可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构制造技术

本发明专利技术公开的一种可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，属于高超声速飞行器多功能一体化结构领域。本发明专利技术将掺杂有吸波材料和磁性粒子的气凝胶与不同纤维复合，制备出复合气凝胶绝热纤维，使其具有优异的隔热性能、力学性能和宽频吸波等综合性能。将相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量，利用吸波材料和磁性粒子形成复合吸波材料，提高阻抗匹配效果和有效吸波带宽。通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，形成所述最优立体图案布局结构，结合多层材料的组装成型工艺，实现可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构。构。构。

【技术实现步骤摘要】
可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构


[0001]本专利技术涉及一种可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，属于高超声速飞行器多功能一体化结构领域。

技术介绍

[0002]随着我国深空探测、载人登月等重大战略规划的实施，新一代航天器装备对结构平台提出了更为严苛的多功能一体化要求，如何实现装备结构平台的多功能化设计与一体化制造是学术界和工业界长期关注的焦点问题。
[0003]高超声速飞行器在大气层内高速飞行时，面临严苛的热力环境，为保护飞行器机体结构及舱内仪器设备的正常工作，需要对飞行器进行防隔热设计。传统的高超声速飞行器结构采用承力与防热功能分体的设计方法，随着飞行速度提高、飞行时间增长，单一功能的结构设计方案将付出较大的质量代价，难以满足飞行器性能提升及更高使用环境要求。
[0004]与此同时，高超声速飞行器服役过程中面临交变温度、空间等离子体、电磁辐射、行星大气等极端环境条件，为满足高超声速飞行器在恶劣环境下的通讯、制导、引爆等功能，通常需要在飞行器上局部安装有具有透波功能的材料。对于高超声速飞行器而言，由于飞行条件恶劣，高温环境对目标表面材料的影响极其复杂，材料的电磁隐身性能、耐热稳定性、表面材料与基底材料的结合，以及材料的承载性能等都会受到高温作用影响，同时高低温交变也会对材料的使用性能产生严重影响，因此高超声速飞行器对材料的防热、承载及透波性能都有较高的要求。
[0005]相比于传统涂层隐身材料，结构化隐身技术能够突破材料电磁参数搭配的固有局限，具有广阔的可设计性以及多功能兼容性，近年来成为隐身
的前沿和热点。新型多功能一体化结构需具备宽频透波、防隔热、承载、隐身等多功能需求，但隐身结构的轻量化设计与宽频化设计在构型特征的要求上往往存在矛盾，因此发展多功能耦合结构优化设计理论，是实现宽频电磁隐身承载防隔热一体化结构轻量化和宽频化的重点和难点。
[0006]因此，目前高超声速飞行器结构从单一功能向多功能一体化方向发展，多功能结构不仅能够实现耐高温、强度高、环境稳定性好等特点，同时能够兼顾承力、宽频透波、隐身等功能，实现轻质高效结构设计，进一步提高结构效率。

技术实现思路

[0007]为克服高超声速飞行器在大气层内高速飞行时面临的极端环境条件，满足高超声速飞行器在恶劣环境下的通讯、制导、引爆等功能，本专利技术的目的是提供一种可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，将掺杂有吸波材料和磁性粒子的气凝胶与不同纤维复合，制备出复合气凝胶绝热纤维，作为复合隔热材料，使其具有优异的隔热性能、力学性能和宽频透波等综合性能，隔绝高温，吸收电磁波，提高隐身性能。将掺杂有吸波材料和磁性粒子的相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量，利用吸波材料和磁性粒子形成复合吸
波材料，提高阻抗匹配效果和有效吸波带宽，通过多种损耗机制协同作用强烈衰减电磁波能量，吸收电磁波，提高隐身性能。通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，在满足宽频隐身功能基础上兼顾防隔热、承载、轻量化需求得到最优图案布局，将芯子结构晶胞单元以填充和非填充的形式形成所述最优立体图案布局结构，结合多层材料的组装成型工艺，实现可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，在耐高温、高强度、环境稳定性好等特点的基础上，同时兼顾宽频吸波、隐身等功能，实现高超声速飞行器结构的多功能一体化。
[0008]本专利技术的目的是通过下述技术方案实现的。
[0009]本专利技术公开的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，包括防热透波面板、复合隔热材料、复合相变材料、芯子结构和绝热反射面板。将掺杂有吸波材料和磁性粒子的气凝胶与不同纤维复合，制备出复合气凝胶绝热纤维，作为复合隔热材料，使其具有优异的综合性能，实现隔绝高温、吸收电磁波，提高隐身性能。所述综合性能包括隔热性能、力学性能和宽频隐身性能。将掺杂有吸波材料和磁性粒子的相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量，利用吸波材料和磁性粒子形成复合吸波材料，提高阻抗匹配效果和有效吸波带宽，通过多种损耗机制协同作用强烈衰减电磁波能量，吸收电磁波，提高隐身性能。通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，在满足宽频隐身功能基础上兼顾防隔热、承载、轻量化需求得到最优图案布局，将芯子结构晶胞单元以填充和非填充的形式形成所述最优立体图案布局结构，结合多层材料的组装成型工艺，实现可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，在耐高温、高强度、环境稳定性好优点的基础上，同时兼顾宽频吸波、隐身功能，实现高超声速飞行器结构的多功能一体化。
[0010]所述防热透波面板主要起到防热、透波和低频吸波三重作用。作为优选，采用防热性能、承载能力和透波性能良好，同时兼具低频吸波性能的材料面板。
[0011]所述复合隔热材料是事先压制定型的复合隔热材料，主要起到绝热和吸波双重作用。即将掺杂有吸波材料和磁性粒子的气凝胶与不同纤维复合，制备出复合隔热材料，利用气凝胶具有极好的隔热性能和极低的密度，隔绝高温，同时由于气凝胶的多孔结构使其力学强度较低，通过与不同纤维复合，使其具有优异的综合性能；同时吸波材料和磁性粒子的混合使结构具有多种电磁损耗机制，通过多种方式耗散电磁波，提高隐身性能。
[0012]所述复合相变材料是事先压制定型的复合相变材料，主要起到吸热和吸波双重作用。即将掺杂有吸波材料和磁性粒子的相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量；同时磁性粒子提供磁损耗，吸波材料作为导电材料提供电损耗，磁性粒子和吸波材料形成复合吸波材料，耗散电磁波，提高隐身性能。
[0013]所述芯子结构主要起到承力和隔热双重作用。作为优选，当采用蜂窝芯子结构时，蜂窝芯子形状主要采用正六边形，其制造简单，用料节省，强度也较高，具有质量轻、强度大、刚度大的特点。正六边形蜂窝结构具有重量轻、弯曲刚度及强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音、隔热的优点，同时具有各向异性特征，通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，蜂窝芯子结构中的六边形晶胞单元以填充和非填充的形式形成所述最优立体图案布局结构，在满足结构强度、隔热效果的基础上，特殊的图案化结构提高整个蜂窝芯子结构吸波
材料的表面特性阻抗，减少界面的全反射，极大提高有效吸波带宽，反射损耗峰值也有所增加。在实现轻质化的同时，还有益于隔音降噪。
[0014]通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，在满足宽频隐身功能基础上兼顾防隔热、承载、轻量化需求得到最优图案布局，将芯子结构晶胞单元以填充和非填充的形式形成所述最优立体图案布局结构，作为优选，具体实现方法如下：采用卷积神经网络，将每一层的切片信息作为数据集，构建卷积神经网络，对切片图像进行预处理，进行切片图像的识别与分类并对闭合多边形区域进行标记，通过参数共享机制能够显著减少网络参数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：包括防热透波面板、复合隔热材料、复合相变材料、芯子结构和绝热反射面板；将掺杂有吸波材料和磁性粒子的气凝胶与不同纤维复合，制备出复合气凝胶绝热纤维作为复合隔热材料，使其具有优异的综合性能，所述综合性能包括隔热性能、力学性能和宽频隐身性能；将掺杂有吸波材料和磁性粒子的相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量，利用吸波材料和磁性粒子形成复合吸波材料，提高阻抗匹配效果和有效吸波带宽，通过多种损耗机制协同作用强烈衰减电磁波能量，吸收电磁波，提高隐身性能；通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，在满足宽频隐身功能基础上兼顾防隔热、承载、轻量化需求得到最优图案布局，将芯子结构晶胞单元以填充和非填充的形式形成所述最优立体图案布局结构，结合多层材料的组装成型工艺，实现可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，在耐高温、高强度、环境稳定性好优点的基础上，同时兼顾宽频吸波、隐身功能，实现高超声速飞行器结构的多功能一体化。2.如权利要求1所述的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：所述防热透波面板主要起到防热、透波和低频吸波三重作用；采用防热性能、承载能力和透波性能良好，同时兼具低频吸波性能的材料面板。3.如权利要求1所述的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：所述复合隔热材料是事先压制定型的复合隔热材料，主要起到绝热和吸波双重作用；即将掺杂有吸波材料和磁性粒子的气凝胶与不同纤维复合，制备出复合隔热材料，利用气凝胶具有极好的隔热性能和极低的密度，隔绝高温，同时由于气凝胶的多孔结构使其力学强度较低，通过与不同纤维复合，使其具有优异的综合性能；同时吸波材料和磁性粒子的混合使结构具有多种电磁损耗机制，通过多种方式耗散电磁波，提高隐身性能；所述复合相变材料是事先压制定型的复合相变材料，主要起到吸热和吸波双重作用；即将掺杂有吸波材料和磁性粒子的相变材料吸收到多孔结构中制备出成型稳定的复合相变材料，利用相变材料具有的高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量；同时磁性粒子提供磁损耗，吸波材料作为导电材料提供电损耗，磁性粒子和吸波材料形成复合吸波材料，耗散电磁波，提高隐身性能。4.如权利要求3所述的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：防热透波面板吸收热流/高温并向环境辐射热量，热量通过防热透波面板向蜂窝结构传递，当热量传递至芯子结构时，芯子结构中填充的复合隔热材料隔绝热量向下传递，起到热防护效果；当通过芯子结构向下传递额外的热量时，芯子结构内部填充的复合相变材料吸热达到相变温度，从固态变为液态/气态，通过相变吸收大量热量，过量的热负荷被相变材料吸收，实现热防护。5.如权利要求4所述的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：所述芯子结构主要起到承力和隔热双重作用；当采用蜂窝芯子结构时，蜂窝芯子形状主要采用正六边形，其制造简单，用料节省，强度也较高，具有质量轻、强度大、刚度大的特点；正六边形蜂窝结构具有重量轻、弯曲刚度及强度大、抗失稳能力强、耐疲劳、吸音、隔热的优点，同时具有各向异性特征，通过多功能耦合结构优化设计和图案化处理，蜂窝结构
中的六边形晶胞单元以填充和非填充的形式形成所述最优立体图案布局结构，在满足结构强度、隔热效果的基础上，图案化结构能够提高整个蜂窝结构吸波材料的表面特性阻抗，减少界面的全反射，极大提高有效吸波带宽，反射损耗峰值也有所增加；在实现轻质化的同时，还有益于隔音降噪。6.如权利要求5所述的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：所述绝热反射面板主要起到绝热和反射电磁波的作用；主要采用绝热能力、反射电磁波能力良好的热沉材料面板；为有效降低从防热透波面板传递至绝热反射面板的温度，吸收电磁波，提高承载性能，将复合隔热材料和复合相变材料依次填充于芯子结构内部，复合隔热材料填充于芯子结构内部上方，主要起到隔绝热量、吸收电磁波的功效，复合相变材料由于使用温度较低，填充于芯子结构内部下方；复合相变材料放在复合隔热材料下面，主要利用相变材料具有高相变潜热、高热容的储能特点来吸收热量，同时其中的复合吸波材料，耗散电磁波，提高隐身性能；当复合相变材料吸收过量的热量时，热量通过芯子结构向下传递至绝热反射面板，绝热反射面板采用热沉材料，吸收热量，使面板温度保持恒定。7.如权利要求6所述的可编码图案化防隔热/承载/宽频隐身多功能一体化结构，其特征在于：基于防热透波面板具有优良的透波性和低频吸波性能，当电磁波向防热透波面板传播时，低频电磁波被有效吸收，中高频电磁波穿过防热透波面板向芯子结构传播，在此过程中电磁波的反射率极低，可显著减少电磁波的反射；回波减少，降低雷达接收机所能够截获的电磁波的能量，使得雷达对目标的探测距离缩短，起到隐身作用；在芯子结构内部填充的复合隔热材料和复合相变材料，其中掺杂有大量的吸波材料和磁性粒子，磁性粒子提供磁损耗，吸波材料作为导电材料提供电损耗，吸波材料和磁性粒子形成复合吸波材料，具有很好的阻抗匹配效果以及宽频吸波能力；当电磁波透过防热透波面板向下传播时，复合吸波材料吸收中高频电磁波，提高隐身性能。当电磁波透过蜂窝结构向下传播至绝热反射面板时，此时剩余微量的电磁波受到反射，部分反射波与入射波干...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈彦飞，陈俊伟，王一光，吴静，张东升，方岱宁，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：