具有连接法兰的低RCS桅杆及其制作方法和水下航行器与流程

本发明涉及隐身，尤其涉及一种具有连接法兰的低rcs桅杆及其制作方法和水下航行器。

背景技术：

1、载人潜水器、uuv等水下航行器需要执行通信、侦察或导航等任务时，需要将搭载雷达、光电潜望镜或通信天线等负载的桅杆通过升降机构或折倒机构伸出水面，并将负载保持在水面以上的特定高度，因此，部分桅杆也暴露在水面上。由于桅杆暴露在水面上成为关键散射源，周围无遮挡，属于高度暴露，易于被敌方侦察设备发现和识别。因此，桅杆的隐身非常重要。

2、因此，需要对桅杆进行雷达波隐身设计，尽可能地降低雷达波反射截面积（rcs），进而提高被雷达探测的距离、降低被发现的概率。

3、现有的桅杆主要从功能的角度进行设计，满足负载搭载、水动力性能、结构设计约束等要求，较少考虑雷达隐身设计，其隐身主要通过在桅杆表面涂覆雷达吸波涂料来降低rcs，但存在以下问题影响了桅杆rcs的进一步降低：（1）与负载连接的法兰凸出于桅杆主体结构外，存在截面突变，容易形成雷达波二次散射，（2）用于连接负载的螺钉、垫片等金属紧固件暴露在外且由于安装维修的需要，难以进行隐身处理；（3）现有雷达吸波涂料隐身性能有限，海洋环境适应性较差，适用范围有限，需要定期维护保养。随着雷达探测技术的不断发展，对雷达波的隐身设计提出了更高要求。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供一种具有连接法兰的低rcs桅杆及其制作方法和水下航行器，旨在提高桅杆的隐身性能。

2、为实现上述目的，本发明提供一种具有连接法兰的低rcs桅杆，包括金属桅杆本体、包覆于金属桅杆本体外部的隐身罩、以及位于金属桅杆端部的连接法兰，其中，

3、所述连接法兰背离金属桅杆本体一端的端面上开设有多个安装孔以供紧固件穿过，隐身罩的侧面上开设有与安装孔连通的凹槽，凹槽与安装孔的底端连通，凹槽的侧面通过可拆卸的封孔盖封闭，封孔盖的侧面与隐身罩的侧面平齐设置，所述隐身罩包括结构填充层以及位于结构填充层外部的吸波功能层，所述结构填充层采用树脂基浮力材料加工成型，吸波功能层包括由内至外依次设置的电磁波反射层、电磁损耗层和蒙皮层，封孔盖的外侧面上设置有吸波功能层。

4、优选地，所述连接法兰与金属桅杆本体一体成型。

5、优选地，所述电磁波反射层由碳纤维布铺敷而成，电磁损耗层包括多层玻璃纤维布以及位于两层玻璃纤维布之间的吸收剂，吸收剂穿插于玻璃纤维层间起到对雷达波的吸收和损耗作用，蒙皮层采用石英纤维环氧树脂基复合材料，吸收剂采用电阻损耗型吸收剂。

6、优选地，所述封孔盖包括弧形板以及位于弧形板内侧的弹簧夹，弹簧夹用于夹持于紧固件外部，弧形板将连接法兰的凹槽封闭，弧形板的外表面设置有吸波功能层。

7、优选地，所述金属桅杆本体由下至上依次设置圆柱部、第一圆锥部和第二圆锥部，隐身罩由下至上依次对应设置流线部、过渡部和圆锥部，流线部为naca线型，过渡部将流线部和圆锥部之间平滑过渡。

8、优选地，所述结构功能层将金属桅杆本体的外形平滑过渡为隐身罩的外形。

9、优选地，所述金属桅杆本体的内部中空设置。

10、优选地，所述凹槽和安装孔均在连接法兰的圆周方向均匀布置。

11、本发明还提出一种基于上述的具有连接法兰的低rcs桅杆的制作方法，包括以下步骤：

12、用钢管加工金属桅杆本体，加工出圆柱部、第一圆锥部和第二圆锥部，在第二圆锥部端部开设有多个安装孔后，对金属桅杆表面进行喷砂处理；

13、按照外形要求加工树脂基浮力材料，形成内外表面满足要求的结构填充层，在金属桅杆表面刷粘接剂，然后粘接结构填充层，最后加压固化；

14、在结构功能层外铺敷电磁波反射层，电磁波反射层采用多层碳纤维布交错铺层，每层碳纤维布之间喷涂雾化粘接剂，铺层完成后注入环氧树脂，最后进行固化、脱模；

15、在电磁波反射层外铺敷电磁损耗层，电磁损耗层按照1层石英玻璃纤维、2层吸收剂、1层石英玻璃纤维的顺序多次进行手糊成型，直至厚度满足要求，铺层完成后注入环氧树脂，最后通过真空袋压抽出多余树脂后固化、脱模；

16、在电磁损耗层外铺敷蒙皮层，蒙皮层选用多层石英玻璃纤维和环氧树脂手糊成型，采用真空袋压抽出多余树脂后固化、脱模。

17、在成型后隐身罩上方外侧壁上开设多个凹槽，多个凹槽与安装孔连通且一一对应设置。

18、本发明进一步还提出一种水下航行器，包括上述的具有连接法兰的低rcs桅杆，还包括安装于具有连接法兰的低rcs桅杆顶端的雷达天线，紧固件的尾部经安装孔穿过后与雷达天线的下部螺纹孔连接，封孔盖扣合于紧固件的头部后将连接法兰的凹槽封闭。

19、本发明提出的具有连接法兰的低rcs桅杆，具有以下有益效果：

20、1、因为采用隐身罩全包裹于连接法兰的侧面，相对于现有技术中连接法兰侧面凸出来的结构，本桅杆不存在截面突变，不容易形成雷达波二次散射；

21、2、如果直接在金属桅杆本体外铺敷吸波功能层，因为厚度不均匀，存在工艺复杂、电性能和力学性能设计难度大等问题，本申请中设置结构填充层进行过渡，因采用金属材料存在加工工艺复杂、重量大等缺点，结构功能层选用密度小、耐压强度高、易于成型和加工的树脂基浮力材料。结构填充层一方面将金属桅杆的下半段的圆形包覆成流线形，另一方面实现了流线形截面与顶部圆形截面的平滑过渡；

22、3、因吸波功能层包括由内至外依次设置的电磁波反射层、电磁损耗层和蒙皮层，相对于传统雷达吸波涂料相比，本隐身罩具有极低rcs，整体成型的隐身罩力学性能及环境适应性远高于雷达吸波涂料，使用寿命长且免维护；

23、4、封孔盖将用于封闭隐身罩侧面的凹槽，封闭后的桅杆外表面保持光顺，没有金属零件暴露在外，配合封孔盖的表层采用吸波功能层相同材料，从而进一步提高桅杆的隐身性能，使本桅杆具有良好的雷达隐身性能；

24、5、通过在隐身罩上开设凹槽的结构，紧固件可全部容纳于凹槽内部，相对于现有技术中紧固件端部需要凸出连接法兰的结构，本桅杆外部不会露出，从而降低了桅杆的rcs；

25、6、本桅杆综合应用了外形隐身和材料隐身两种改进，具有良好的雷达隐身性能。

技术特征：

1.一种具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，包括金属桅杆本体、包覆于金属桅杆本体外部的隐身罩、以及位于金属桅杆端部的连接法兰，其中，

2.如权利要求1所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述连接法兰与金属桅杆本体一体成型。

3.如权利要求1所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述电磁波反射层由碳纤维布铺敷而成，电磁损耗层包括多层玻璃纤维布以及位于两层玻璃纤维布之间的吸收剂，吸收剂穿插于玻璃纤维层间起到对雷达波的吸收和损耗作用，蒙皮层采用石英纤维环氧树脂基复合材料，吸收剂采用电阻损耗型吸收剂。

4.如权利要求1所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述封孔盖包括弧形板以及位于弧形板内侧的弹簧夹，弹簧夹用于夹持于紧固件外部，弧形板将连接法兰的凹槽封闭，弧形板的外表面设置有吸波功能层。

5.如权利要求1所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述金属桅杆本体由下至上依次设置圆柱部、第一圆锥部和第二圆锥部，隐身罩由下至上依次对应设置流线部、过渡部和圆锥部，流线部为naca线型，过渡部将流线部和圆锥部之间平滑过渡。

6.如权利要求1所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述结构功能层将金属桅杆本体的外形平滑过渡为隐身罩的外形。

7.如权利要求1所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述金属桅杆本体的内部中空设置。

8.如权利要求1至7中任意一项所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，其特征在于，所述凹槽和安装孔均在连接法兰的圆周方向均匀布置。

9.一种基于权利要求1至8中任意一项所述的具有连接法兰的低rcs桅杆的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.一种水下航行器，其特征在于，包括如权利要求1至8中任意一项所述的具有连接法兰的低rcs桅杆，还包括安装于具有连接法兰的低rcs桅杆顶端的雷达天线，紧固件的尾部经安装孔穿过后与雷达天线的下部螺纹孔连接，封孔盖扣合于紧固件的头部后将连接法兰的凹槽封闭。

技术总结本发明提出一种具有连接法兰的低RCS桅杆及其制作方法。具有连接法兰的低RCS桅杆包括金属桅杆本体和包覆于金属桅杆本体外部的隐身罩，位于金属桅杆顶部设计连接法兰，开设有多个安装孔以供紧固件穿过，隐身罩的侧面上开设有与安装孔连通的凹槽，凹槽与安装孔的底端连通，凹槽的侧面通过可拆卸的封孔盖封闭，封孔盖的侧面与隐身罩的侧面平齐设置，隐身罩包括结构填充层以及位于结构填充层外部的吸波功能层，所述结构填充层采用树脂基浮力材料加工成型，吸波功能层包括由内至外依次设置的电磁波反射层、电磁损耗层和蒙皮层。本发明提出的具有连接法兰的低RCS桅杆，可提高桅杆的隐身性。技术研发人员：刘运亮,叶冀萍,方康,李全超,谢俊超受保护的技术使用者：中国舰船研究设计中心技术研发日：技术公布日：2024/8/20