导弹天线罩是安装在导弹雷达导引头天线外面起保护作用的外罩。超高音速导弹在稠密大气层中飞行时,空气受到强烈压缩和剧烈摩擦,会产生“气动加热”现象。随着导弹马赫数的增加,气动加热非常严重。为使天线罩内通讯导航等设备工作正常,高超音速导弹天线罩对材料性能的要求较一般导弹天线罩更为苛刻,它除应具备与飞行器雷达天线使用频率耦合的透波性能、最小的插入损失外,还需具备能承受飞行器空气动力载荷和环境热气流、雨流的冲刷及其载荷的振动冲击性能,其电气和机械性能应不受环境(湿度、温度)条件变化的影响。此外,天线罩还要能够接收发射来的电磁信号。因此,天线罩必须具备耐热、防热、承载、透波等功能。
上述要求反映到材料性能上即为如下性能要求:
(1)优良的介电性能,介电常数ε低,损耗角正切值tanδ小。一般情况下,在0.3~300GHz 频率范围内,天线罩材料的适宜ε为1~4 ,tanδ为10-1~10-3 数量级,这样才能获得较理想的透波性能和瞄准误差特性。
(2)足够的机械强度和适当的弹性模量。
(3)良好的热冲击性和耐热性
(4)经得起雨蚀、辐射等环境条件。
(5)可生产性和经济性。
在工程中应用最广的天线罩材料是纤维增强树脂基复合材料。研发的导弹天线罩用树脂材料有耐高温聚酰亚胺、双马来酰亚胺、氰酸酯树脂、聚醚醚酮、聚苯并咪唑、有机硅树脂、聚四氟乙烯和热塑型树脂(如聚苯硫醚)等。常用的增强纤维有涤纶、芳纶纤维、石英、K-纤维、E-玻璃纤维和碳纤维等。
环氧树脂是导弹天线罩最常用的基体树脂之一,它具有优良的粘结性能、耐化学腐蚀性能和电性能,固化收缩率低,能形成尺寸稳定的致密制品。其贮存期、固化条件以及粘度随固化剂的不同而呈多样性。但环氧树脂的使用温度一般较低,可用于亚音速导弹天线罩,如我国的亚音速岸舰、舰舰导弹天线罩采用A型夹层结构,以环氧复合材料为蒙皮,聚氨酯泡沫为芯层,功率传输系数不低于85 %。美国80 年代先进的潜射型“战斧”巡航导弹天线罩亦采用了环氧复合材料。
聚酰亚胺在400 ℃下具有良好的承载/透波能力,机械强度相当或超过环氧复合材料,是超声速巡航导弹的耐高温天线罩的主要基体材料。雷神导弹系统分部已利用石英纤维增强聚酰亚胺(Qz/PI)生产超音速反辐射导弹天线罩达20多年,中国空空导弹研究院罗楚养采用用了RTM 整体成型技术设计制备了碳纤维增强聚酰亚胺复合材料天线罩连接环,突破了复合材料连接环防热/承载一体化设计与整体制备等关键技术。
氰酸酯树脂进入20世纪80年代后在天线罩方面逐渐得到应用。目前国外已将氰酸酯树脂应用于天线罩,取得了满意效果,如ICI Fiberite 公司将HerculesIM7 纤维增强牌号为X54-2的氰酸酯树脂应用于天线罩。
有机硅树脂的突出优点是耐热性和优良的介电性能,在各种环境条件(高温、潮湿)下的介电性能都比较稳定。其缺点是机械强度较低,且须高压成型。俄罗斯对有机硅树脂进行了多年深入系统的研究,已将有机硅复合材料成功地应用于战略导弹、火箭以及航天飞机中,所采用的硅树脂为聚二甲基有机硅(商品牌号MK-9K),再添加少量的高温除碳剂,在1200 ℃能释放氧,可降低树脂的残碳率,对电性能十分有利。
树脂基复合材料可以满足常用的航空用天线罩及低于3马赫数的导弹天线罩的使用要求。但是,有机材料由于其有限的耐热性能,对于高于4马赫数的导弹等航天用天线罩,有机材料已经不能满足各种飞行器高速飞行时的使用要求。所以各种陶瓷基复合材料逐渐成为超音速导弹天线罩的候选材料。要满足导弹由亚音速到超音速,再到高超音速(Ma>5),速度不断攀升对材料耐高温性能更严苛的要求,树脂基复合材料的耐高温性要提到500℃以上。
导弹天线罩材料的发展历程可归结为: 纤维增强塑料→氧化铝陶瓷→微晶玻璃→石英陶瓷→陶瓷基复合陶瓷。




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