透波材料是指对电磁波具有良好的透过性,且几乎不改变电磁波性质的材料。透波材料通常要求对电磁波(1∼1000mm 波长、0.3∼300GHz 频率)的透过率大于 70%。它具有透波、承载、隔热和抗蚀等多项功能,主要作用是在恶劣环境下,能够保障飞行器的通讯、遥测、制导、引爆等系统的正常工作。因此,透波材料广泛应用于运载火箭、导弹、飞船、航天飞机及返回式卫星等航空航天器上。
透波材料根据其不同的部件结构,可以分为两类:天线窗和天线罩。位置在飞行器侧面的通常为天线窗,用来保护它里面的无线通讯系统,使其能在恶劣环境中能够进行传输工作;天线罩通常位于飞行器的头部,保护飞行系内部的传输系统,保障了雷达系统在恶劣的环境下的正常工作能力。随着飞行器的发展和飞行速度的不断提高,对透波材料在介电性能、力学性能、寿命、工艺性和重量等方面要求越来越高。
具有精确制导、远程打击特征的制导导弹是现在战争的主要武器。先进战术导弹的飞行速度多在4马赫以上,地地中程导弹的再入速度在8到12马赫之间,而新一代的战术导弹的再入速度可高达几十马赫。因此对装载在高速导弹上的雷达天线罩的性能的要求也越来越高,承受导弹气动力和气动热最大位置处的天线罩已经成为重要的研究热点,高温透波材料则成为研究的关键着眼点。
高速导弹天线罩必须具有如下特殊性质:
1. 优异的介电性能。低介电常数(在0.3 - 300 G频率范围内,介电常数应在1-4之间) 和低的损耗正切值(0.1 - 0.001数量级间)。
2. 良好的力学性能。断裂强度和韧度高,以承受高速飞行的剪力、弯矩和轴向力,且不易变形。
3. 良好的抗热振性和耐热性。承受2000C以上的高温。
4. 耐雨腐蚀和辐射。
氮化硼(BN)材料的特点:
BN优点:热稳定性、介电性能、在高温下的热点冲击性能符合;高温2000C下不分解;
BN缺点:强度、硬度和弹性模量偏低。
研究方向:BN透波纤维、增强复合的BN透波纤维
氮化硅(Si3N4)材料具有优异的力学性能、良好的热稳定性和耐腐蚀性能,是一种综合性能较高的飞行器天线罩用材料。但通过研究发现,Si3N4作为高速飞行器天线罩材料时,其介电性能不够理想,有待进一步提高。氮化硼(BN)具有比 Si3N4更低的介电常数和介电损耗,而且在很宽的温度范围内具有优良的热、电性能稳定性,但其力学性能低于 Si3N4、抗雨蚀性能差。