防热宽频透波承载材料与结构一体化设计及表征

随着近空间飞行器的快速飞行和精确制导的需求，对于飞行器天线罩材料和结构需要适应严重的高温、高压、冲击、振动环境，必须具有耐高温、宽频带透波、高承载、抗冲击和热震等性能,这就需要探索研究防热透波承载宽频材料和结构的一体化设计方法和性能表征。本项目针对气动防热设计、透波需求、电气设计和强度设计等问题，交叉力学、材料学、电磁学学科进行研究，在细观上考虑多孔结构和梯度分布设计，宏观上考虑新型的夹层梯度结构，采用实验和理论结合的方法，针对我国未来新一代高超声速飞行器高温透波材料与结构的关键技术要求（宽频、防热、强韧），发展适用于1500℃以下防热宽频透波承载一体化设计方法。本项目将揭示多孔梯度高温透波材料与结构透波机理，建立多孔梯度高温透波材料与结构高温强韧化力学理论，最终完成防热宽频透波承载一体化设计方法与性能表征，为近空间飞行器的天线罩材料和结构的工程应用提供理论指导。

建立了梯度多孔的天线罩壁结构模型，考虑结构的孔隙率在不同梯度分布规律下对透波性能的影响规律，揭示电磁波在多孔梯度结构中的透波机理；建立等效多孔梯度结构的反射与传输系数模型，揭示双频、多频及宽频结构的透波性能随着介电常数、介电损耗或气孔率分布的变化规律，并提出了双频、多频及宽频多孔梯度透波结构的设计方法。研究高温条件下影响宽频及双频透波性能的关键因素，并且建立了高温条件下提高宽频与双频透波性能的天线罩结构的设计原理。研究影响天线-天线罩整体结构的电信性能的关键因素，完成可用于计算仿真天线-天线罩系统了的传输损耗与瞄准误差等电气性能的算法程序，利用已有的梯度多孔透波结构对天线-天线罩系统进行整体设计。采用“冷冻－凝胶成型”方法初步制备多孔梯度高温透波材料和结构，建立了相应的测试表征电磁性能和力学性能的实验方法。利用矢量网络分析仪、点聚焦透镜天线与透波式高温炉等，搭建多角度、多气氛的常温/高温透波测量实验系统，建立高温下透波测试的实验方法，验证高温透波实验系统的实用性。