第9章 复合材料的高频介电性能能与雷达罩

1.复合材料的定义、特性定义：复合材料是由两种或以上不同性能、不同形态的组分材料通过复合工艺组合而成的一种多项材料。

特性：比强度、比模量高；耐疲劳性能好，破损安全性能高；阻尼减震性好；具有多种功能性【瞬时耐高温性、耐烧蚀性好；优异的电绝缘性能和高频介电性能；良好的摩擦性能；优良的耐腐蚀性，低维护成本；特殊的光学、电学、磁学的特性】；良好的加工工艺性；各向异性和性能的可设计性。

2.增强纤维主要有：玻璃纤维；碳纤维；3.玻璃纤维的组成、制造、参数组成：玻璃是由SiO2及各种金属氧化物组成的硅酸盐类混合物，属无定形离子结构物质。

制造：坩埚拉丝法、池窑拉丝法参数：表示（原）纱粗细的指标。

支数β：1g（原）纱的长度（m）。

例如：支数为160支，表示1g对应长度160m。

支数越大原纱越细，构成原纱的单丝越细或单丝数目越少。

特tex：1000m（原）纱的质量(g)。

tex越大，纱越粗。

旦、袋（den）：9000（原）纱的质量（g）。

den越大，纱越粗。

β=1000/tex=9000/den捻度(twist)：纱的加捻程度，每米长原纱的加捻数，捻/m. S右捻Z左捻。

股数N：几根原纱合股组成。

4.碳纤维的制备过程、方法、工艺流程制备：以含C量高的有机纤维作为先驱纤维，在N2、Ar气氛保护的施加张力牵引下，通过加热去除大部分非碳元素，得到以碳的石墨晶体结构为主体的纤维材料。

聚丙烯腈基碳纤维的制造：预氧化、碳化、石墨化、表面处理。

5.预氧化目的、怎么预氧化目的：在较低的温度下（200-300°C）加热PAN纤维，通过氧化反应是β-碳原子部分氧化成羟基、羰基，这样可在分子内和分子间形成氢键，并利用羟基、羰基的诱导作用，使CN在较低的温度下环化形成带有六元共轭环的梯形结构，从而提高PAN纤维的热稳定性，这样就能经受住高温碳化处理而获得碳纤维。

6.石墨化目的、怎么化学性能：氧化性；耐腐蚀性；其他性能【沿纤维方向导电性好；摩擦系数小，具有自润滑性】。

发展中的民航无损检测许万忠（民航无损检测人员资格鉴定与认证委员会）摘要：民航无损检测的发展经历了36年的历程，由小到大，由弱到强，在航空器维修中越来越显示出其重要性。

民航无损检测前30年的发展状况已经在2005年“民航无损检测发展30周年暨NDT标准颁布实施10周年经验交流会”有文章介绍，本文主要介绍自2006年以来民航无损检测六年间的发展和变化。

关键词：民用航空；飞机维修；无损检测；发展Development of NDT in Civil Aviation AircraftXu Wan-Zhong（Qualification and Certification of Personnel for Nondestructive Testing Board of Civil Aviation）Abstract:With the development process for over 36 years, from small to large and from weak to strong, non-destructive testing in civil aviation have been taking a more and more important part in aviation maintenance. Its development status in the first 30 years were once presented in 2005 experience exchange meeting of the 10th anniversary of NDT standard issue and 30 years of NDT development in civil aviation, hereby this paper has mainly introduced developments and changes of non-destructive testing in civil aviation since 2006.Keywords : Civil aviation, Aircraft maintenance, Non-destructive testing, Development.1.过去工作的回顾（2006年民航无损检测经验交流会时的NDT概况）无损检测技术用于中国民航飞机维修检测最早始于1958年，主要用于大修工厂对分解后的零件进行检查。

天线罩透波功能复合材料的设计作者：罗彦侠温海东来源：《科学与财富》2014年第11期摘要：近年来透波材料是快速发展起来的一种集结构、防热、透波于一体的多功能介质材料。

此材料可用作各种飞机、导弹、宇宙飞船、卫星及地面站的天线罩和透波窗，还可用作高性能印刷电路板基材等，在各个电子、通讯等领域发挥着非常重要作用。

本文从实际应用入手简单阐述了天线罩透波复合材料的组成及其设计过程中遵循的原则。

关键词：透波复合材料；基体；增强体透波材料是指具有极小介电损耗的结构材料，是近年来快速发展起来的一类集结构、防热、透波于一体的多功能介质材料。

电磁波在传播过程中遇到某一材料（介质）时，如果透过的强度大于一定限度（>95%），则该材料可被视作高透波材料。

从材料本性讲，其特征是具有很小的介电常数和介质损耗角正切值。

此类材料可用作各种飞机、导弹、宇宙飞船、卫星及地面站的天线罩和天线窗，还可用作高性能印刷电路板基材等，在航空航天、电子、通讯等领域发挥着重要作用，具有很大的经济效益和社会效益。

透波材料通常分为两种：一种为无机材料，如氧化铝、二氧化硅、玻璃陶瓷、氮化硅、氮化硼等；另一种为耐热树脂基纤维复合材料。

本文主要对透波复合材料进行分析。

1. 天线罩常用透波复合材料透波复合材料属于功能复合材料，有基体和增强体两部分组成。

目前，在实际中应用最广的还是纤维增强树脂基复合材料。

1.1基体透波复合材料是由增强纤维和树脂基体构成的，两者的电性能好才能成型出电性能好的透波材料。

通常增强材料的力学性能和介电特性均优于树脂基体，所以复合材料的透波性能主要取决于树脂基体的性能。

因此必须选择具有优良电性能的树脂基体，同时树脂在复合材料中也起胶粘剂的作用，是决定复合材料耐热性的基本成分。

目前实际应用最广泛的还是纤维增强树脂基复合材料。

树脂基体主要有传统的不饱和聚酯树脂（UP）、环氧树脂（EP）、改性酚醛树脂（PF）以及近年来开始研究和应用的氰酸酯树脂（CE）、有机硅树脂、双马来酰亚胺树脂（BMI）、聚酰亚胺（P1）、聚四氟乙烯（PTFE）等新型的耐高温树脂。

雷达罩的材料和结构随着现代高科技的发展，雷达大量应用于飞机、导弹、航海等领域，雷达罩的运用也日趋广泛。

雷达罩是电磁波的窗口，其作用是保护天线，防止环境对雷达天线工作状态的影响和干扰，从而减少驱动天线运转的功率，提高其工作可靠性，保证雷达天线全天候工作。

雷达罩的存在，延长了天线的使用寿命，简化了天线的结构，减轻了结构的重量。

雷达罩作为雷达系统的重要组成部分，其性能好坏直接影响到雷达系统的功能。

可以说，雷达罩与天线同等重要。

要求雷达罩对天线的电磁辐射特性的影响最小，并且满足战术技术指标的要求。

雷达罩技术综合了材料、工艺、机械、电磁、空气动力学和结构力学等学科的知识，设计和制造难度较大。

由于雷达罩工作在一种复杂的特殊环境中，对材料的要求十分苛刻，主要使用玻璃纤维复合材料。

1、在透波复合材料中最早使用的是E玻璃纤维,后来又有特种玻璃纤维, 是指高强度玻璃纤维(S-glass),高模量玻璃纤维(M-glass)和低介电玻璃纤维(D-glass)[2]。

真正用于雷达罩的专用玻璃纤维主要是D玻璃纤维、石英纤维和高硅氧玻璃纤维，D玻璃纤维专用于雷达罩,它具有较低的介电常数和正切损耗,但同时,机械性能较低,一般仅为E玻璃纤维的70%,为达到一定的介电性能时,往往采用 D玻璃纤维。

2、高硅氧玻璃纤维中二氧化硅的含量为91～99%,它是以酸浸洗E玻璃纤维,除去碱金属,再于670～800℃加热烧结而形成高硅氧玻璃纤维。

3、芳纶纤维是高度定向的芳香族聚酰胺纤维的统称，由于芳纶纤维具有较低的密度、优越的抗冲击性和比刚度高、比强度高等特性，在航空上得到广泛应用，一度有取代玻璃纤维的趋势。

4、石英纤维的化学成份是纯度达99.5% 以上的二氧化硅,经熔融制成纤维,其介电常数和正切损耗与上述玻璃纤维相比都是最小的,石英纤维的机械性能取决于制造工艺技术,另外,石英纤维的线膨胀系数较小,而且具有弹性模量随温度增高而增加的罕见特性。

5、聚乙烯纤维是密度最小，介电性能优良的一种增强纤维，由于其表面惰性导致纤维与树脂粘附性差，必须对纤维进行表面处理，同时选择合适的树脂体系。

波音737NG飞机雷达罩损伤分析和修理作者：胡耀平来源：《航空维修与工程》2018年第11期摘要：基于波音737NG飞机雷达罩设计基本要求，对蜂窝夹层和泡沫夹层两种类型雷达罩进行结构分析，并参考波音维修手册对常见损伤和修理方案进行研究，以期对雷达罩实际运营维护提供一定的指导，为航空公司节省运营成本。

关键词：波音737NG;雷达罩;蜂窝夹层;抗静电;防雨蚀1雷达罩结构简介雷达罩作为737NG飞机的重要组成部件，必须保持良好的电性能、气动外形以及结构强度，这是雷达罩结构设计的基本条件。

波音737NG飞机雷达罩分为蜂窝夹层结构和泡沫夹层结构两种类型。

蜂窝夹层结构雷达罩前端主要采用柔性芳纶纸蜂窝（Nomex）材料（俗称纸蜂窝芯），其胞壁单元由芳纶纸和两面浸润的酚醛树脂组成，实质是一种层合结构材料，具有质轻、介电性能好的优点[1]，后端为六边形玻璃纤维蜂窝芯，这两种材料都具有良好的透波性能。

树脂基体材料采用最常见的热固性环氧树脂材料，内外蒙皮铺层材料为增强玻璃纤维（俗称玻璃钢），胶膜材料则采用BMS5-129胶膜，其优良的剥离强度可避免雷达罩蒙皮与芯体间脱胶。

泡沫夹层结构雷达罩与蜂窝夹芯雷达罩结构类似，主要区别在于前端芯材采用CMN2000硬质PVC闭孔泡沫材料，这种闭孔结构避免了湿气的侵入和传播。

在力学性能方面，泡沫芯材的剪切强度明显优于蜂窝芯材，且此类型雷达罩生产商NORDAM公司宣称该闭孔结构雷达罩能够抗额外45%的冲击载荷，同时因其介电性能与蜂窝夹层结构相当，所以综合性能更好，C919飞机采用的就是新型的泡沫夹层结构雷达罩。

由于737NG飞机雷达罩的材料均为不导电的复合材料，加上位于雷击初始附着区域，在遭受雷击后会引起复合材料刚度和强度的显著下降，并造成树脂基体融化，引起分层、脱胶等结构破坏，所以必须采取防雷击设计来传递雷击瞬时高电流，避免局部温度过高，以降低对雷达罩复合材料的损伤。

非金属复合材料雷击防护主要通过3种设计方案实现：表面火焰喷涂铝涂层;表面粘接铝箔或金属网;加装导流条。

复合材料的电磁屏蔽性能研究与优化近年来，随着电子设备的快速普及和无线通信的飞速发展，电磁辐射对人体健康和通信质量的影响日益凸显。

为了解决这个问题，复合材料的电磁屏蔽性能研究逐渐成为一个热门话题。

本文将介绍复合材料的电磁屏蔽性能研究的意义、方法以及优化策略。

首先，我们来了解一下复合材料的基本概念。

复合材料是指由两种或两种以上的材料组成的具有新的特性的材料。

通过将不同性质的材料按一定比例混合制备而成。

复合材料可以具有很高的强度、轻质化、高刚度等优点，因此在航空、航天、汽车制造等领域得到广泛应用。

复合材料的电磁屏蔽性能研究是指探究复合材料对电磁辐射的屏蔽效果以及相关机理的研究。

一方面，物质的本身对电磁辐射的散射和吸收会降低传播的强度，从而起到屏蔽的效果。

另一方面，复合材料的结构设计也会对电磁波的传播产生影响，因此研究电磁屏蔽性能既包括对材料本身的研究，也涉及结构的设计与优化。

为了研究复合材料的电磁屏蔽性能，科学家们提出了一系列的实验方法和仿真模拟技术。

常用的实验方法包括剪切箱实验、开路实验和波导法等。

剪切箱实验主要通过测量复合材料在不同频率下的反射损耗和透射损耗来评估其电磁屏蔽性能。

开路实验则通过将复合材料作为完全隔离的屏蔽体，测量其在外界电磁场作用下的电磁波穿透情况来评估屏蔽效果。

波导法则通过将复合材料置于波导中，测量复合材料中电磁波的传播和衰减情况来研究电磁屏蔽性能。

与实验方法相比，仿真模拟技术具有成本低、实验环境易控制的优势。

目前，有限元方法和时域有限差分法是两种常用的仿真模拟方法。

有限元方法通过划分出大量互不连接的小单元，建立模型并求解得到电磁场的分布情况，进而评估电磁屏蔽性能。

时域有限差分法则将电磁波方程离散化处理，通过数值求解得到电磁波的传播与衰减情况。

这些仿真模拟方法可以帮助科学家们更加清晰地了解复合材料的电磁屏蔽性能，并为后续的优化提供参考。

针对复合材料的电磁屏蔽性能优化，科学家们提出了多种策略。