低散射支架外形为沿支架轴线方向连续设置的多个周期结构1，每个周期结构1的外形横截面为一改进的菱形形状，该菱形形状的侧向两边包含倒角3，后端夹角部位为所述的锯齿形结构2，每个所述的周期结构1包含一组上下对称的拓扑结构，其中部段截面尺寸和底部段截面尺寸之比为1:0.6~1:0.8，倒角之前的菱形的前端夹角为20°~30°，菱形边长为1m至1.5m，所述拓扑结构的高为1m~1.5m，这样采用4节拓扑结构的支架的总高在4m~6m；从图中可见，可以采用平面单元来构筑所述低散射支架的外表面，前后两侧面均为平面，而拓扑结构上下两端构成的表面为大曲率半径表面，后续贴敷贴片时，该表面部分也可视为类柱面结构，采用平面贴片进行逐段贴敷处理。

进一步的，支架的表面采用金属蒙皮制作，如厚度为3mm~4mm的铝蒙皮或白铁皮，内部采用水泥或硬质泡沫填充，采用吸波贴片4对所述低散射支架的外表面进行贴敷处理，所述超疏水涂层5为一层具有疏水功能的透波表漆，所述低散射支架外形为沿支架轴线方向连续设置的多个周期结构1。

本发明提出了一种低散射支架的制作方法，其包含以下步骤：

S1、粗糙化处理制作好的支架表面，具体的，是将制造好的金属蒙皮表面支架用砂纸进行打磨，所用砂纸的数目可以为100目~300目；

S2、用有机溶剂对表面进行清洗，有机溶剂可以为无水乙醇或丙酮；

S3、待有机溶剂挥发后，在支架表面贴敷一层吸波材料，吸波材料的厚度为1mm~2mm，内部填充微粒为球形羰基铁、片性羰基铁或铁氧体，颗粒的粒径为3μm~5μm，针对的吸波频率为8GHz~18GHz，吸波材料可以为添加体积分数为20～50%；吸波材料的粘结剂采用室温硫化的硅橡胶或加热硫化的甲基乙烯基硅橡胶，采用模压成型工艺进行成型，吸波材料的反射率能够达到-20dB~-10dB；对吸波材料进行成型后，采用硅橡胶钝化剂对其上下表面进行钝化处理提高其表面活性，经过表面3~5次刷涂后，在表面喷涂稀释后的704硅橡胶胶水，胶水厚度为10μm ~20μm，待稀释剂丙酮挥发后，将其贴敷在支架蒙皮金属表面，对于贴敷的吸波材料表面采用不粘胶带进行表面包扎处理，即防止吸波贴片4和蒙皮表面贴敷不均匀，待粘接剂704硅橡胶水固化后拆除不粘胶带；

S4、在吸波材料表面涂覆超疏水涂层5，具体的，是将上述步骤中硅橡胶的一面喷涂表漆，表漆为快速固化的聚氨酯，然后将疏水涂层5喷涂在聚氨酯表漆表面，该疏水涂层5采用疏水白炭黑为原料，白炭黑添加质量比例为1%~3%，采用的稀释剂为丙酮和无水乙醇，然后将添加的白炭黑与稀释剂混合物喷涂在即将固化的聚氨酯表漆表面，即可得到疏水表面。

本发明提出的低散射支架的外形和表面设计与常规的外场支架外形和表面处理方式不同，外形采用简单的平面单元进行设计，承载时无额外的弯矩，表面贴敷吸波贴片，以满足低散射的要求，同时通过疏水处理，能够进一步提高支架的维修性和耐环境性能。

本实施例中，如图1~4所示，为一种低散射支架，其为上述的一种横截面为沿电磁波方向的侧面两边倒角3的菱形结构，后端为锯齿形结构2，锯齿形结构2中相邻锯齿边缘的夹角为45°，每个周期结构1的中部段截面尺寸和底部段尺寸之比为1:0.75，前夹角为20°，菱形边长为1m，拓扑结构的高度为1.5m，共采用4节拓扑结构的支架总高为6m。

上述支架的表面采用金属蒙皮制作，本实施例中为厚度3mm的铝蒙皮，打磨粗糙化处理用的砂纸目数为300目，然后用有机溶剂无水乙醇对表面进行清洗，待有机溶剂挥发完之后，在支架表面贴敷一层厚度为1.6mm的吸波材料，吸波材料的吸收剂添加体积分数为20%和45%，采用三层吸波材料结构，第一层（最底层）为0.4mm厚度的45%添加量片性羰基铁吸波材料，第二层为0.77mm厚度的20%添加量的球形羰基铁吸波材料，第三层（最表层）为0.43mm厚度的20%添加量的片性羰基铁吸波材料，材料的反射率能够达到-20dB~-10dB，具体步骤可参见步骤S3，性能曲线如图3所示。

随后按照步骤S4将硅橡胶的表面喷涂表漆材料，本实施例中白炭黑添加质量比例为2%，采用的稀释剂为丙酮和无水乙醇混合物（质量比为1：3）。

经过对上述的低散射支架进行RCS仿真计算，采用快速多极子方法进行计算求解，得到8GHz~18GHz频率范围支架的RCS值，结果如图4所示，其中入射电磁波方向为水平方向并位于支架的对称平面内，可以看出该频段范围内水平极化下支架的RCS值最大接近-35dB*sm，而垂直极化下的RCS值最大值接近-30dB*sm，具有较好的低散射特性。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。