Сочинение на тему Сортированный углеродистый материал на основе радиопоглощающего структурного композита для применения в стелсах X-диапазона
- Опубликовано: 05.10.2020
- Предмет: Наука
- Темы: Технологии, электроника
Аннотация. Предлагаемая работа в этой статье описывает электромагнитное проектирование, моделирование и изготовление композитного радиолокационного поглощающего конструкционного материала (РАС) на основе многослойных углеродных материалов, работающего для применения в X-диапазоне. Слоистые материалы RAS были изготовлены с использованием углеродных материалов с потерями в эпоксидной матрице вместе со стеклянными тканями в качестве несущих элементов. Первоначально различные ламинаты RAS были изготовлены с использованием метода вакуумной упаковки в мешки и характеризовались значениями диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь. Далее, на основе электромагнитного дизайна и оптимизации, градиентные ламинаты были уложены в стопу для окончательной оптимизированной конфигурации композитов RAS. Разработанный RAS был охарактеризован по электромагнитным свойствам с использованием системы измерения в свободном пространстве и показывает минимальные потери отражения 10 дБ в частотной области X-диапазона. Изготовленный композит демонстрирует замечательные механические свойства, показывает его потенциальное применение для применения в радиолокационных стелсах.
I. Введение
Технология невидимости, которая включает в себя уменьшение радиолокационного сечения (RCS), стала важной в эпоху радиоэлектронной борьбы. Снижение RCS может быть достигнуто путем формирования самолетов, используя покрытия из радиопоглощающего материала (RAMs) и радиопоглощающие структуры (RAS). Формирование летательных аппаратов включает конструкцию внешних элементов летательного аппарата для уменьшения отражения электромагнитной (ЭМ) волны в направлении RADAR. RAM и RAS разработаны с целью поглощения электромагнитного излучения и, таким образом, минимизации отраженных волн. Форма самолетов имеет свои ограничения, поскольку она может мешать внешним профилям, установленным проектировщиками самолетов для удовлетворения аэродинамических требований. Поэтому разработки RAM и RAS стали необходимыми для сокращения RCS. RAM обычно изготавливают в форме листов, которые состоят из изолирующего полимера в качестве матричного материала и магнитных или диэлектрических материалов с наполнителем с потерями. RAM легко наносятся на поверхности существующих конструкций, но они увеличивают вес конструкции и имеют плохие механические и стойкие к окружающей среде свойства. Таким образом, ОЗУ не являются самостоятельными материалами и не могут использоваться в качестве несущих конструкций. В дальнейшем они требуют постоянного обслуживания и ремонта. RAS состоит из армированных волокном композитов и материалов с потерями, которые диспергированы в матрице композитов. Эффективность поглощения радиолокатора RAS получается из таких материалов, которые обеспечивают специальные поглощающие свойства и структурные характеристики, такие как последовательность укладки композитных слоев. Характеристики укладки композитов облегчают многослойные структуры, которые необходимы для расширения полосы пропускания потерь при отражении. Чтобы наполнитель с потерями был высокоэффективным, он должен обладать высокой проводимостью для ослабления волны, высоким аспектным отношением для формирования проводящей сети и небольшим размером относительно глубины скин-слоя. Характеристики поглощения и отражения RAS зависят от ряда переменных, которые включают частоту, угол падения и поляризацию электромагнитной волны, а также диэлектрическую проницаемость, проницаемость и толщину каждого слоя RAS.
В этом исследовании RAS для частотной области X-диапазона был спроектирован и разработан с использованием пористой сажи и углеродных волокон в качестве радиопоглощающих материалов и стеклоткани в качестве армирования в эпоксидной среде. RAS был разработан путем укладки четырех разных слоев с использованием технологии вакуумного формования и характеризовался своими механическими и электромагнитными свойствами в частотной области X-диапазона системой измерения свободного пространства. Последовательность укладки слоев для этого RAS была получена путем проведения имитационных исследований с использованием свойств слоев, то есть эффективной диэлектрической проницаемости и толщины. Чтобы определить эффективную диэлектрическую проницаемость отдельного слоя, его изготавливали отдельно и оценивали с использованием системы измерения свободного пространства.
II. ТКАНИ ЛАМИНАТОВ РАН
Матричной системой, используемой для изготовления композитов, были Araldite 5052 (эпоксидная смола) и Aradur 5052 (отвердитель) от Huntsman advanced Materials Pvt Ltd. Это эпоксидная система холодного отверждения с низкой вязкостью (1000 – 1500 мПаS для Araldite 5052 и 40 – 60 мПаС для Aradur 5052 при 250 ° С) и длительный срок годности (2 часа на 100 мл при температуре окружающей среды). Соотношение компонентов смеси эпоксидной смолы и отвердителя составляло 100: 38 мас.ч. В качестве подкрепления была выбрана ткань из атласного переплетения E-glass 8H 300 г / м2. Во-первых, четыре отдельных слоя RAS были изготовлены путем изменения концентрации наполнителей в определенном порядке (таблица 1). Поскольку материалы наполнителя, использованные в этом исследовании, являются проводящими, их пропорция в системе смол и последовательности укладки этих слоев очень важна для изготовления эффективного RAS. Прежде всего, абсорбирующие наполнители смешивали с матричной системой до тех пор, пока не была достигнута равномерная дисперсия каждого наполнителя. Затем модифицированный матричный материал был нанесен на армирующие слои методом мокрой укладки. Наконец, отдельные слои RAS были изготовлены методом вакуумной формовки.
ТАБЛИЦА I
Массовая доля радиопоглощающих наполнителей, мас.ч. композитные слои
RAS слои углеродного волокна (мас.% в эпоксидной смоле), углеродная сажа (мас.% в эпоксидной смоле)
S4 x y
S3 2x 2y
S2 3,5x4y
S1 5x6y
III. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ЛАМИНАТОВ РАН
Система измерения свободного пространства (FSMS) от HVS Technologies, штат Пенсильвания, США, вместе с Vector Network Analyzer PNA E8364B от Agilent Technologies, США, использовалась для измерения комплексной диэлектрической проницаемости и потерь на отражение стеков RAS и конечных композитов RAS в область частот X-диапазона. В СМПБЕ состоит из пары пятна фокусировки объектива роговой антенны, чтобы обеспечить целенаправленное освещение плоской волны в плоскости образца измерения. ФСМС была откалибрована с использованием метода калибровки Thru-Reflect-Line (TRL) со стробированием во временной области.
Изменение диэлектрической проницаемости и тангенса угла потерь составных стеков с частотой в частотной области полосы X, можно ясно увидеть из графика, что значения диэлектрической проницаемости продолжают расти в порядке возрастания от stack1-stack4. Стек «4» имеет наибольшее значение реальной диэлектрической проницаемости (14,82–12,32) и имеет более высокую концентрацию ингредиентов с потерями, что приводит к тому, что значение тангенса угла потерь варьируется от 3,20 до 3,15, тогда как стек RAS «1» имеет наименьшее значение реальной проницаемости (4,94 4.99) и значение тангенса угла потерь, варьирующееся от .04-0.01
IV. ЭЛЕКТРОМАГНИТНАЯ КОНСТРУКЦИЯ КОМПОЗИТОВ РАН И ИЗМЕРЕНИЕ ПОТЕРЯ ОТРАЖЕНИЯ
Электромагнит, распространяющийся вдоль положительного направления Z, обычно падает на стеки RAS, что приводит к серии волн, распространяющихся вдоль положительного направления, и отраженных волн, распространяющихся вдоль отрицательного направления Z.
Пусть ti, ηi и обозначают толщину, комплексный собственный импеданс и постоянную распространения i-го слоя соответственно (i = 1,2,3 ……… n), являются диэлектрической проницаемостью и проницаемостью свободного пространства. Каждая пачка радиопоглощающей конструкции аналогична линии электропередачи длиной ti.
Где Z0 – характеристическое сопротивление свободного пространства, т. е. 377 Ом, и – комплексная относительная диэлектрическая проницаемость и проницаемость сред i-го слоя. В нашем случае оконечный слой, имеющий собственный импеданс и толщину t4 (t4 = t3 = t2 = t1), был заделан PEC, поэтому его импеданс можно выразить в виде короткозамкнутой линии передачи
где и – собственный импеданс и комплексная постоянная распространения слоя. Используя уравнения (1) – (2), общий коэффициент отражения для многослойного поглотителя на воздушной границе определяется как:
Радаропоглощающая структура (РАС) была изготовлена с использованием концепции многослойного поглотителя, в которой использовалась укладка различных слоев стеклоткани с различными наполнителями, имеющими разную концентрацию. Композит RAS был разработан таким образом, что самый верхний слой, обращенный к стороне источника, имеет значение импеданса, приблизительно равное импедансу в свободном пространстве (377 Ом), а градиент последовательных слоев был настроен таким образом, что электромагнитная волна затухает экспоненциально с разные поглощающие стеки. Последний слой, то есть конечный слой, состоит из проводящей углеродной ткани, которая действует как идеально электрический проводник (PEC), так что никакие волны не выходят из композитной структуры.
Теперь, чтобы проверить электромагнитный дизайн, композиты RAS были изготовлены с использованием процесса вакуумной упаковки в мешки, как обсуждалось ранее для двух конфигураций.
Из вышеприведенного графика можно заметить, что изготовленный RAS для конфигурации S1-S2-S3-S4 показывает минимальные потери отражения 10 дБ при общей толщине 3,6 мм.
V. Заключение
В этой статье мы показали эффективность многослойной радиопоглощающей структуры на основе диэлектрического материала для области частот X-диапазона. При рассмотрении нашего проекта мы взяли равную толщину 0,9 мм для каждого стека RAS, в нашем анализе было обнаружено, что из нашей оптимизированной конструкции наблюдался резонансный пик на частоте 10,15 ГГц с максимальной потерей отражения -26,5 дБ, а также минимальные потери на отражение 10 дБ во всей области частот X-диапазона для толщины композита 3,6 мм. Изготовленные композиты демонстрируют потенциальные возможности применения в системах скрытого радара.
Цель этого эксперимента – получить представление о полностью настраиваемой программе LabVIEW и понять, как инженеры используют программу в своих интересах, чтобы создать собственную лабораторию, которая
Кибербезопасность или защита информационных технологий – это методы защиты компьютеров, сетей, программ и данных от несанкционированного доступа или атак, направленных на эксплуатацию. Существует четыре типа
Машиностроение – это дисциплина, связанная с применением знаний при решении реальных задач. Изучение методов калибровки считается одной из наиболее важных тем в области проектирования, поскольку