1、雷達(dá)天線罩作用及性能要求
隨著雷達(dá)大量應(yīng)用于陸、海、空三軍及民航、氣象等領(lǐng)域，雷達(dá)天線罩的應(yīng)用也日益廣泛。天線罩是雷達(dá)的重要組成部分，被稱為雷達(dá)系統(tǒng)的“電磁窗口”。它在雷達(dá)天線的周圍形成一個(gè)封閉的空間，以保護(hù)雷達(dá)天線系統(tǒng)免受風(fēng)、沙、雨、雪、雹的侵襲，緩解氣溫驟變、太陽(yáng)輻射、潮濕、鹽霧等環(huán)境條件對(duì)天線系統(tǒng)的影響。隨著雷達(dá)工作體制的改進(jìn)，以及參數(shù)捷變、米波、毫米波、擴(kuò)譜和調(diào)頻等新型雷達(dá)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，寬頻響應(yīng)已成為雷達(dá)天線系統(tǒng)重要特征，從而對(duì)雷達(dá)天線罩的透波特性提出了越來(lái)越高的要求。
對(duì)飛機(jī)機(jī)載、導(dǎo)彈彈載雷達(dá)等飛行器雷達(dá)系統(tǒng)而言，雷達(dá)天線罩除了用來(lái)保護(hù)雷達(dá)天線或整個(gè)微波系統(tǒng)在惡劣環(huán)境下能夠正常工作之外，還是一個(gè)氣動(dòng)/結(jié)構(gòu)/透波功能一體化部件。典型的飛行器雷達(dá)天線罩位于機(jī)頭前部。如果把雷達(dá)比作飛機(jī)的眼睛，雷達(dá)天線罩是飛機(jī)“眼睛”的防護(hù)鏡。相比地面、艦載、車載等靜止或低速移動(dòng)雷達(dá)系統(tǒng)而言，飛行器雷達(dá)天線罩還需滿足高速飛行中氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱帶來(lái)的力學(xué)、熱學(xué)性能要求，因此飛行器雷達(dá)天線罩的技術(shù)要求更高。
2、國(guó)內(nèi)外雷達(dá)天線罩技術(shù)發(fā)展歷史
雷達(dá)天線罩技術(shù)不是一門獨(dú)立的專業(yè)技術(shù)，是一門跨專業(yè)跨學(xué)科的綜合技術(shù)。它的設(shè)計(jì)和制造涉及空氣動(dòng)力學(xué)、機(jī)械結(jié)構(gòu)、強(qiáng)度計(jì)算、熱力學(xué)、天線與電磁場(chǎng)理論、材料學(xué)、工藝學(xué)、檢測(cè)技術(shù)、測(cè)量技術(shù)、表面保護(hù)等專業(yè)。由于其對(duì)武器裝備發(fā)展的重要作用，世界各工業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家，特別是各軍事大國(guó)都給予了不動(dòng)聲色的關(guān)注。
我國(guó)對(duì)于電磁窗技術(shù)的研究起步較晚，從20世紀(jì)80年代才逐漸開(kāi)始重視電磁窗技術(shù)。隨著我國(guó)航空工業(yè)技術(shù)的發(fā)展，特別是近30年來(lái)，我國(guó)的機(jī)載雷達(dá)天線罩研制水平得到了快速發(fā)展。目前，我國(guó)已基本具備了研制各種類型先進(jìn)雷達(dá)天線罩制件的條件，并成功研制了幾乎包括世界上現(xiàn)有的各種結(jié)構(gòu)形式雷達(dá)天線罩，如實(shí)芯半波壁結(jié)構(gòu)、準(zhǔn)半波壁結(jié)構(gòu)、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)、泡沫夾層結(jié)構(gòu)、FSS（帶通式）結(jié)構(gòu)、電抗加載結(jié)構(gòu)等。其中最能代表技術(shù)進(jìn)步水平的是90年代初期，中航工業(yè)集團(tuán)濟(jì)南特種結(jié)構(gòu)研究所（637所）研制的變壁厚、準(zhǔn)半波壁、人工介質(zhì)夾層結(jié)構(gòu)飛機(jī)雷達(dá)罩，使我國(guó)成為繼美國(guó)、德國(guó)之后第三個(gè)把人工介質(zhì)成功應(yīng)用于飛機(jī)雷達(dá)罩的國(guó)家。
3、雷達(dá)天線罩材料
雷達(dá)天線罩選材的依據(jù)是高強(qiáng)度、高模量、耐候性好、介電性能好等，其中最主要的是介電性能，具體包括介電常數(shù)（ε）和損耗角正切（tanδ）。其中tanδ越大，電磁波能量在穿透天線罩過(guò)程中轉(zhuǎn)化為熱量而損耗的能量就越多；ε越大，電磁波在空氣與天線罩壁分界面上的反射就越大，從而導(dǎo)致鏡像波瓣電平增加和傳輸效率降低。因此，要求雷達(dá)天線罩罩體材料的tanδ低至接近于零，ε盡可能低，以達(dá)到“最大傳輸”和“最小反射”的目的。
玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是一類集結(jié)構(gòu)、防熱、透波于一體的功能復(fù)合材料，具有優(yōu)良的電性能，介電常數(shù)ε和介電損耗tanδ都很小，同時(shí)具有足夠的力學(xué)強(qiáng)度和適當(dāng)?shù)膹椥阅Ａ?，是?shí)際應(yīng)用最廣的天線罩材料。
3.1 雷達(dá)天線罩增強(qiáng)纖維
增強(qiáng)纖維為纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的主要承力者，在復(fù)合材料中有較高體積含量。其介電常數(shù)一般高于樹(shù)脂基體，因此是決定復(fù)合材料力學(xué)性能和介電性能的主要因素。
目前，雷達(dá)天線罩纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料的增強(qiáng)材料主要有玻璃纖維、石英纖維、芳綸纖維和聚乙烯纖維等。
玻璃纖維具有高強(qiáng)度、優(yōu)良的介電性能、耐腐蝕、吸濕性小以及尺寸穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，是天線罩最常用的增強(qiáng)材料，包括E玻璃纖維，S玻璃纖維、D玻璃纖維、高硅氧玻璃纖維等。E玻璃纖維是一種無(wú)堿玻璃，是最早用于天線罩的增強(qiáng)材料，價(jià)格最低，但其電性能較差；S玻璃纖維是一種高強(qiáng)度玻璃纖維，力學(xué)性能是玻璃纖維中最好的，介電性能中等；D玻璃纖維又稱低介電玻璃纖維，是國(guó)外專門為天線罩研制的一種玻璃纖維，ε和tanδ僅次于石英纖維和高硅氧玻璃纖維，但拉伸強(qiáng)度和模量較其他纖維低。高硅氧玻璃纖維以E玻璃纖維為基體，其SiO2含量可達(dá)91%~99%，性能介于E玻璃纖維和石英纖維之間。
石英纖維是指SiO2含量達(dá)到99.9%以上，絲徑在1-15μm的特種玻璃纖維。石英纖維的介電性能是所有玻璃纖維中最好的，并且能夠在較寬的頻帶范圍內(nèi)保持基本不變，因此可以實(shí)現(xiàn)天線罩的寬頻透波性。但其價(jià)格昂貴，是E玻璃纖維的30~40倍。
芳綸纖維（Kevlar）是一種比較常見(jiàn)的有機(jī)纖維，具有高強(qiáng)度和高模量，密度在高性能纖維中最小，阻尼性能好，耐磨性能優(yōu)異，化學(xué)穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性好，具有較高的斷裂伸張率，優(yōu)異的抗沖擊性能、尺寸穩(wěn)定性能和介電性能，但芳綸易吸濕，影響介電性能，表面光滑，具有很強(qiáng)的化學(xué)惰性，與樹(shù)脂基體的結(jié)合界面性能較差。
高模量聚乙烯纖維（Spectra1000）具有很高的比強(qiáng)度和比模量，優(yōu)異的抗沖擊和阻尼性能，并且在各種頻率下均表現(xiàn)出優(yōu)異的介電性能（ε≤3.0，tanδ=10-4），耐熱性能差（熔點(diǎn)在144~152℃），強(qiáng)度和模量隨著溫度的升高而下降，抗蠕變性能較差，表面光滑且有惰性，極大的限制了UHMWPE纖維在透波復(fù)合材料中的應(yīng)用。
3.2 玻璃纖維基本概念
玻璃纖維是由玻璃礦石等加工而成，具有表面積大，比強(qiáng)度高，耐熱和物理化學(xué)穩(wěn)定的特點(diǎn)，是一種優(yōu)良的功能材料和生態(tài)環(huán)境材料。玻璃纖維的主要成分為二氧化硅、氧化鋁、氧化鈣、氧化硼、氧化鎂、氧化鈉等。
3.2.1、玻璃纖維制造工藝
玻璃纖維生產(chǎn)工藝主要有兩種：坩堝拉絲法和池窯拉絲法。坩堝拉絲法先把玻璃原料高溫熔制成玻璃球，然后再將玻璃球二次熔化，高速拉絲制成玻璃纖維原絲。
池窯拉絲法則是國(guó)際上比較先進(jìn)的工藝，該工藝具有簡(jiǎn)單、節(jié)能、生產(chǎn)效率高的特點(diǎn)。池窯拉絲工藝是原料經(jīng)過(guò)破碎粉碎、篩分成合格粉料、混合制成配合料，再將配合料投入單元熔窯中熔化成玻璃液，玻璃液由多排多孔鉑金樓板流出，形成纖維。
兩種工藝相互對(duì)比，坩堝拉絲工藝?yán)速M(fèi)能源，單機(jī)產(chǎn)量低，產(chǎn)品質(zhì)量差，生產(chǎn)成本高。而池窯拉絲法工藝簡(jiǎn)單，能耗相對(duì)較低，產(chǎn)品質(zhì)量較好，生產(chǎn)效率高且生產(chǎn)能力大。全世界90%以上產(chǎn)能已經(jīng)采用池窯拉絲法，未來(lái)比例將會(huì)更大。
玻璃纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料是一種廣泛應(yīng)用的雷達(dá)天線罩材料，其應(yīng)用頻段主要在10GHz范圍內(nèi)，對(duì)于高頻波段（10~20GHz），需要采用具有更好介電性能的石英纖維作為增強(qiáng)材料。以石英纖維布作為增強(qiáng)材料，以環(huán)氧樹(shù)脂為基體制造的復(fù)合材料在雷達(dá)天線罩中應(yīng)用最為廣泛。
3.2.2、石英纖維
石英纖維是指SiO2含量達(dá)到99.9%以上，絲徑在1-15μm的特種玻璃纖維。它具有很高的耐熱性，能長(zhǎng)期在1050℃下使用，瞬間耐高溫達(dá)1700℃，耐溫性能僅次于碳纖維，同時(shí)具有卓越的電絕緣性和介電性能。石英纖維在實(shí)際中得到大量應(yīng)用，如美國(guó)F-15戰(zhàn)斗機(jī)第一代、第二代鼻錐天線罩都采用了石英纖維增強(qiáng)氰酸酯樹(shù)脂復(fù)合材料作為夾層架構(gòu)的蒙皮。國(guó)外第四代戰(zhàn)斗機(jī)如美國(guó)F-22雷達(dá)罩都選用了寬頻性能極佳的石英纖維。
石英纖維的生產(chǎn)非常依賴原材料的供應(yīng)，通常是直接用高純度的石英棒送至高溫區(qū)熔化拉絲。一般在2000~2100℃下拉制。目前全球高純度的石英砂供應(yīng)商中Unimin處于行業(yè)壟斷地位，國(guó)內(nèi)材料產(chǎn)能也受其制約。
3.3 雷達(dá)天線罩樹(shù)脂基體
不飽和聚酯樹(shù)脂（UP）的電性能和工藝性能良好，而且價(jià)格便宜，是最早用于天線罩的樹(shù)脂基體之一，但因其力學(xué)性能較差，多使用于要求較低的地面雷達(dá)天線罩；酚醛樹(shù)脂（PF）是較早使用的天線罩材料，但其成型困難，不過(guò)改性后可用于一些對(duì)材料耐熱性要求高的場(chǎng)合；環(huán)氧樹(shù)脂（EP）具有優(yōu)良的力學(xué)性能、耐化學(xué)腐蝕性能和電性能，且固化收縮率低，是使用最廣泛的天線罩樹(shù)脂基體。
以上三種樹(shù)脂是傳統(tǒng)的天線罩樹(shù)脂基體材料，目前仍廣泛用于制備各種天線罩。近年來(lái)隨著先進(jìn)雷達(dá)天線罩對(duì)全頻帶、低介電損耗、耐高溫、耐候性等性能要求的不斷提升，一些新型樹(shù)脂體系如有機(jī)硅樹(shù)脂、聚酰亞胺樹(shù)脂（PI）、氰酸酯樹(shù)脂（CE）、聚四氟乙烯樹(shù)脂（PTFE）等新型耐高溫樹(shù)脂也開(kāi)始應(yīng)用于天線罩制造中。
有機(jī)硅樹(shù)脂突出的優(yōu)點(diǎn)是耐熱性和優(yōu)良的介電性能，在各種環(huán)境條件下介電性能都比較穩(wěn)定；其缺點(diǎn)是機(jī)械強(qiáng)度較低，且需高壓成型。聚酰亞胺是近年來(lái)研究和報(bào)道較多的一種耐高溫樹(shù)脂，可以在300℃長(zhǎng)期使用，短期使用溫度達(dá)到540℃，具有優(yōu)異的介電性能，ε在3~4之間，tanδ<10-3，而且在較寬的溫度和頻率范圍內(nèi)仍能保持較好水平，它的缺點(diǎn)是固化困難，常需要高溫高壓和復(fù)雜的升溫程序，反應(yīng)生成的水或溶劑的存在將導(dǎo)致孔隙率較高，使樹(shù)脂潮解，電性能降低。
氰酸酯樹(shù)脂具有良好的力學(xué)性能、耐熱及耐濕熱性能，在很寬的溫度范圍（-160~220℃）和頻率范圍（104~1011Hz）內(nèi)具有穩(wěn)定且極低的ε（2.8~3.2）和tanδ（0.002~0.006），并且CE的介電性能具有明顯的寬帶特性，這種樹(shù)脂基體及其復(fù)合材料是未來(lái)透波復(fù)合材料的發(fā)展方向。
隨著雷達(dá)天線罩工作頻率（X波段或以上）的升高，特別是隱身天線罩的需求，傳統(tǒng)的蒙皮透波材料（高強(qiáng)度玻璃纖維布增強(qiáng)環(huán)氧樹(shù)脂體系）已不能滿足高透過(guò)、低反射、耐高功率的要求，石英纖維布/氰酸酯體系應(yīng)運(yùn)而生，滿足了高性能天線罩的需求。
國(guó)外復(fù)合材料產(chǎn)品如BASF公司的石英纖維/氰酸酯復(fù)合材料天線罩，其綜合性能比傳統(tǒng)環(huán)氧樹(shù)脂天線罩介電損耗降低了75%，介電常數(shù)降低了10%，另外具有更低的吸水率，因此濕態(tài)介電性能更加優(yōu)異。根據(jù)《樹(shù)脂基復(fù)合材料在雷達(dá)天線罩領(lǐng)域應(yīng)用及發(fā)展》，國(guó)內(nèi)產(chǎn)品如航天材料及工藝研究所（703所）的QWB/701系列石英布/氰酸酯預(yù)浸料及復(fù)合材料耐180℃的高溫，介電性能優(yōu)異，已經(jīng)在某些型號(hào)上得到了應(yīng)用。
表中列出了航天材料及工藝研究所生產(chǎn)的石英布或高強(qiáng)玻璃纖維布作為增強(qiáng)材料，氰酸酯或環(huán)氧樹(shù)脂作為樹(shù)脂基體，組合制備的四種復(fù)合材料的介電性能對(duì)比。
通過(guò)對(duì)比可以看出，增強(qiáng)材料和樹(shù)脂的選擇均對(duì)介電常數(shù)和損耗角正切有較大影響。氰酸酯樹(shù)脂基復(fù)合材料的損耗角正切均顯著小于環(huán)氧樹(shù)脂基復(fù)合材料；石英纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料介電常數(shù)均顯著小于玻璃纖維布增強(qiáng)復(fù)合材料。石英纖維布/氰酸酯復(fù)合材料的介電性能與傳統(tǒng)玻璃纖維布/環(huán)氧復(fù)合材料相比，介電常數(shù)降低了24%，損耗角正切降低了78%。
3.4 雷達(dá)天線罩壁結(jié)構(gòu)
雷達(dá)天線罩主要的壁結(jié)構(gòu)有單層、A夾層、B夾層、C夾層和多夾層結(jié)構(gòu)。天線罩之所以多采用夾層架構(gòu)是因?yàn)閵A層結(jié)構(gòu)不僅有更好的強(qiáng)度保持性，而且有著比薄壁結(jié)構(gòu)更為優(yōu)異的透波性能。夾層結(jié)構(gòu)可以利用兩表層之間電磁波的反射相互抵消作用來(lái)保證其良好的透波性。當(dāng)電磁波由空氣進(jìn)入夾層時(shí)，在各介質(zhì)層產(chǎn)生反射，當(dāng)芯層厚度最佳時(shí)，內(nèi)、外蒙皮的反射波幅度相等、相位相反，相互抵消，從而降低了反射波對(duì)雷達(dá)性能的影響。
單層實(shí)心半波壁的特點(diǎn)是在高入射角和兩種極化情況下具有良好的電性能，主要缺點(diǎn)是頻帶窄、重量大，因而實(shí)心半波壁常用于戰(zhàn)斗機(jī)的機(jī)頭罩。A夾層的特點(diǎn)是重量輕，在低、中入射角情況下，電性能較好，但其重復(fù)性較差，常用于入射角不大的情況，如民用客機(jī)的機(jī)頭罩和艦載雷達(dá)罩。多夾層雷達(dá)罩比A夾層具有更寬的頻帶并且適應(yīng)高入射角，但重復(fù)性較差和相位性能不佳是其主要缺點(diǎn)。
天線技術(shù)的不斷發(fā)展促進(jìn)了新的雷達(dá)罩壁結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，主要有準(zhǔn)半波壁結(jié)構(gòu)、電抗加載雷達(dá)罩和頻率選擇表面（Frequency Selective Surface, FSS）。
為了利用實(shí)心壁結(jié)構(gòu)的高入射角的優(yōu)點(diǎn)，克服重量大的缺點(diǎn)，人們提出了準(zhǔn)半波壁結(jié)構(gòu)。準(zhǔn)半波壁從結(jié)構(gòu)上看是三層夾層結(jié)構(gòu)，從電氣上看是單層壁。其中間層（俗稱“人工介質(zhì)”）的介電性能從理論上來(lái)說(shuō)和蒙皮層的介電性能相同。同時(shí)由于人工介質(zhì)的密度較低，使得準(zhǔn)半波壁比實(shí)心半波壁在重量上減輕30%以上，取得了明顯的減重效果。
電抗加載雷達(dá)罩實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)代空戰(zhàn)寬頻的要求，即通過(guò)電抗加載（將專門設(shè)計(jì)的金屬物加到常規(guī)壁結(jié)構(gòu)上去），使天線罩在寬頻范圍內(nèi)具有穩(wěn)定的電性能。
頻率選擇表面技術(shù)很好的滿足了四代戰(zhàn)斗機(jī)的隱身性能要求。常規(guī)雷達(dá)天線是主要的雷達(dá)波反射源，采用頻率選擇表面（FSS）雷達(dá)罩是實(shí)現(xiàn)雷達(dá)天線隱身的一個(gè)較好的辦法。FSS雷達(dá)天線罩允許我方飛行器雷達(dá)在自己的頻帶內(nèi)正常穿透，而將其他頻率的雷達(dá)波散射到各個(gè)方向，從而在保證自身雷達(dá)正常工作的同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)敵雷達(dá)的隱身。
3.5 雷達(dá)天線罩夾層材料
對(duì)于夾層結(jié)構(gòu)天線罩，夾芯材料（簡(jiǎn)稱芯材）的選擇對(duì)天線罩的性能有重要影響。天線罩用芯材主要有蜂窩芯材和泡沫芯材。
蜂窩材料主要有鋁蜂窩、NOMEX蜂窩和普通紙蜂窩等，但天線罩用蜂窩芯材主要是NOMEX蜂窩。NOMEX蜂窩芯材是由芳綸紙浸漬酚醛樹(shù)脂制成，其介電常數(shù)低、強(qiáng)度高，具有彈性，抗撕裂性及耐磨蝕性都很好，在航天航空結(jié)構(gòu)、船舶制造等領(lǐng)域中已得到廣泛應(yīng)用。國(guó)內(nèi)使用的NOMEX蜂窩主要是北京航空制造工程研究所的NRH系列和北京航空材料研究院的NH系列。
聚合物泡沫是一種最常用的芯材，主要有聚氯乙烯（PVC）、聚氨酯（PU）、聚苯乙烯（PS）、聚甲基丙烯酰亞胺（PMI）等，其中天線罩用泡沫芯材主要是PMI泡沫。PMI泡沫是一種采用固體發(fā)泡工藝成型，泡沫孔隙基本一致且均勻的100%閉孔泡沫。與其他泡沫比，在相同密度下，PMI泡沫的剛度和強(qiáng)度最高。而且，其耐高溫蠕變性能使得該泡沫能夠適用于高溫固化樹(shù)脂和預(yù)浸料體系。另外，PMI泡沫經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)母邷靥幚硪院?，能承?90℃的固化工藝對(duì)泡沫尺寸穩(wěn)定性的要求，在航空領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。
4、雷達(dá)天線罩的制造工藝
雷達(dá)罩的成形工藝主要有手糊真空袋壓法、模壓法、熱壓罐法、纖維纏繞法和樹(shù)脂傳遞模塑法（RTM）等。
手糊、真空袋壓法是使用最早、最廣泛的天線罩成型工藝方法，其基本工藝過(guò)程是：在涂有脫模劑的模具上涂刷樹(shù)脂，再鋪一層纖維織物，并用手工擠壓出氣泡和多余樹(shù)脂，如此一層一層鋪疊直到所需要的厚度。然后用真空袋密封好，并抽真空加壓，固化后脫模、修正得到天線罩。
模壓法一般可用來(lái)制造中小型天線罩，其基本工藝過(guò)程是：將脫模處理過(guò)的玻璃纖維織物用樹(shù)脂浸漬，將浸漬的織物烘干后按要求裁剪并逐層鋪覆在涂有脫模劑的陽(yáng)模上，鋪覆的層數(shù)要視天線罩的壁厚而定，然后套上陰模，加壓（也可加熱）固化。模壓料在模腔內(nèi)逐漸固化后從模腔里取出，進(jìn)行必要的修整得到天線罩成品。
熱壓罐法與手糊真空袋壓法和模壓法類似，只是在鋪覆成型后需將整個(gè)部件套上真空袋放到熱壓罐內(nèi)，袋內(nèi)抽真空，外部加熱加壓使樹(shù)脂固化，脫模修整后即得天線罩。
纖維纏繞法是用于陽(yáng)模做芯軸，通過(guò)機(jī)械裝置將預(yù)先浸過(guò)樹(shù)脂的長(zhǎng)玻璃纖維帶按照各種預(yù)定的線形，有規(guī)律地纏繞在陽(yáng)模上。
樹(shù)脂傳遞模塑法是一種壁模模塑成型工藝方法，其工藝過(guò)程是在耐壓的密閉模腔內(nèi)，填滿玻璃纖維增強(qiáng)材料，用壓力將液態(tài)樹(shù)脂注入模腔，使其滲透玻璃纖維，然后固化成型、脫模、修整得到天線罩產(chǎn)品。
5、高超聲速導(dǎo)彈用雷達(dá)天線罩
高超聲速導(dǎo)彈天線罩對(duì)材料性能的要求較一般導(dǎo)彈和飛機(jī)天線罩更為苛刻。高超聲速導(dǎo)彈在稠密大氣層內(nèi)飛行時(shí)，空氣受到強(qiáng)烈的壓縮和劇烈的摩擦作用，產(chǎn)生氣動(dòng)加熱現(xiàn)象。隨著導(dǎo)彈馬赫數(shù)的增加，氣動(dòng)加熱非常嚴(yán)重。高速飛行時(shí)氣動(dòng)加熱引起的溫度升高，大體與速度的平方成正比。導(dǎo)彈的速度越高，天線罩材料所要求的耐熱性越高。如在海平面高度，導(dǎo)彈以8~12倍聲速飛行時(shí)，天線罩溫度將高達(dá)2400℃。氣動(dòng)加熱在天線罩罩壁產(chǎn)生很高的升溫速率（540~820℃），在天線罩的內(nèi)部存在很大的熱應(yīng)力，材料應(yīng)具有良好的抗熱沖擊性能。高超聲速導(dǎo)彈飛行時(shí)縱向和橫向過(guò)載產(chǎn)生的剪力、彎矩和軸向力非常大，要求天線罩材料具有較高的力學(xué)性能。氣動(dòng)加熱及氣動(dòng)剪切力的作用，還會(huì)使天線罩表面發(fā)生燒蝕，因此天線罩材料應(yīng)具有微燒蝕或燒蝕可控性。
隨著導(dǎo)彈飛行速度越來(lái)越快，導(dǎo)彈天線罩材料的發(fā)展歷程為：纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料——氧化鋁陶瓷——微晶玻璃——石英陶瓷——氮化物陶瓷——陶瓷基復(fù)合材料。纖維增強(qiáng)樹(shù)脂復(fù)合材料與其它雷達(dá)罩應(yīng)用情況相同，此處不再贅述。
第一種商品化的高溫天線罩為氧化鋁陶瓷，在麻雀Ⅲ導(dǎo)彈和響尾蛇導(dǎo)彈中得到成功應(yīng)用，優(yōu)點(diǎn)是強(qiáng)度高、硬度高、抗雨蝕性能好，缺點(diǎn)是彈性模量和線脹系數(shù)大，抗熱沖擊性能差。微晶玻璃是一種玻璃陶瓷，堇青石是其主要結(jié)晶相，但成型工藝和條件復(fù)雜，難以控制。1950年代末美國(guó)Corning公司開(kāi)發(fā)的微晶玻璃應(yīng)用在“小獵犬”艦空導(dǎo)彈天線罩中。1970年代末以來(lái)中科院硅酸鹽研究所研制的3-3微晶玻璃組成與Corning公司的9606微晶玻璃極為接近，只是介電損耗相對(duì)偏高，是國(guó)內(nèi)第一種高溫天線罩材料，已成功應(yīng)用于超聲速中低空防空導(dǎo)彈天線罩中。
氧化鋁、微晶玻璃僅適應(yīng)于導(dǎo)彈飛行速度小于5倍聲速的天線罩。對(duì)于高超聲速導(dǎo)彈而言，天線罩候選材料主要有石英陶瓷、氮化硅和氮化硼陶瓷。石英陶瓷的抗熱沖擊性好，介電性能穩(wěn)定，制造成本適中，已在美國(guó)“愛(ài)國(guó)者”和“潘興Ⅱ”導(dǎo)彈得到了應(yīng)用，適用于3~5倍聲速的導(dǎo)彈天線罩。
石英陶瓷是綜合性能很好的天線罩材料，但石英陶瓷的抗雨蝕及抗粒子侵蝕性能較差，當(dāng)導(dǎo)彈飛行速度大于6.5倍聲速時(shí)，石英陶瓷難以滿足導(dǎo)彈天線罩強(qiáng)度和可靠性要求。1970~1980年代發(fā)展了氮化硅和氮化硼等氮化物陶瓷主要應(yīng)用于小于6倍聲速的導(dǎo)彈天線罩。國(guó)內(nèi)哈爾濱工業(yè)大學(xué)、山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院、中科院上海硅酸鹽研究所對(duì)氮化硼、氮化硅 、氮化鋁陶瓷及其復(fù)相陶瓷進(jìn)行了深入研究。
高超聲速導(dǎo)彈天線罩要求材料具有優(yōu)異的力學(xué)、介電、耐燒蝕及抗熱沖擊性能，現(xiàn)有的材料體系僅有連續(xù)纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料能夠滿足高超聲速導(dǎo)彈天線罩的應(yīng)用要求?；w的作用是把載荷傳遞到纖維上，同時(shí)纖維發(fā)揮對(duì)基體的增強(qiáng)作用。石英纖維在各類纖維中綜合性能最為優(yōu)異。此外石英纖維化學(xué)穩(wěn)定性好、抗熱沖擊、耐燒蝕、易于編制且介電性能優(yōu)異，非常適合航天透波領(lǐng)域的應(yīng)用。然而石英纖維在高溫處理時(shí)容易脆化，力學(xué)性能迅速下降，因此應(yīng)加強(qiáng)高純耐高溫石英纖維的開(kāi)發(fā)，改進(jìn)其常溫和高溫力學(xué)性能。目前國(guó)內(nèi)外主要以石英和BN兩種纖維為增強(qiáng)體制備陶瓷基透波復(fù)合材料。
1）石英纖維增強(qiáng)陶瓷基透波復(fù)合材料
美國(guó)Philco-Ford公司和GE公司分別研制了石英纖維織物增強(qiáng)二氧化硅復(fù)合材料（SiO2/SiO2），其中AS-3DX材料常溫時(shí)5.841GHz下的介電常數(shù)ε=2.88，損耗角正切tanδ=0.00612，該材料已用于美國(guó)“三叉戟”潛地導(dǎo)彈。為滿足中遠(yuǎn)程地地戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈和戰(zhàn)略導(dǎo)彈天線罩需求，國(guó)內(nèi)航天材料及工藝研究所（703所）、山東工業(yè)陶瓷研究設(shè)計(jì)院等單位研制了石英纖維織物增強(qiáng)二氧化硅基復(fù)合材料（3D SiO2/SiO2），其密度為1.58~1.61g/cm3，已獲得型號(hào)應(yīng)用。
俄羅斯著重開(kāi)發(fā)了石英纖維增強(qiáng)磷酸鹽基復(fù)合材料。該材料具有良好的力學(xué)、物理和電性能。磷酸鋁復(fù)合材料在1500~1800℃以下性能穩(wěn)定，但當(dāng)溫度再高時(shí)磷酸鹽復(fù)合材料熔融粘度太低，不能保證正常使用。目前，這類材料在巡航導(dǎo)彈、反導(dǎo)型、戰(zhàn)術(shù)型導(dǎo)彈及航天飛機(jī)上獲得了應(yīng)用。
國(guó)內(nèi)北京玻璃鋼研究設(shè)計(jì)院制備了石英纖維布增強(qiáng)磷酸鋁復(fù)合材料，可用于環(huán)境溫度在1200℃以下的天線窗材料和小型透波防熱部件。
2） 氮化硼纖維增強(qiáng)陶瓷基透波復(fù)合材料
美國(guó)的Hyper-Therm HTC公司利用獨(dú)特的化學(xué)氣相增密過(guò)程制備了世界上第一個(gè)低介電性能、耐高溫的氮化硅（Si3N4）基復(fù)合材料，該材料可以用在高超聲速導(dǎo)彈天線罩中。國(guó)內(nèi)國(guó)防科技大學(xué)對(duì)氮化硅基復(fù)合材料進(jìn)行了大量的研究，并取得了一定的成果。
6、雷達(dá)天線罩市場(chǎng)容量
雷達(dá)天線罩市場(chǎng)容量是雷達(dá)行業(yè)市場(chǎng)容量的子集。根據(jù)我們之前的研究《信息化戰(zhàn)爭(zhēng)千里眼，軍工成長(zhǎng)急先鋒：雷達(dá)行業(yè)研究報(bào)告》，2015年國(guó)內(nèi)軍用雷達(dá)市場(chǎng)容量約為140億元。我們估計(jì)雷達(dá)天線罩綜合價(jià)值占比在3%左右，由此推斷2015年國(guó)內(nèi)軍用雷達(dá)天線罩市場(chǎng)容量約為4億元。我們預(yù)測(cè)十三五期間國(guó)內(nèi)軍用雷達(dá)市場(chǎng)總體將保持20%以上的年復(fù)合增速。我們保守估計(jì)，2020年雷達(dá)天線罩市場(chǎng)容量將達(dá)10億元左右。
考慮到臺(tái)海、南海、釣魚(yú)島及中印邊境的軍事斗爭(zhēng)態(tài)勢(shì)，基于對(duì)遠(yuǎn)程精確打擊武器的迫切需求，我們認(rèn)為十三五期間在地基雷達(dá)、艦載雷達(dá)、車載雷達(dá)、星載雷達(dá)、機(jī)載雷達(dá)、彈載雷達(dá)等方向中，彈載雷達(dá)的增速最快，對(duì)天線罩的價(jià)值貢獻(xiàn)最大。
綜合以上分析，石英纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料和石英纖維增強(qiáng)陶瓷基復(fù)合材料在雷達(dá)天線罩中的應(yīng)用越來(lái)越廣。由于石英纖維造價(jià)較高，我們估計(jì)石英纖維在相應(yīng)雷達(dá)天線罩總體造價(jià)中占比在50%以上。假設(shè)石英纖維復(fù)合材料在雷達(dá)天線罩應(yīng)用中占比達(dá)2/3，則可估算2020年雷達(dá)天線罩用石英纖維市場(chǎng)容量將達(dá)3.5億元。（來(lái)源：國(guó)防軍工參考）
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