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某型号导弹天线罩主要参数分析与设计

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王德细杨晓明

摘要：本文对某型号导弹天线罩的组成、材料选择、壁厚设计、传输效率、瞄准误差斜率等主要参数进行了总体论述，同时分析了天线罩设计的关键点，达到某型号天线罩设计要求，对天线罩的总体设计有一定的指导意义。

关键词：天线罩；分析；设计

1引言

导弹天线罩（以下简称：天线罩）的发展与航天事业以及导弹本身的发展相关，美国最早于1941年研发出了有机玻璃半球形天线罩。50年代初，波音公司开始了玻璃纤维天线罩的研制，形为卵形，采用缠绕成型，电气设计采用半波壁结构。50年代中期，美国研发了三氧化二铝陶瓷、微晶玻璃材料制成的天线罩，如麻雀Ⅲ天线罩。60年代，美国研制了新的热防护材料，取得了泥浆浇注熔石英材料的新成果，这种材料介电损耗低，具有低的热膨胀系数和高的抗热冲击性能，适合于高速飞行的导弹，该材料研制成功后，美国、意大利等国的天线罩均采用这种材料，如美国的爱国者导弹、意大利的阿斯特派导弹。

2天线罩功能与组成

天线罩的功能是承受气动载荷、温度载荷和过载并保证雷达导引头的直波、回波能高效通过。因此，天线罩的功率传输系数、瞄准线误差及瞄准线误差斜率等性能参数的优劣将直接影响雷达导引头的功能，从而影响导弹的作用距离、脱靶量和稳定性。天线罩主要由罩体、连接环组件和高性能胶粘剂组成。

3罩体材料选择

罩体材料的选择是天线罩设计的关键之一，罩体必须具备良好的电气性能和良好的机械性能并满足武器系统的工作环境要求。因此，罩体材料的选择主要有以下几个条件：

a）电磁波通过罩体的传输损耗尽量小且方向图畸变小；

b）具有良好的机械性能；

c）能够满足热、过载、雨蚀等环境要求；

d）工艺性良好。

3.1介电性能

天线罩的瞄准误差、传输特性等参数与材料的介电性能相关。介电性能又受材料的主晶相介电常数和气孔率影响，通过控制陶瓷材料的气孔率来控制介电常数，气孔率与介电常数的关系如公式（1）所示。

（1）

式中ε0——气孔率为0时材料的介电常数；

p——气孔率；

ε——气孔率为时的介电常数。

天线罩材料的介电常数随着气孔率提高而下降，与此同时材料的密度也会随着气孔率的提高会下降，尽管电气性能得到提高，但会导致材料的力学性能和防热、抗烧蚀性能下降，一般气孔率不会超过10%。

3.2机械性能

天线罩承受着气动力，为保证天线罩的结构特性，天线罩材料必须具有足够的抗弯强度及适当的弹性模量。陶瓷基复合材料的机械性能一般用抗弯强度来表征，陶瓷基复合材料的抗弯强度与相的分布、晶粒的大小、气孔率、杂质以及表面和内部的缺陷有关。气孔率对陶瓷材料强度的关系见公式（2）所示。

（2）

式中，σ——气孔率为p时的强度；

σ0——气孔率为0时的强度；

p——气孔率；

n——常数。

3.3陶瓷基复合材料数据对比分析

现代防空导弹常用材料主要有4大类，氧化铝陶瓷、石英陶瓷基复合材料、低介电氮化硅复合材料及纤维增强陶瓷基复合材料。石英陶瓷材料具有低介电常数、低损耗角正切和低的膨胀系数，介电常数稳定，工艺简单成熟；一般适用于5马赫以下的型号；氧化铝陶瓷的抗热冲击性能差，介电常数随温度变化，主要用于3马赫以下的型号；低介电氮化硅陶瓷具有较高的原子结合强度，具有耐高温特性和高强度特性，作为天线罩材料既有石英陶瓷优良的电性能优点，又有氧化铝陶瓷高强度的优点，但其工艺比较复杂，成本是石英陶瓷材料的2倍，可以用于5～8马赫的型号；纤维增强陶瓷基复合材料机械性能及电气性能都比较优越，具有强度大、韧性好、可靠性高的突出优点，但是其工艺成型不是非常成熟，经济成本较高，主要用于大马赫导弹。综上分析，将某型号导弹天线罩选为石英陶瓷天线罩，对天线罩罩体的材料性能要求如下：

a）石英陶瓷罩体密度：1.8～1.95g/cm3；

b）弯曲强度：不小于55MPa；

c）弹性模量：不小于30GPa；

d）导热系数：不大于1.2W/m·k；

e）外形轮廓度：不大于0.15mm；

f）重量：4.0±0.2kg。

4罩体主要电性能参数分析设计

4.1罩体壁面的主要结构形式

罩体壁面结构形式一般可分为：均匀单层、A型夹层、B型夹层、C型夹层、多层结构。

（1）均匀单层结构

单层结构有两种，一种为壁厚远远小于介质波长，称为薄壁结构；另一种壁厚为介质波长一半的整数倍，称为半波壁厚结构。

（2）A型夹层结构

A型夹层结构是由两层比较致密的薄的表面层和低介电常数、低损耗角正切、低密度的中间层组成，这种结构形式具有较高的强度和质量比。

（3）B型夹层结构

B型夹层结构与A型夹层结构相反，表面层采用介电常数低的介质材料，而中间芯层采用较致密的高介电常数材料，为保证匹配，中间层介电常数为外层介电常数的均方值。

（4）C型夹层结构

C型夹层结构由两个A型夹层结构组