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专利名称：一种电磁隐身性能优异的大型板架结构

专利类型：发明专利

专利申请号：CN202410365203.4

专利申请（专利权）人：咸宁海威复合材料制品有限公司,武汉海威船舶与海洋工程开云优惠体育网页版入口有限公司
权利人地址：湖北省咸宁市咸宁高新技术产业开发区龟山路41号

专利发明（设计）人：发明人:王静南,刘雨航,余彧,祁曼,王菁珂,段洪强,侯宇鹏,印卓

专利摘要：本发明公开了一种电磁隐身性能优异的大型板架结构，包括支撑骨架、安装于支撑骨架前部的玻纤?泡沫夹芯板、安装于玻纤?泡沫夹芯板表面的前部吸波功能层、安装于支撑骨架后部的玻纤复合材料面板、安装于玻纤复合材料面板表面的后部吸波功能层；前部吸波功能层与后部吸波功能层结构相同，均包括吸波泡沫芯材和包覆于吸波泡沫芯材表面的透波蒙皮；吸波泡沫芯材是采用短切碳纤维吸波剂将具有梯度厚度的若干低密度泡沫粘接而成的多层泡沫板吸波结构。本发明采用合理的结构和选材设计，在保证整体结构力学性能的同时减少了冗余重量，同时提高了结构的电磁隐身性能。

主权利要求：
1.一种电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，包括支撑骨架、安装于所述支撑骨架前部的玻纤?泡沫夹芯板、安装于所述玻纤?泡沫夹芯板表面的前部吸波功能层、安装于所述支撑骨架后部的玻纤复合材料面板、安装于所述玻纤复合材料面板表面的后部吸波功能层；所述支撑骨架由多个玻纤复合材料管通过玻纤复合材料多通接头拼装而成，支撑骨架的侧面呈梯形，所述玻纤复合材料管和玻纤复合材料多通接头均采用环氧高强玻璃纤维复合材料；所述前部吸波功能层与后部吸波功能层结构相同，均包括吸波泡沫芯材和包覆于所述吸波泡沫芯材表面的透波蒙皮；所述吸波泡沫芯材是采用短切碳纤维吸波剂将具有梯度厚度的若干低密度泡沫板粘接而成的多层泡沫板吸波结构；所述玻纤?泡沫夹芯板包括低密度泡沫芯材和包覆于所述低密度泡沫芯材表面的玻纤蒙皮。
2.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，根据吸波频段的不同，吸波功能层的吸波泡沫芯材选用不同的厚度，对于8?18GHz频段，选用7?8mm厚度，对于6?18GHz频段，选用9?12mm厚度，对于2?18GHz频段，选用20?25mm厚度，通过调节吸波剂介电常数以及各层泡沫板厚度和层数来制备满足不同吸波频段要求的吸波泡沫芯材；
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吸波泡沫芯材的低密度泡沫选用PMI、PVC、HCP、PET中的一种，材料密度10?200kg/m；所述透波蒙皮采用氰酸酯石英纤维复合材料、氰酸酯玻璃纤维复合材料、环氧石英纤维复合材料、环氧玻璃纤维复合材料中的一种，厚度为0.4?1mm。
3.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，所述玻纤复合材料管的成型工艺采用缠绕成型或拉挤成型；所述玻纤复合材料多通接头的成型工艺采用模压工艺、缠绕工艺、RTM工艺、热压罐成型工艺中的一种。
4.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，所述玻纤?
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泡沫夹芯板的低密度泡沫芯材选用PMI、PVC、HCP、PET中的一种，材料密度10?200kg/m；所述玻纤蒙皮选用环氧高强玻璃纤维复合材料。
5.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，所述玻纤?泡沫夹芯板的成型工艺采用真空导入成型、OOA成型、热压成型、热压罐成型中的一种；其中，玻纤蒙皮的铺层角度为0/90正交铺层。
6.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，所述玻纤复合材料面板为环氧高强玻璃纤维复合材料层压板结构，成型工艺采用真空导入成型、OOA成型、热压成型、热压罐成型中的一种，铺层角度为0/90正交铺层。
7.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，所述玻纤?泡沫夹芯板通过可拆卸的方式安装于所述支撑骨架上，所述前部吸波功能层通过粘接固定于所述玻纤?泡沫夹芯板表面；所述玻纤复合材料面板通过粘接固定于所述支撑骨架上，所述后部吸波功能层通过粘接固定于所述玻纤复合材料面板上。
8.根据权利要求7所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，所述玻纤?泡沫夹芯板厚度超过40mm，通过螺钉/螺栓固定在支撑骨架上，所述支撑骨架上安装有若干玻纤复合材料安装件，玻纤复合材料安装件上开孔，孔内安装钢丝螺套，用以实现与玻纤?泡沫夹芯板螺钉/螺栓安装时的配合；玻纤复合材料安装件采用环氧高强玻璃纤维复合材料。
9.根据权利要求1所述的电磁隐身性能优异的大型板架结构，其特征在于，还包括玻纤复合材料底座和连接底板，所述支撑骨架前部底端与后部底端之间通过所述连接底板相连，所述连接底板为整体板架结构与玻纤复合材料底座之间的连接构件，其与支撑骨架拼装后通过螺栓固定在玻纤复合材料底座上；所述玻纤复合材料底座采用环氧高强玻璃纤维复合材料；所述连接底板采用纤维增强复合材料、铝合金、不锈钢、钛合金中的一种。 说明书 : 一种电磁隐身性能优异的大型板架结构技术领域[0001] 本发明涉及船舶工程特种装置技术领域，尤其涉及一种电磁隐身性能优异的大型板架结构。背景技术[0002] 舰船上为了在必要时候遮挡甲板上关键部位，需在相应位置设置大型遮蔽构件。传统的钢结构构件笨重、易锈蚀、机动性不强，且电磁隐身性能较弱。为了满足日益严苛的使用需要，该构件需具备质量轻、易拆装、高机动性、低RCS(雷达散射截面)的特点。复合材料具有较高的比模量和比强度，采用何种结构形式，在最大限度的利用复合材料的优点的同时，使设计构件满足新的使用要求，亦是一个值得研究的问题。发明内容[0003] 本发明主要目的在于提供一种电磁隐身性能优异的大型板架结构，利用复合材料高强度、低密度的特点，通过合理的结构设计，降低结构整体重量，实现部件的可拆装；同时通过增设吸波功能层，提高构件的电磁隐身性能。[0004] 本发明所采用的技术方案是：[0005] 一种电磁隐身性能优异的大型板架结构，包括支撑骨架、安装于所述支撑骨架前部的玻纤?泡沫夹芯板、安装于所述玻纤?泡沫夹芯板表面的前部吸波功能层、安装于所述支撑骨架后部的玻纤复合材料面板、安装于所述玻纤复合材料面板表面的后部吸波功能层；所述前部吸波功能层与后部吸波功能层结构相同，均包括吸波泡沫芯材和包覆于所述吸波泡沫芯材表面的透波蒙皮；所述吸波泡沫芯材是采用短切碳纤维吸波剂将具有梯度厚度的若干低密度泡沫板粘接而成的多层泡沫板吸波结构。[0006] 上述方案中，根据吸波频段的不同，吸波功能层的吸波泡沫芯材选用不同的厚度，对于8?18GHz频段，选用7?8mm厚度，对于6?18GHz频段，选用9?12mm厚度，对于2?18GHz频段，选用20?25mm厚度，通过调节吸波剂介电常数以及各层泡沫板厚度和层数来制备满足不同吸波频段要求的吸波泡沫芯材；吸波泡沫芯材的低密度泡沫选用PMI、PVC、HCP、PET中的一3种，材料密度10?200kg/m ；所述透波蒙皮采用氰酸酯石英纤维复合材料、氰酸酯玻璃纤维复合材料、环氧石英纤维复合材料、环氧玻璃纤维复合材料中的一种，厚度为0.4?1mm。[0007] 上述方案中，所述支撑骨架由多个玻纤复合材料管通过玻纤复合材料多通接头拼装而成；所述支撑骨架的侧面呈梯形；所述玻纤复合材料管和玻纤复合材料多通接头均采用环氧高强玻璃纤维复合材料。[0008] 上述方案中，所述玻纤复合材料管的成型工艺采用缠绕成型或拉挤成型；所述玻纤复合材料多通接头的成型工艺采用模压工艺、缠绕工艺、RTM工艺、热压罐成型工艺中的一种。[0009] 上述方案中，所述玻纤?泡沫夹芯板包括低密度泡沫芯材和包覆于所述低密度泡沫芯材表面的玻纤蒙皮；所述低密度泡沫芯材选用PMI、PVC、HCP、PET中的一种，材料密度310?200kg/m；所述玻纤蒙皮选用环氧高强玻璃纤维复合材料。[0010] 上述方案中，所述玻纤?泡沫夹芯板的成型工艺采用真空导入成型、OOA成型、热压成型、热压罐成型中的一种；其中，玻纤蒙皮的铺层角度为0°/90°正交铺层。[0011] 上述方案中，所述玻纤复合材料面板为环氧高强玻璃纤维复合材料层压板结构，成型工艺采用真空导入成型、OOA成型、热压成型、热压罐成型中的一种，铺层角度为0°/90°正交铺层。[0012] 上述方案中，所述玻纤?泡沫夹芯板通过可拆卸的方式安装于所述支撑骨架上，所述前部吸波功能层通过粘接固定于所述玻纤?泡沫夹芯板表面；所述玻纤复合材料面板通过粘接固定于所述支撑骨架上，所述后部吸波功能层通过粘接固定于所述玻纤复合材料面板上。[0013] 上述方案中，所述玻纤?泡沫夹芯板厚度超过40mm，通过螺钉/螺栓固定在支撑骨架上，所述支撑骨架上安装有若干玻纤复合材料安装件，玻纤复合材料安装件上开孔，孔内安装钢丝螺套，用以实现与玻纤?泡沫夹芯板螺钉/螺栓安装时的配合；玻纤复合材料安装件采用环氧高强玻璃纤维复合材料。[0014] 上述方案中，还包括玻纤复合材料底座和连接底板，所述支撑骨架前部底端与后部底端之间通过所述连接底板相连，所述连接底板为整体板架结构与玻纤复合材料底座之间的连接构件，其与支撑骨架拼装后通过螺栓固定在玻纤复合材料底座上；所述玻纤复合材料底座采用环氧高强玻璃纤维复合材料；所述连接底板采用纤维增强复合材料、铝合金、不锈钢、钛合金中的一种。[0015] 本发明产生的有益效果是：[0016] 1.本发明大型板架结构，采用合理的结构和选材设计，在保证整体结构力学性能的同时减少了冗余重量，同时提高了结构的电磁隐身性能。其中，支撑骨架侧面呈梯形，能有效保证结构的承载能力及稳定性；支撑骨架主体结构采用玻纤复合材料实现了较大程度的减重，有效解决原结构笨重、机动性差的问题，且玻纤复合材料本身具有优异海洋环境适应性，有效解决钢制结构不耐腐蚀的问题；同时选用玻璃纤维，相比碳纤维和金属材料具有更好的透波性能，当电磁波无法通过吸波功能层吸收时，可发挥材料透波的作用而进一步减小RCS。支撑骨架表面安装玻纤?泡沫夹芯板用于遮挡，并作为风载及爆炸冲击的作用面，蒙皮采用环氧高强玻璃纤维复合材料，芯材采用低密度泡沫，使得该夹芯板结构具有较高的抗弯刚度，并在保证大型板架结构较高力学性能的同时保证了结构的轻量化。在反射面积较大的前部和后部分别增设了吸波功能层，可以很大程度的减小整体结构的雷达散射截面，有效提高构件的电磁隐身性能。[0017] 2、吸波功能层为透波蒙皮和吸波泡沫芯材构成的夹芯结构，透波蒙皮用以使电磁波透过，吸波泡沫芯材采用短切碳纤维吸波剂将具有梯度厚度的若干低密度泡沫板粘接而成的多层泡沫板吸波结构，达到降低反射率的作用。可通过调节吸波剂介电常数以及各层泡沫板厚度和层数，来制备满足不同吸波频段要求的吸波泡沫芯材，扩大本结构的适用范围。[0018] 3.本发明大型板架结构可以实现玻纤?泡沫夹芯板的拆装，当前部板件损坏时，可实现快捷拆卸更换，提高产品的保障性，有效降低构件的维修成本。附图说明[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。[0020] 图1是本发明电磁隐身性能优异的大型板架结构的结构示意图；[0021] 图2是图1的结构分解图；[0022] 图3是图1中支撑骨架的结构示意图；[0023] 图4是图1中吸波功能层的结构剖视图；[0024] 图5是图1中玻纤?泡沫夹芯板的结构剖视图。[0025] 图中：10、支撑骨架；11、玻纤复合材料管；12、玻纤复合材料多通接头；20、玻纤?泡沫夹芯板；21、玻纤蒙皮；22、低密度泡沫芯材；[0026] 30、前部吸波功能层；31、透波蒙皮；32、吸波泡沫芯材；[0027] 40、玻纤复合材料面板；[0028] 50、后部吸波功能层；[0029] 60、玻纤复合材料安装件；[0030] 70、玻纤复合材料底座；[0031] 80、连接底板。具体实施方式[0032] 为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。[0033] 需要说明的是，本发明实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，因此图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。[0034] 在本发明中，还需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等，其所指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”仅用于描述和区分目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。[0035] 如图1?2所示，本发明提出一种电磁隐身性能优异的大型板架结构，包括支撑骨架10，安装于支撑骨架10前部表面的玻纤?泡沫夹芯板20，安装于玻纤?泡沫夹芯板20表面的前部吸波功能层30，安装于支撑骨架10后部表面的玻纤复合材料面板40，安装于玻纤复合材料面板40表面的后部吸波功能层50。其中，支撑骨架10的主要作用为支撑整体结构，作为其他功能层的安装载体；玻纤?泡沫夹芯板20主要起遮挡作用，且为风载及爆炸冲击的作用面，其与支撑骨架10之间可进行拆装；玻纤复合材料面板40主要作用为包覆支撑骨架10后部；前部吸波功能层30和后部吸波功能层50主要功能为吸收电磁波，降低结构RCS。[0036] 如图3所示，支撑骨架10由多个玻纤复合材料管11通过玻纤复合材料多通接头12拼装而成，玻纤复合材料管11和玻纤复合材料多通接头12均采用环氧高强玻璃纤维复合材料，以保证骨架的整体力学性能。支撑骨架10的拼装，优选流动性较弱的环氧结构胶，避免选用流动性高的结构胶而产生粘接面空胶影响粘接强度。拼接时在拼接面均匀涂抹结构胶，再将二者插接，并升温固化。支撑骨架10的侧面呈梯形，能有效保证构件的承载能力及稳定性。玻纤复合材料管11为方管，保证安装后表面的平整，成型工艺采用缠绕成型或拉挤成型，优选缠绕成型，以保证方管的力学性能。玻纤复合材料多通接头12的成型工艺采用模压工艺、缠绕工艺、RTM工艺、热压罐成型工艺中的一种，优选热压罐成型工艺，确保接头成型质量。[0037] 如图4所示，前部吸波功能层30与后部吸波功能层50结构相同，均包括吸波泡沫芯材32和包覆于吸波泡沫芯材32表面的透波蒙皮31。吸波泡沫芯材32是采用短切碳纤维吸波剂将具有梯度厚度的若干低密度泡沫粘接而成的多层泡沫板吸波结构，达到降低反射率的作用。根据吸波频段的不同，吸波泡沫芯材32选用不同的厚度，对于8?18GHz频段，选用7?8mm厚度；对于6?18GHz频段，选用9?12mm厚度；对于2?18GHz频段，选用20?25mm厚度。相应的，通过调节吸波剂介电常数以及各层泡沫板厚度及层数，来制备满足不同吸波频段要求的吸波泡沫芯材32。短切碳纤维吸波剂具有耐腐蚀，材料具有方向性，可设计性强的优点。吸波泡沫芯材32的低密度泡沫选用PMI、PVC、HCP、PET中的一种，优选PMI泡沫，其具有相对3较高的力学性能以及较低的吸水率；优选材料密度10?200kg/m。透波蒙皮31采用氰酸酯石英纤维复合材料、氰酸酯玻璃纤维复合材料、环氧石英纤维复合材料、环氧玻璃纤维复合材料中的一种，厚度为0.4?1mm。[0038] 如图5所示，玻纤?泡沫夹芯板20包括低密度泡沫芯材22和包覆于低密度泡沫芯材22表面的玻纤蒙皮21。低密度泡沫芯材22选用PMI、PVC、HCP、PET中的一种，优选PMI泡沫，其3具有相对较高的力学性能以及较低的吸水率；优选材料密度10?200kg/m 。玻纤蒙皮21选用环氧高强玻璃纤维复合材料。玻纤?泡沫夹芯板20的厚度超过40mm，玻纤?泡沫夹芯板20的成型工艺采用真空导入成型、OOA成型、热压成型、热压罐成型中的一种，优选热压罐工艺，蒙皮采用预浸料铺敷再将蒙皮和芯材制成一体化结构，保证成型质量和均一性；其中，玻纤蒙皮21的铺层角度为0°/90°正交铺层。[0039] 进一步优化，玻纤复合材料面板40为环氧高强玻璃纤维复合材料层压板结构，成型工艺采用真空导入成型、OOA成型、热压成型、热压罐成型中的一种，优选热压罐工艺铺层角度为0°/90°正交铺层。玻纤复合材料面板40自支撑骨架10的后部表面向上延伸至覆盖自支撑骨架10的上部表面，以实现对骨架后部及顶部的包覆，为后部吸波功能层50提供安装表面，且减弱边缘反射。[0040] 进一步优化，电磁隐身性能优异的大型板架结构还包括玻纤复合材料底座70和连接底板80，支撑骨架10前部底端与后部底端之间通过连接底板80相连，连接底板80为整体板架结构与玻纤复合材料底座70之间的连接构件，其与支撑骨架10拼装后通过螺栓固定在玻纤复合材料底座70上。玻纤复合材料底座70采用环氧高强玻璃纤维复合材料，铺层角度[0/45/90/?45]ns。连接底板80采用纤维增强复合材料、铝合金、不锈钢、钛合金中的一种，优选钛合金，优选型号TC4，以保证最危险位置的结构强度。[0041] 进一步优化，玻纤?泡沫夹芯板20通过可拆卸的方式安装于支撑骨架10上，前部吸波功能层30粘接固定于玻纤?泡沫夹芯板20表面；玻纤复合材料面板40通过粘接固定于支撑骨架10上，后部吸波功能层50通过粘接固定于玻纤复合材料面板40上。具体的，玻纤?泡沫夹芯板20通过螺钉/螺栓固定在支撑骨架10上，支撑骨架10上安装有若干玻纤复合材料安装件60，用于安装玻纤?泡沫夹芯板20，玻纤复合材料安装件60采用环氧高强玻璃纤维复合材料，截面形状为凹形截面，通过不锈钢铆钉铆接在支撑骨架10上，其上开孔，孔内安装钢丝螺套，用以实现与玻纤?泡沫夹芯板20螺钉/螺栓安装时的配合。[0042] 进一步优化，构件的局部修形优选吸波腻子，避免使用传统腻子影响结构的电磁隐身性能。[0043] 进一步优化，构件的外表面油漆，优先选用具有透波功能的油漆，以保证电磁隐身性能不受影响。[0044] 本发明大型板架结构的主体结构采用复合材料结构，各构件的质量轻，便于装配施工；所用纤维材料为玻璃纤维，相比碳纤维和金属材料有更好的透波性能，当电磁波无法通过吸波功能层吸收时，可发挥材料透波的作用而进一步减小RCS，并且避免选用碳纤维能避免碳纤维与金属紧固件之间的电化学腐蚀，玻璃纤维类型选用高强玻璃纤维，能保证结构的整体承载性能满足要求；玻纤?泡沫夹芯板20，蒙皮采用环氧高强玻璃纤维复合材料，芯材为低密度泡沫，该夹芯板结构具有较高的抗弯刚度；吸波功能层为透波蒙皮31和吸波泡沫芯材32构成的夹芯结构，透波蒙皮31用以使电磁波透过，吸波泡沫芯材32，采用介电常数可调的短切碳纤维吸波剂将具有梯度厚度的若干低密度泡沫板粘接而成，达到降低反射率的作用。[0045] 需要指出，根据实施的需要，可将本申请中描述的各个步骤/部件拆分为更多步骤/部件，也可将两个或多个步骤/部件或者步骤/部件的部分操作组合成新的步骤/部件，以实现本发明的目的。[0046] 应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

专利地区：湖北

专利申请日期：2024-03-28

专利公开日期：2024-10-18

专利公告号：CN118258265B