科普来了：飞机的雷达罩啥做的，以及相关原理

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
现在简单介绍一下几种材料：
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，其代表品种为美国杜邦公司生产的Kevlar－49，其性能见表1示。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。超高模量聚乙烯纤维（UHMPE），如Dyneema和Spectra系列，强度高、不吸水抗冲击，在X波段至mm波段范围内，具有优良的介电性能，与树脂浸润性好，复合材料的防弹性和力学性能在高温下保持稳定，是一种很有前途的高性能雷达罩增强材料。常与其他纤维混合成透波混杂复合材料使用。例如Spectra/玻璃纤维（25/75 ） 复合材料的介电常数为2.9； Spectra/石英混杂体系能够获得优良的电/机械性能。目前国外导弹天线罩大多已采用此种纤维。
现在国内透波复合材料使用的增强纤维仍以E玻璃纤维和S玻璃纤维为主,M玻璃纤维只有较少量使用。雷达天线罩用增强纤维（织物）仍以E-玻璃纤维（密度=2.54g/cm3、ε=6.13、tgδ=0.0055）和S-玻璃纤维（密度=2.49、ε=5.12、tgδ=0.0068），同类纤维国外密度比国内低0.15左右，ε低0.2左右、tgδ小0.0015左右。且纤维种类少，织物种类更少，只有两维仿形编织套。目前，环氧树脂仍是雷达罩最常用的树脂基体之一。但近年来由于先进雷达罩对全频带、低介电损耗、耐高温，耐天候等性能要求的不断提升，其他如氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等。氰酸酯树脂是目前国内研究的热点，它具有出色的介电性能，同时还具有耐高温、低吸湿率、低热胀系数、优良的力学性能和粘接性能，以及良好的工艺性。目前氰酸酯已成功地应用于雷达罩。为了进一步改性和提高性能价格比，氰酸酯树脂通常与环氧树脂共混使用，氰酸酯树脂环氧树脂/共混物不是简单的物理共混物，两者之间存在着复杂的共聚反应。陈平等[5]采用氰酸酯改性环氧树脂体系，使改性的环氧树脂体系介电性能提高。尹剑波等[6]利用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂做改性剂，对氰酸酯树脂进行共聚改性，经改性后的基体具有优异的介电性能，介电常数为2.25，介电损耗角tgδ <10-4（10kHz）。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
现在简单介绍一下几种材料：
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，其代表品种为美国杜邦公司生产的Kevlar－49，其性能见表1示。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。超高模量聚乙烯纤维（UHMPE），如Dyneema和Spectra系列，强度高、不吸水抗冲击，在X波段至mm波段范围内，具有优良的介电性能，与树脂浸润性好，复合材料的防弹性和力学性能在高温下保持稳定，是一种很有前途的高性能雷达罩增强材料。常与其他纤维混合成透波混杂复合材料使用。例如Spectra/玻璃纤维（25/75 ） 复合材料的介电常数为2.9； Spectra/石英混杂体系能够获得优良的电/机械性能。目前国外导弹天线罩大多已采用此种纤维。
现在国内透波复合材料使用的增强纤维仍以E玻璃纤维和S玻璃纤维为主,M玻璃纤维只有较少量使用。雷达天线罩用增强纤维（织物）仍以E-玻璃纤维（密度=2.54g/cm3、ε=6.13、tgδ=0.0055）和S-玻璃纤维（密度=2.49、ε=5.12、tgδ=0.0068），同类纤维国外密度比国内低0.15左右，ε低0.2左右、tgδ小0.0015左右。且纤维种类少，织物种类更少，只有两维仿形编织套。目前，环氧树脂仍是雷达罩最常用的树脂基体之一。但近年来由于先进雷达罩对全频带、低介电损耗、耐高温，耐天候等性能要求的不断提升，其他如氰酸酯树脂、聚酰亚胺树脂、双马来酰亚胺树脂、酚醛树脂、有机硅树脂等。氰酸酯树脂是目前国内研究的热点，它具有出色的介电性能，同时还具有耐高温、低吸湿率、低热胀系数、优良的力学性能和粘接性能，以及良好的工艺性。目前氰酸酯已成功地应用于雷达罩。为了进一步改性和提高性能价格比，氰酸酯树脂通常与环氧树脂共混使用，氰酸酯树脂环氧树脂/共混物不是简单的物理共混物，两者之间存在着复杂的共聚反应。陈平等[5]采用氰酸酯改性环氧树脂体系，使改性的环氧树脂体系介电性能提高。尹剑波等[6]利用环氧树脂和双马来酰亚胺树脂做改性剂，对氰酸酯树脂进行共聚改性，经改性后的基体具有优异的介电性能，介电常数为2.25，介电损耗角tgδ <10-4（10kHz）。