第26卷第3期 硅 酸 盐 通 报 Vol.26 No.3 2007年6月 BULLETI N OF T HE CH I N ESE CERAM I C S OC I ETY June,2007

高超音速导弹天线罩透波材料研究进展

姜勇刚,张长瑞,曹 峰,王思青,曹英斌

(国防科技大学航天与材料工程学院新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室,长沙 )摘要:高超音速导弹用天线罩材料须同时具有力学、介电、耐烧蚀及抗冲击等综合性能。本文简述了天线罩材料的发展历程,着重综述了连续纤维增强陶瓷基透波复合材料的研究现状,分析了高超音速导弹天线罩材料的关键技术,包括材料体系和制备工艺选择、材料加工技术,指出了高超音速导弹天线罩材料的发展方向。

关键词:高超音速导弹;天线罩;透波材料

中图分类号:T Q174 文献标识码:A 文章编号:(2007)

Develop m en t of M i crowave Tran sparen t M a ter i a ls for Hyperson i c

Missile Radom es

JI AN G Yong2gang,ZHAN G Chang2ru i,CAO Feng,WAN G S i2qing,Cao Y ing2bin

(State Key Lab of Ne w Cera m ic FibersComposites,College of Aer os pace and Materials Engineering,

Nati onal University of Defense Technol ogy,Changsha,China)

Abstract:Radome materials f or hypers onic vel ocity m issiles should have excellent mechanical, dielectric,ablati on and shock resistance perf or mance.I n the paper,the hist ory of the radome materials was revie wed and the p resent status of the m icr owave trans parent composites reinforced by continuous fibers was e key technol ogies of the radome materials for hypers onic m issiles were intr oduced,including selective materials,p r ocessing and machining technol ogy.The p r os pects of radome materials for hypers onic m issiles were given at last.

Key words:hypers onic m issile;radome;m icr owave trans parent materials

1引 言

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。高超音速导弹在稠密大气层中飞行时,空气受到强烈的压缩和剧烈的摩擦作用,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[1]。为使罩内通讯和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。

由高速飞行时气动加热引起的温度升高,大体与速度的平方成正比[2]。导弹的速度越高,天线罩材料所要求的耐热性也越高。如在海平面高度,导弹以Ma=8~12飞行时,天线罩温度将高达2400℃。气动加热在天线罩罩壁产生很高的升温速率[3](540~820℃/s),在天线罩的内部存在很大的热应力,材料应具有良好的抗热冲击性能。高超音速导弹飞行时纵向和横向过载产生的剪力、弯矩和轴向力非常大,要求天线罩基金项目:国防科技大学新型陶瓷纤维及其复合材料国防科技重点实验室基金资助项目();国防科技大学研究 生创新基金资助项目(0603)

作者简介:姜勇刚(),男,在读博士生.主要从事陶瓷基复合材料的研究.E2mail:jyge mail@ 石英纤维增强陶瓷基透波复合材料

美国Philco2Ford公司[17]和General Electric公司[18]分别研制了石英纤维织物增强二氧化硅复合材料(Si O

/Si O2),其中AS23DX材料常温时5.841GHz下的介电常数ε=2.88,损耗角正切tgδ=0.00612,该材料2

已用于美国“三叉戟”潜地导弹。在AS23DX的基础上,美国先进材料发展实验室采用无机先驱体浸渍烧成法研制了4D全向高纯石英织物增强二氧化硅复合材料ADL24D6[18],其密度1.55g/c m3,断裂应变1.0%,ε=2.8~3.1,tgδ=0.006(250MHz),拉伸强度35MPa。

为满足中、远程地地战术和战略导弹天线罩需求,国内航天材料及工艺研究所、山东工业陶瓷研究设计院等单位研制了石英纤维织物增强二氧化硅基复合材料(3D Si O

/Si O2)[],其密度为1.58~1.61g/c m3,弯曲

2

强度为66.2~122MPa,在Y A小发动机燃烧室压力为1.4MPa条件下的线烧蚀率为0.089~0.240mm/s,已经获得型号应用。

俄罗斯着重开发了石英纤维增强磷酸盐基复合材料[24],该材料具有良好的力学、物理和电性能。磷酸铝复合材料在1500~1800℃以下性能稳定,但当温度再高时磷酸盐复合材料熔融粘度太低,不能保证正常使用。目前,这类材料在巡航导弹、反导型、战术型导弹及航天飞机上获得了应用。

国内北京玻璃钢研究设计院肖永栋等[25]制备了石英玻璃纤维布增强磷酸铝复合材料,其潜在用途为环

502 综合评述硅酸盐通报

第26卷境温度在1200℃以下的天线窗材料和小型透波防热部件。田焕芳等[26]用石英纤维布浸渍磷酸铝溶液,叠层

后在280℃低温烧结致密化,得到了弯曲强度达84MPa 的石英纤维增强磷酸盐复合材料。周燕等人[27]研究

表明,将石英纤维用溶胶凝胶法涂覆Si O 2或A l 2O 3后,再用磷酸盐溶液浸渍并加压固化,所得复合材料的最高弯曲强度可达120MPa,但是高温处理对复合材料的强度损伤很大,350℃下的强度保留率仅50%。