Устройство из полимерных композитных материалов для снижения радиолокационной заметности объектов различного назначения

Устройство из полимерных композитных материалов для снижения радиолокационной заметности объектов различного назначения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области радиотехники и касается вопроса снижения радиолокационной заметности объектов с помощью применения полимерных композитов в составе устройства.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению является покрытие для поглощения электромагнитных волн, сформированное в виде слоя на основе ткани, размещенного между наружным и внутренними слоями из диэлектрических материалов, причем тканый слой по толщине сформирован из нескольких полотен текстильного материала из синтетических нитей с покрытием из углерода с удельным электрическим сопротивлением нити от 4 до 6 кОм/см; наружный слой выполнен из резины, а внутренний слой выполнен из диэлектрического связующего вещества, содержащего гранулированный материал в количестве от 5 до 25%, в качестве которого используются гранулы углерода и микросферы на основе фенола (патент «Радиопоглощающее покрытие» RU №2243899 С2, 2001 г. - прототип).

Данное изобретение направлено на повышение прочности, жесткости и надежности конструкций из композитных материалов, позволяющих существенно снизить массу конструкции.

Недостатком прототипа является то, что данная конструкция не обеспечивает широкодиапазонного радиопоглощения, включающего диапазоны сверхвысоких частот S, С, X, K_u, K_a, а дает радиопоглощение только в одном диапазоне X (8÷12 ГГц) при падении радиоволн на покрытие за счет их интерференции при отражении на внешних и внутренних слоях, а также поглощения в нитях и в гранулах, входящих в состав покрытия.

Основной задачей предлагаемого изобретения является расширение частотного диапазона радиопоглощения падающего электромагнитного излучения за счет изменения структуры конструкции, которое приведет к снижению радиолокационной заметности объектов и воздействия высокочастотного радиоизлучения на людей.

Устройство представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из нескольких слоев: наружный слой конструкции выполнен из легковесного стеклопластика, внутренние поглощающие слои из электропроводящей ткани, соединенные прослойками диэлектрического вещества, а тыльный слой со стороны помещений выполнен из углепластика с высокой проводимостью для исключения попадания электромагнитного излучения внутрь помещения. Внутренние слои устройства содержат электропроводящие материалы с поверхностным электрическим сопротивлением 100÷1000 Ом, что обеспечивает поглощение падающих электромагнитных волн и приводит к снижению коэффициента отражения радиоволн от поверхности устройства в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K_u, K_a относительно полимерных композитов в 2÷5 раз, а относительно металлической поверхности - в среднем в 30 раз.

Входной наружный слой конструкции, выполненный из легковесного стеклопластика толщиной 1÷4 мм, содержит материал с пониженной относительной диэлектрической проницаемостью от 1,7 до 2,5 для обеспечения мягкого электродинамического входа электромагнитных волн и снижения коэффициента отражения радиоволн от входной поверхности конструкции, состоящей из композитных материалов.

Входной для излучения наружный слой устройства может быть как однослойным, так и многослойным стеклопластиком со сниженной диэлектрической проницаемостью 1,7<ε<2,5, выполненный на основе стекломата из полиэфирных волокон с микросферами типа Lantor Soric SF (XF) и связующего, например винилэфирной смолы DION FR 9300.

За входным наружным слоем находятся несколько поглощающих внутренних слоев из электропроводящей ткани толщиной 200÷400 мкм, разделенных между собой диэлектрическими прокладками толщиной от 2 до 5 мм.

Тыльный слой со стороны помещений выполнен из углепластика толщиной больше 200 мкм и с электрическим сопротивлением меньше 5 Ом.

С точки зрения электродинамических свойств слои имеют различные функциональные назначения. Наружный к окружающей среде слой является радиопрозрачным в широком диапазоне частот и свободно пропускает через себя электромагнитные волны. Он изготавливается из легковесного стеклопластика. Тыльный слой со стороны внутренних помещений имеет противоположное назначение: он полностью отражает электромагнитное излучение обратно, не пропуская его внутрь помещений, то есть обеспечивает полное экранирование излучения, подобно металлу, отражая более 95% излучения в диапазоне радиолокационных длин волн.

Кроме того, в тыльном слое происходит поглощение остаточных электромагнитных волн, которые просачиваются сквозь внутренние слои.

Электропроводящие ткани (внутренние слои) - это поглотители электромагнитных волн. Диэлектрические прослойки между электропроводящими внутренними слоями изготовлены из стеклопластика, обладают хорошими теплоизолирующими свойствами и обеспечивают достаточную прочность и жесткость конструкции.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фигурами 1 и 2.

На фигуре 1 представлена схема плоскостной многослойной конструкции в составе устройства для снижения радиолокационной заметности объектов.

Между входным наружным слоем 1, контактирующим с окружающей средой, и тыльным слоем 2 находится средний слой, состоящий из нескольких, например от 3 до 6, внутренних поглощающих слоев 3, соединенных прослойками диэлектрического вещества.

На фигуре 2 представлена спектральная зависимость коэффициента отражения падающей радиоволны от поверхности устройства в частотном диапазоне для двух ортогональных поляризаций.

На фигуре 2: 4 - теоретический коэффициент отражения; 5 - экспериментальный коэффициент отражения при параллельной поляризации; 6 - экспериментальный коэффициент отражения при перпендикулярной поляризации.

На фигуре 2 коэффициент отражения Г² от устройства представлен в логарифмической шкале - в децибелах (дБ) (левая ордината), а правая ордината отображает значение коэффициента отражения от устройства в процентах относительно металлического образца. По оси абсцисс отложена частота падающей электромагнитной волны, выраженная в гигагерцах (ГГц).

Коэффициент отражения электромагнитной волны от металла составляет 0 дБ для всего частотного диапазона, а для разработанного устройства в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K_u, K_a в среднем составляет менее чем минус 15 дБ (3%), причем в диапазоне X в среднем достигает минус 20 дБ (1%), а в отдельных точках этого диапазона - минус 25 дБ (менее 1%). Таким образом, эффективность снижения коэффициента отражения составляет в среднем 30 раз.

Предлагаемое устройство из полимерных композитных материалов обеспечивает необходимое широкодиапазонное поглощение электромагнитных волн и приводит к эффективному снижению коэффициента отражения радиоволн от поверхности устройства, состоящего из композитных материалов в диапазонах сверхвысоких частот S, С, X, K_u, K_a в 2÷5 раз.

Предлагаемое устройство позволит радикально решить задачу снижения радиолокационной заметности объектов в широком диапазоне радиочастот, включающем диапазоны S, С, X, K_u, K_a, и использовать такую конструкцию, изготовленную из полимерных материалов, для создания объектов различного назначения, что выгодно отличает его от прототипа.

1. Устройство для снижения радиолокационной заметности объектов представляет собой многослойную конструкцию, состоящую из нескольких слоев: наружного слоя, выполненного из диэлектрического материала, поглощающих внутренних слоев электропроводящей ткани, соединенных прослойками диэлектрического вещества, и тыльного слоя, отличающееся тем, что наружный слой выполнен из легковесного стеклопластика, тыльный слой выполнен из углепластика с высокой проводимостью для исключения попадания электромагнитного излучения внутрь помещения, а поглощающие внутренние слои электропроводящей ткани имеют поверхностное электрическое сопротивление 100÷1000 Ом.

2. Устройство для снижения радиолокационной заметности объектов по п. 1, отличающееся тем, что наружный слой выполнен из материала с пониженной относительной диэлектрической проницаемостью от 1,7 до 2,5, обеспечивающего мягкий электродинамический вход радиоволн внутрь материала и снижение коэффициента отражения от поверхности устройства.