高性能雷达罩设计与制造关键技术分析

雷达罩作为航空武器装备的重要组成部分,对其功能性能的实现具有重要的影响。本文分析了国外航空武器装备的发展并指出了雷达罩的技术发展方向,分析了包括高隐身、宽频带、高透波、耐大功率、耐高温、透毫米波、雷达/红外双模等几种高性能雷达罩设计与制造关键技术,为高性能雷达罩的设计与制造奠定了基础。

超宽带喇叭天线电磁仿真与教学实验研究

以科研项目中的实验测量系统研制为背景,结合实际的教学目标,开展了宽带加脊喇叭天线的结构设计和实验研究。基于超宽带加脊喇叭天线的原理和系统的工作频率等技术指标要求,设计了具体的宽带喇叭天线的结构,采用全波电磁仿真软件进行参数优化；对加工的宽带喇叭天线进行了性能测试。结果表明,在2～4 GHz的阻抗带宽内驻波比小于2,增益大于8 dB,方向图具有宽波束性能,交叉极化电平低于－30 dB,满足实际科研项目的需要。通过该教学和科研相结合的教学实践,提高了教学效果,也为实际科研项目的开展发挥了重要的作用。

电磁窗用蜂窝夹层复合材料内部缺陷超声C扫描检测

对某型号复合材料夹层结构内力情况进行分析,进行理论计算,建立力学模型;使用patran&nastran大型有限元软件建立复合材料蜂窝夹层结构有限元模型,模拟试验件受力特点计算出蜂窝夹层结构失效过程,建立了合理的数学模型;采用ASTM C393试验标准对复合材料蜂窝夹层结构试验件进行试验,获得某型号复合材料蜂窝夹层结构强度,并将试验结果与计算结果进行对比分析,得出蜂窝夹层结构的受力特点及验证模型的准确性。

3D打印电磁功能结构研究现状与挑战

电磁功能结构(EFS)因其结构复杂性与种类多样性,导致传统制造工艺难以完全满足未来电磁功能结构的制造需求。为此,3D打印技术作为一种可适用于复杂镂空结构高精高效、低成本的先进数字化技术,受到了研究学者的广泛关注与探索。本文主要围绕3D打印电磁功能结构制造技术,开展了相关新技术、新材料、新结构以及新工艺等方面的系统性调研,总结了现有3D打印电磁功能结构研究面临的挑战。

落锤冲头形状及冲击能量对玻璃纤维层合板动态性能影响研究

纤维增强树脂材料层合板对外来物的冲击非常敏感,为解决其应用隐患,需要研究玻璃纤维增强复合材料层合板低速冲击损伤机理和动态响应特性。本文采用三种头部形状冲头以6种冲击能量进行落锤试验,分析冲击过程中载荷与吸收的能量变化规律。结果表明,冲击能量对层合板损伤形貌与载荷响应影响比较小,而冲头形状对层合板损伤形貌和载荷响应影响较大。冲头形状越钝,层合板的载荷峰值就越大;反之,层合板最大冲击位移和最大冲击时间越长,冲击损伤程度越大。本研究可为复合材料层合板工程应用提供一定的试验基础和参考依据。

复合材料高温力学性能自动化测试关键技术研究与系统设计

针对传统人工操作模式下复合材料高温力学性能测试效率低、检测质量差、温控精度低的问题,本文设计了面向复合材料压缩测试的自动送样-测试-取样多模块测试系统,研究了封闭条件下环境箱温度场建模与补偿技术,建立了温度补偿模型,并设计高精度温度控制器,实现了对温度的精准补偿与控制;开展自动化测试系统的运动学和动力学建模研究,完成动力学参数在线辨识,在此基础上设计自动化测试系统自适应控制器,最后进行了控制实验。实验结果表明,神经网络自适应控制器可以实现系统的高精度控制,跟踪精度和定位精度均满足自动化测试要求。

挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度的可靠性及灵敏度分析

以挖补修理复合材料蜂窝夹芯结构为研究对象,考虑胶层性能的不确定性,通过ABAQUS-MATLAB-Python联合仿真,建立挖补修理蜂窝夹芯结构侧向压缩渐进损伤分析模型,得到随机变量与其所对应的输出响应。基于蒙特卡罗法进行可靠性分析,采用基于方差和失效概率的全局灵敏度分析方法进行参数灵敏度分析。结果表明:外载荷在不同数值区间下结构失效概率具有较大差异,在接近极限破坏载荷时失效概率显著增加;胶层厚度方向的弹性模量和面内两个相互垂直方向上的剪切模量对挖补修理蜂窝夹芯结构侧压强度方差和失效概率的影响较大。

液体静压运动副的四轴联动精密加工机床结构设计

大口径平面、球面、非球面光学元件广泛应用于光刻机、高能激光器、高分相机等高端装备的光学系统中,尺寸大于400 mm×400 mm、表面轮廓精度均方根值(root mean square,RMS)优于1μm等技术指标是大口径光学元件在磨削加工阶段的目标精度要求。磨削工艺主要面临如何实现高平滑的表面轮廓加工以及控制亚表面损伤层深度等问题。根据已有的实验研究,磨削机床采用高精度的液体静压运动副,可以有效地提高光学元件抛光后表面轮廓的平滑程度以及降低亚表面损伤层的厚度。具备上述特性的高性能磨削机床国外对中国禁运,而国内尚无成熟的商品。因此,文章研制了一种采用液体静压运动副的四轴联动精密加工机床,分析了机床的主要构型,进行了机床主要运动部件的精度分配,完成了基于液体静压运动副的X/Y/Z/C四轴的设计方案,最后进行了光学元件磨削加工工艺实验,实现了380 mm×541 mm口径微晶玻璃磨削面形精度±0.471μm(RMS值)、表面粗糙度Ra0.3μm的加工目标。

穿孔对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩性能的影响

建立平纹编织面板蜂窝夹芯结构的渐进损伤分析模型来分别研究无损伤面板和单侧面板含穿孔损伤的蜂窝夹芯结构的侧向压缩性能,并将该结果与试验结果进行对照,以验证所建立模型的正确性。考虑到模型具有高度的材料非线性,选用ABAQUS/Explicit求解器进行蜂窝夹芯结构准静态侧向压缩性能的模拟,通过编写VUMAT子程序,分别设置面板和芯子的失效准则及刚度退化模型,选用内聚力模型模拟胶层,完成侧向压缩下蜂窝夹芯结构的渐进损伤分析。研究结果表明:无损伤面板的蜂窝夹芯结构侧向压缩强度受面板的屈曲行为控制,含穿孔损伤的蜂窝夹芯结构侧向压缩强度受含穿孔侧面板基体的抗压缩能力控制,且穿孔损伤会严重降低蜂窝夹芯结构的侧向压缩强度。

吸湿对氰酸酯胶膜蜂窝夹层结构胶接性能的影响

采用氰酸酯预浸料、氰酸酯胶膜和Nomex纸蜂窝,利用热固化成型方法制备了氰酸酯胶膜蜂窝夹层结构。分析了Nomex纸蜂窝、氰酸酯预浸料、氰酸酯胶膜的吸湿行为,研究了吸湿对氰酸酯胶膜粘接的夹层结构破坏模式的影响,分析了吸湿在氰酸酯胶膜粘接夹层结构中的作用机理,以此为基础提出了减小或消除吸湿影响的措施。结果表明,氰酸酯胶膜及氰酸酯预浸料的吸湿量可以忽略。Nomex纸蜂窝中的湿气对夹层结构的胶接会产生不利影响,湿气的存在会影响胶粘剂对蜂窝的浸润,并且湿气中的水分还会催化氰酸酯的反应,在粘接固化过程中加速胶粘剂的凝胶和黏度增大。为消除纸蜂窝吸湿对胶接的不利影响,采取措施控制胶接环境和待胶接材料的贮存环境、在胶接前充分干燥待胶接材料等措施,可以达到降低待胶接蜂窝中的湿气含量,进而减小其对夹层结构胶接影响的效果。

TC4钛合金力学性能测试及其本构关系研究

为合理描述TC4钛合金材料的应力流动行为,分别利用万能材料试验机、霍普金森压杆设备,进行常温和高温准静态拉伸试验、动态压缩试验。通过试验得到了材料在不同应变率、温度下的工程应力-应变曲线,发现TC4钛合金材料应变硬化效应较弱,但应变率敏感性和温度软化效应较强。其次,基于试验结果,修正Johnson-Cook(J-C)本构模型和断裂准则获得MJC模型,并结合数值模拟标定J-C与MJC模型参数。最后,为校验模型和参数的有效性,采用ABAQUS/Explicit有限元软件建立卵形头弹体撞击靶体的模型,分别将J-C和MJC模型及参数嵌入到有限元程序中,进行数值仿真计算,对比撞击试验与数值模拟计算结果。研究表明,MJC模型预测的弹体弹道极限与靶体失效模式更接近于试验。

搜零法在相控阵雷达罩电性能测试中的应用

在机载相控阵雷达罩电性能测试过程中,由于被测天线是相控阵天线,使得测试方法与经典测试方法有所不同。文中对搜零法在相控阵雷达罩电性能测试中的应用进行了探索,确定了搜零系统中相控阵天线的安装方式和收发电轴对准的判据,集成了一套相控阵雷达罩电性能搜零系统,系统功能和精度满足测试需求。还在X波段相控阵雷达罩电性能测试中验证了搜零法的有效性,测试数据规律正确且重复性良好。测试结果表明相控阵雷达罩电性能搜零系统可用于新型战斗机雷达罩研制过程。

频选雷达罩电性能的基本问题及解决方法

频率选择表面(FSS)雷达罩技术是新一代战机实现隐身的重要途径。基于目前国内外FSS研究和实践的结果,从FSS的基本要素出发,对FSS雷达罩电性能设计涉及的谐振频率、带宽、栅瓣等基本问题进行了分析、研究、梳理和归结,针对雷达罩入射角和入射波极化变化的情况,对FSS如何增加频带宽度、实现谐振频率与带宽的稳定性、避免栅瓣对RCS的影响等提出了应对办法,指出FSS单元选择、设计小尺寸单元并将它们紧凑排列以及正确地进行介质加载是获取优良电性能的关键。

平纹编织面板泡沫夹芯结构修补后侧向压缩性能

为了研究不同修补方式和修补参数对平纹编织面板泡沫夹芯结构侧向压缩性能的影响,对完好试验件和单侧面板修补、单侧面板加芯材修补、双侧面板加芯材修补试验件进行侧向压缩试验。试验结果表明:单侧面板修补方式的侧向压缩强度高于其他两种修补方式;单侧面板修补时,面板挖补倾角比例越小,试验件侧向压缩强度越低;附加层重叠宽度对试验件侧向压缩强度影响很大;修补后试验件的侧向压缩模量比完好件均有所提升;单侧面板修补时,改变挖补倾角比例,不影响试验件侧向压缩模量,合适的附加层重叠宽度对试验件侧向压缩模量的提高有积极影响;修补方式和修补参数的变化不影响试验件的破坏模式,平纹编织面板泡沫夹芯复合材料侧向压缩的破坏模式为泡沫芯材破裂后,面板局部无支撑受压弯曲导致的整体结构破坏;面板的破坏形式主要为面板端部弯曲、面板中部弯曲、面板皱折和面板纤维断裂。

脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响

为研究脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能的影响,采用ABAQUS/Explicit有限元分析平台,结合VUMAT子程序,建立基于渐进损伤失效理论的有限元分析模型。开展无损伤和三种不同直径脱粘的平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能试验,并将结果与有限元分析结果进行对照。研究表明:试验与有限元仿真得到的失效载荷和破坏模式吻合很好,验证了所建立有限元模型的正确性;无损伤和含不同直径脱粘的平纹编织面板蜂窝夹芯结构在侧压作用下的破坏模式均为面板屈曲、压缩断裂以及蜂窝芯子的压缩破坏;脱粘对平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压承载能力的影响较小,面板是侧向压缩的主要受力部分;随着脱粘直径增大,载荷位移曲线波动更剧烈且波动频次更高;胶层损伤主要发生在临近脱粘的较小区域,对结构整体性能影响很小;面板的损伤从自由边沿垂直于承载力的方向扩展,直至断裂。

平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧压性能研究

为研究平纹编织面板蜂窝夹芯结构的侧向压缩性能,将蜂窝夹芯结构失效分为面板失效、蜂窝芯失效和胶层失效,基于渐进损伤分析方法建立蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤分析模型,对平纹编织面板蜂窝夹芯结构进行侧向压缩失效预测,与侧压性能试验结果相比,破坏强度非常吻合。结果表明,建立的侧向压缩损伤分析模型能够模拟平纹编织面板蜂窝夹芯结构侧向压缩的损伤起始、损伤扩展和最终破坏,并最终预测其侧压破坏强度。

炔基聚酰亚胺杂化树脂的制备与复合材料性能

合成了一种低熔点炔基聚酰亚胺杂化树脂,并作为耐高温复合材料基体,研究了石英布层压复合材料的性能。以4-苯乙炔苯酐（4-PEPA）、3-乙炔苯胺（3-APA）和1,1,3,3-四甲基二硅氧烷（TMDS）为原料,经热处理得到低熔点炔基聚酰亚胺树脂。将炔基聚酰亚胺与苯乙炔封端硅芳炔树脂（BLJ）熔融共混得到具有较低固化温度的炔基聚酰亚胺杂化树脂。结果表明,炔基聚酰亚胺杂化树脂的熔点很低（〈80℃）,在80~110℃具有适宜和稳定的粘度,适合复合材料的RTM成型工艺;炔基聚酰亚胺杂化树脂具有很低的固化温度（约125~170℃）。炔基聚酰亚胺杂化树脂具有较高的耐热氧化性（500℃空气气氛中处理10 min失重率小于5%）。炔基聚酰亚胺杂化树脂石英布层压复合材料的玻璃化温度大于350℃,具有很高的高温力学性能,有望应用于航空航天耐热结构材料。

平纹编织复合材料层合板静态压缩与压-压疲劳性能

采用电液伺服疲劳试验机开展玻璃纤维平纹编织复合材料层合板的静态压缩和压-压疲劳性能实验。应力比为R=10,拟合出S-N曲线,基于疲劳实验过程中的刚度退化、能量耗散、循环蠕变与循环软化来表征疲劳损伤演化,结合扫描电子显微镜对断口形貌进行观察。结果表明:试件的条件疲劳极限为静态压缩强度的66.3%;通过双加权最小二乘法拟合的S-N曲线具有较高可信度;随着循环次数的增加,试件刚度逐渐下降,各峰值载荷下的能量耗散逐渐增加;在循环加载初期,试件表现出强烈循环蠕变现象,高峰值载荷作用下的试件表现出强烈循环软化行为;试件经过循环加载抵抗变形能力得到增强;断口观察到了基体开裂、纤维/基体界面脱粘、纤维断裂和分层四种失效模式;与疲劳断口相比,静态压缩断口表现出较大的分层损伤。

挖补修理复合材料夹芯结构侧向压缩性能研究

本文总结了挖补修理复合材料夹芯结构侧向压缩性能的研究现状,分析了材料、工艺、构型及环境等影响因素,指出最新的修补建模方法和力学试验结果分析思路,具有重要的工程价值,为国产飞机复合材料夹芯结构修理方案设计提供参考。

基于实测数据的复合材料构件装配干涉与间隙计算

针对因成型误差引起的复合材料构件装配干涉问题,本文基于激光测量设备获取装配件点云数据,提出一种基于实测数据的复合材料构件装配干涉与间隙的降维求解方法,将三维装配的干涉与间隙计算转化为二维边界距离计算。以某型飞机雷达罩装配为例,通过实验验证了本文所提出的方法与算法的可行性,相较于原有装配工艺,装配精度与装配效率得到了提升。