用于減小運載工具的紅外和雷達特征的方法和設備技術

一種蜂窩結構（圖４），固者在一背板（圖５）特別是一飛行器上，其中蜂窩結構填充有紅外線吸收材料（圖２）以降低飛行器的雷達和熱特征。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現步驟摘要】

本專利技術總地涉及減小運載工具的紅外和雷達特征的方法，尤其涉及利用絕緣和吸收性材料來減小從運載工具特定方位發出的紅外輻射量以及從該方位反射的雷達信號。
技術介紹
軍事行動中所涉及的運載工具需要減小它們被對方軍隊發現的可能性。這種需求存在于現代軍隊用來偵查敵方和瞄準敵方的所有方法中。這種方法的示例包括視覺偵查、音頻偵查、主動和被動雷達以及紅外偵查。避免被偵查到的這種需求對于飛行器，如飛機和直升機來說尤其關鍵，它們被敵方空中和地面部隊利用任何或所有上述偵查方法所瞄準的可能性較高。為減小飛行器的紅外特征的目的，已經研制了多種方法。這些方法包括利用特殊的排氣管道和屏蔽來減小排氣的熱特征，并且在飛行器的外表面上加上紅外絕緣和吸收性材料。雖然這些方法在得到正確采用時非常有效，但是這些方法中每一種都存在缺陷。在大多數情況下，將絕緣紅外和吸收紅外的材料添加到飛行器的外蒙皮上也表示飛行器重量的顯著增加，并且可能會于飛行器的空氣動力學相干涉，減弱了飛行器的性能和航程。相對于減小飛機的雷達特征的目的，可以優化飛機的表面形狀以及飛機表面上的材料來減小雷達特征。不幸的是，附加的雷達吸收材料使它們承受附加的重量，并且為了雷達特征最小而優化的形狀通常呈現出不太理想的空氣動力學特性。重要的是要意識到目前減小紅外和雷達特征的各種技術通常相互排斥。在很多情況下，試圖減小一個所關注區域內的特征實際上會增大另一區域內的特征。
技術實現思路
本專利技術提供了一種重量輕的結構，該結構用來實現減小的紅外和雷達特征，同時對運載工具增加很小的或不增加重量。同樣，本專利技術可以對現有技術系統作出顯著性改進。能夠利用本專利技術的這種類型的運載工具的一種示例是軍用直升機，但是決不是將本專利技術的精髓和范圍限定于任何一種特定運載工具。本專利技術的教導對于需要在紅外發射和微波反射方面加以減弱的任何運載工具都是有益的。本專利技術涉及在飛機的復合蒙皮內利用熱絕緣體與雷達吸收的蜂窩結構的獨特組合。根據本專利技術，氣凝膠引入到通常充滿空氣的蜂窩結構的各個小室中。在特定情況下，氣凝膠取代固態填料。以在此描述的方式用氣凝膠與雷達吸收的蜂窩結構相結合，可以在飛機重量方面差異可忽略的情況下實現減小飛機特征的明顯改進。通過在復合夾層結構中正確采用蜂窩結構，可以為飛機外表面提供顯著的結構完整性。同樣，蜂窩結構并非是“死重”。雖然處于結構上的目的通常不采用氣凝膠，但是它們具有顯著的優點，即對于給定體積重量非常輕。此外，氣凝膠是非常好的絕緣體，從而相對少量的氣凝膠并因此相對小質量的氣凝膠就可以在熱性能方面提供相當大的改善。本專利技術的其他顯著優點在于運載工具的紅外特征和雷達特征可以同時予以減小，而不會在這些所關注的領域中產生任何不利影響。附圖說明為了更全面地理解本專利技術的特征和優點，與附圖一起參考本專利技術的詳細描述，其中不同附圖中的相應附圖特征標識相應的零件，并且圖中圖1是根據本專利技術一個實施例的雷達吸收的蜂窩結構壁板的透視圖，其中各個小室中完全填充氣凝膠；圖2是圖1的蜂窩結構壁板的特寫透視圖；圖3是根據本專利技術一個實施例的雷達吸收的蜂窩結構壁板的透視圖，其中各個小室中半填充氣凝膠；圖4是圖3的蜂窩結構壁板的特寫透視圖；圖5是根據本專利技術一個實施例的雷達吸收的蜂窩結構壁板的透視圖，其中各個小室中半填充氣凝膠； 圖6是圖5的蜂窩結構壁板的特寫透視圖；圖7是可用于測試本專利技術的蜂窩結構壁板的熱性能的實驗室試驗臺的透視圖；圖8是圖7所示的黑體熱源和溫度控制器的特寫透視圖；圖9是圖7的實驗室試驗臺的透視圖，示出根據本專利技術的蜂窩結構壁板固定到黑體熱源的前部；圖10是圖9所示的黑體熱源和溫度控制器的特寫透視圖，且蜂窩結構壁板固定到黑體熱源的前部；圖11是蜂窩結構壁板與黑體熱源相對的前側的熱成像的計算機截屏圖；圖12是小室內沒有氣凝膠的蜂窩結構壁板的前側的熱成像的一組計算機截屏圖；圖13是小室25％填充氣凝膠的蜂窩結構壁板的前側的熱成像的一組計算機截屏圖；圖14是小室50％填充氣凝膠的蜂窩結構壁板的前側的熱成像的一組計算機截屏圖；圖15是小室75％填充氣凝膠的蜂窩結構壁板的前側的熱成像的一組計算機截屏圖；圖16是小室100％填充氣凝膠的蜂窩結構壁板的前側的熱成像的一組計算機截屏圖；以及圖17是小室中的一半是100％填充氣凝膠且一半是空的蜂窩結構壁板前側的熱成像的一組計算機截屏圖。具體實施例方式在下面詳細描述本專利技術各個實施例的實現和應用的同時，應該理解到本專利技術提供了多個可行的專利技術概念，它們可以在廣泛的領域內實施。在此討論的特定實施例僅僅是以特定方式對實現和應用本專利技術的舉例說明，而并不限定本專利技術的范圍。圖1是根據本專利技術一個實施例的具有蜂窩結構的雷達吸收壁板和下蒙皮組件的透視圖，其中，蜂窩結構的各個小室完全填充有氣凝膠。圖2是圖1的蜂窩結構和下蒙皮組件的特寫透視圖。如圖1和圖2所示，蜂窩結構是由單個小室的陣列構成。小室優選地具有六邊形橫截面；然而，應該理解到各個小室可以具有不同幾何形狀的橫截面。而且，根據所希望達到的效果，蜂窩結構可以由具有不同橫截面形狀和尺寸的小室形成。另外，各個小室可以具有不同的小室幾何形狀，包括普通擴展的、過擴展的、欠擴展的幾何形狀以及彎曲的小室幾何形狀。小室以一種或多種形式填充氣凝膠，包括粒狀形式。氣凝膠可以預成形，具有與蜂窩結構的各個小室的橫截面形狀相對應的橫截面形狀，或者氣凝膠可以為松散的粒狀形式。對于氣凝膠為粒狀形式的那些用途，氣凝膠可以用粘結劑(binder)保持到一起。顆粒可以在小室內自由移動，或者顆粒可以緊密地填塞在小室內。用氣凝膠填充小室的其他優點在于小室可以在不犧牲結構完整性的前提下做得更大，并且小室數量上的減少通常導致運載工具重量的整體減小。氣凝膠的類型可以隨用途不同而有所變化。多種氣凝膠為本領域技術人員所知。適宜的氣凝膠的特定示例包括硅石、氧化鋁、氧化鋯氣凝膠。每個小室中填充氣凝膠的部分根據用途而有所變化。可以利用多種工藝中的任一種，例如包括粒狀氣凝膠的過篩(sifting)、振蕩(shaking)或耙刮(raking)，可以對蜂窩結構中選出的各個小室填充氣凝膠。根據所期望的用途，蜂窩結構可以由本領域技術人員已知的多種材料中的任一種制成。這些材料包括但不限于Nomex、玻璃纖維、Kevlar和Korex。在特定用途中，小室可以部分填充有氣凝膠，且部分填充有附加的雷達吸收和/或吸收紅外線的材料。雖然雷達吸收是通過形成蜂窩結構的側壁的材料所實現的，但是這種材料通常是一種差的熱絕緣體。用雷達吸收材料局部填充小室是有利的，這是由于通過將蜂窩結構層的小室做得較大并且向氣凝膠加入雷達吸收材料，可以保持結構完整性，減小熱傳導性，并且可以保持或增強雷達吸收能力。例如，通過向氣凝膠中加入石墨碳，可以顯著改善壁板的雷達吸收特性。此外，可以理解到可以向氣凝膠中加入各種材料來改善壁板的選定特定，如導電性、熱傳導性、雷達吸收性等等。通過選擇性地將不同材料結合到蜂窩結構的各個小室內，可以為特定用途選擇性調整壁板的總體特性。在用氣凝膠和/或其他材料的選定組合來將所選擇的蜂窩結構小室填充到所需程度之后，將上蒙皮添加到蜂窩結構的頂部上來完成壁板。然后該組件得以固化。蒙皮材料可以隨著用途不同而有所變化。適宜的材料的示例包括玻璃纖本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種用于運載工具的壁板，包括：下蒙皮；上蒙皮；由單個小室的陣列所形成的蜂窩結構，該小室具有選定的橫截面面積，并且該蜂窩結構設置在內蒙皮和外蒙皮之間；以及絕熱材料，該絕熱材料設置在蜂窩結構的單個小室內； 其中，蜂窩結構減小運載工具的雷達特征，并且絕熱材料減小運載工具的紅外特征。

【技術特征摘要】
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【專利技術屬性】
技術研發人員：布賴恩A賴利，羅伯特A謝波德，
申請(專利權)人：貝爾直升機泰克斯特龍公司，
類型：發明
國別省市：US[美國]