一种曲壁吸波蜂窝结构及其制备方法

本发明属于材料领域，具体涉及一种曲壁吸波蜂窝结构及其制备方法。

背景技术：

1、随着现代电子信息科技的飞速发展，雷达探测技术得到了空前的进步。目前，岸基雷达、预警机雷达等先进探测装备得到了广泛的应用，而飞机和船舶等目标也面临着越来越严峻的电磁环境挑战。现代雷达系统已经能够在1000千米外对多个目标进行探测和追踪，这使得飞机和船舶在距离预定目标非常遥远时即会被对方雷达发现而遭到攻击。这不仅导致飞机和船舶难以完成既定任务目标，甚至威胁到它们自身的生存。因此，飞机和船舶必须具备出色的电磁隐身性能，才能规避到雷达的探测。

2、其中，电磁吸波材料是电磁波隐身技术的核心手段。吸波材料是一种特殊的材料，它能够吸收电磁波并将其转化为热能或其他形式的能量。一般来说，吸波材料被应用在隐身飞机和船舶的表面，通过降低电磁波的散射来提高隐身性能。

3、吸波材料可以分为涂覆型吸波材料与结构型吸波材料。涂覆型吸波材料通常由吸波剂、基材及粘接剂混合而成。其中，吸波剂作为主要成分，通常为导电或磁性颗粒，通过电/磁损耗的方式实现吸收性能。涂覆型吸波材料具有易于施工、灵活性高等优点，通常作为涂层材料涂覆于装备的表面。但船舶进气道空气摩擦产生的热及海上恶劣环境成为制约隐身涂层性能的重要障碍。隐身涂层在承受高温及太阳辐射、海浪冲刷等载荷下，会产生剥离、脱落和磨损。需要反复维护，维护成本巨大，而且温度变化会改变涂层电磁参数，从而改变其吸波峰出现的位置。以上环境原因会使涂层厚度减小，而涂层厚度作为结构因素将深刻影响涂层的整体吸波性能，会影响吸波峰的频率点位置和峰值强度。此外，隐身涂层吸波带宽较窄。只要雷达发射波频率改变，则涂层吸波能力将大打折扣。

4、结构型的吸波材料也被称为吸波结构。与涂覆型的吸波材料不同，结构型的吸波材料是将吸波材料直接整合到结构中，形成一种具有吸波功能的结构性材料。

5、结构型吸波材料可以被分为很多种类，传统的结构型吸波材料有吸波蜂窝、吸波泡沫等，其具有性能稳定，适合大规模工业生产与加工的特点。吸波超材料的出现改变了传统结构型吸波材料的设计方式。吸波超材料的电磁性能取决于其内部的周期结构，而通过调节周期结构的形状即可使吸波超材料实现远超传统吸波材料的吸收性能，这打破了传统吸波材料的性能壁垒，引领了新一代吸波材料的蓬勃发展，其中有代表性的包括金属基吸波超材料、电阻基吸波超材料等。

6、当前，吸波材料已经得到了广泛的应用。与此同时，由于吸波材料已逐步应用于超音速飞行器中，因此其力学性能与环境耐候性能也逐渐引起了人们的关注。

技术实现思路

1、本发明的目的在于解决传统复合材料吸波结构力学性能较差且吸收带宽较窄的问题，而提出的一种曲壁吸波蜂窝结构及其制备方法。

2、本发明的目的通过如下技术方案来实现：

3、一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，包括以下步骤：

4、步骤1：材料预处理：使用高精度裁料机对短切玻璃纤维/碳纤维复合毡进行切割；

5、步骤2：层合板制备：按照铺层设计有序铺贴石英纤维平纹编织预浸料、碳纤维-玻璃纤维混合毡布，得到复合材料层合板；

6、步骤3：波纹板制备：将上一步中所制得的复合材料层合板置于波纹板模具中，并使用硫化机进行热压；

7、步骤4：波纹板固化：用胶膜将两个波纹板进行粘接，并使用硫化机进行热压使胶膜固化；

8、步骤5：波纹板的切割：使用高精度切割机将波纹板切成预设的尺寸，再对表面清洗；

9、步骤6：芯子组装：将切割完成的波纹板利用嵌锁组装技术组装到一起，得到曲壁蜂窝结构芯子；

10、步骤7：面板组装：用胶膜将上、下面板与蜂窝芯子粘接在一起，并放置于硫化机中固化。

11、进一步地，所述步骤1中所述的短切玻璃纤维/碳纤维复合毡包括短切玻璃纤维与短切碳纤维。

12、进一步地，所述将括短切玻璃纤维与短切碳纤维混合，通过调节混合纤维的比例及调整曲壁吸波蜂窝结构的高度，使曲壁吸波蜂窝结构的-10db的吸收带宽覆盖2-40ghz。

13、进一步地，所述短切玻璃纤维/碳纤维复合毡的厚度为0.02mm。

14、进一步地，所述步骤2中的石英纤维平纹编织预浸料单层厚度为0.1mm。

15、进一步地，所述步骤3中使用硫化机进行热压，具体为：从室温以2℃/分钟的速度升至80℃，保持30分钟；以2℃/分钟的速度升至130℃，保持240分钟，期间保持压力为10mpa；最后硫化机经自然冷却至室温后完成卸压，经过热压处理的复合材料层合板中的树脂与其他材料互相融合更加紧密。

16、进一步地，所述步骤5中使用丙酮对切割后的波纹板表面进行清洗。

17、进一步地，所述步骤7中在曲壁蜂窝结构芯子的上表面用胶膜粘接低介电常数石英纤维复合材料面板，在下表面用胶膜粘接碳纤维复合材料面板。

18、进一步地，所述步骤7中的硫化机固化工艺步骤与制备波纹板的相同。

19、一种曲壁吸波蜂窝结构，利用一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法制备得到。

20、本发明的有益效果在于：

21、本发明中曲壁蜂窝的构型设计有利于抑制屈曲，从而大幅提高了曲壁吸波蜂窝结构在低密度时的承载能力。该结构在承受面外压缩载荷时会发生弹性屈曲与纤维压缩断裂两种失效模式，而最低密度的样件的破坏形式介于纤维压缩断裂与屈曲之间，足以证明该结构具有相当优越的承载效率。

22、本发明具有良好的电磁波吸收性能，其-10db吸收波宽带达到38ghz(2-40ghz，覆盖s、c、x、ku、k和ka波段)，平均反射率为-6.5db(98％吸收率)。该结构将周期性图案化的短切玻璃纤维/碳纤维复合毡与石英纤维增强复合材料有机结合，通过优化几何构型提升了结构的阻抗匹配，协同实现了曲壁吸波蜂窝结构的宽带吸收性能。

技术特征：

1.一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述步骤1中所述的短切玻璃纤维/碳纤维复合毡包括短切玻璃纤维与短切碳纤维。

3.根据权利要求2所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述将括短切玻璃纤维与短切碳纤维混合，通过调节混合纤维的比例及调整曲壁吸波蜂窝结构的高度，使曲壁吸波蜂窝结构的-10db的吸收带宽覆盖2-40ghz。

4.根据权利要求2所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述短切玻璃纤维/碳纤维复合毡的厚度为0.02mm。

5.根据权利要求1所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述步骤2中的石英纤维平纹编织预浸料单层厚度为0.1mm。

6.根据权利要求1所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述步骤3中使用硫化机进行热压，具体为：从室温以2℃/分钟的速度升至80℃，保持30分钟；以2℃/分钟的速度升至130℃，保持240分钟，期间保持压力为10mpa；最后硫化机经自然冷却至室温后完成卸压，经过热压处理的复合材料层合板中的树脂与其他材料互相融合更加紧密。

7.根据权利要求1所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述步骤5中使用丙酮对切割后的波纹板表面进行清洗。

8.根据权利要求1所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述步骤7中在曲壁蜂窝结构芯子的上表面用胶膜粘接低介电常数石英纤维复合材料面板，在下表面用胶膜粘接碳纤维复合材料面板。

9.根据权利要求1或6所述的一种曲壁吸波蜂窝结构的制备方法，其特征在于：所述步骤7中的硫化机固化工艺步骤与制备波纹板的相同。

10.一种曲壁吸波蜂窝结构，其特征在于：利用权利要求1-9中任一所述的制备方法制备得到。

技术总结本发明公开了一种曲壁吸波蜂窝结构及其制备方法，首先对短切玻璃纤维/碳纤维复合毡进行切割；按照铺层设计有序铺贴石英纤维平纹编织预浸料、碳纤维‑玻璃纤维混合毡布，得到复合材料层合板；将复合材料层合板置于波纹板模具中，并进行热压；用胶膜将两个波纹板进行粘接，并进行热压使胶膜固化；切割波纹板，再对表面清洗；将切割完成的波纹板利用嵌锁组装技术组装到一起，得到曲壁蜂窝结构芯子；用胶膜将上、下面板与蜂窝芯子粘接在一起，并放置于硫化机中固化。本发明在承受面外压缩载荷时会发生弹性屈曲与纤维压缩断裂两种失效模式，而最低密度的样件的破坏形式介于纤维压缩断裂与屈曲之间，足以证明该结构具有相当优越的承载效率。技术研发人员：何晓,杨丽红,刘政显,成梦荷,项雨石受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/10/10