某型機(jī)氣象雷達(dá)罩漏水問(wèn)題分析

李洪波

摘 ? 要：隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，雷達(dá)罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達(dá)系統(tǒng)的功能，其中雷達(dá)罩的透波性是雷達(dá)罩一項(xiàng)重要指標(biāo)。用戶反映：當(dāng)?shù)剡M(jìn)入雨季后，某型機(jī)在飛行狀態(tài)氣象雷達(dá)探測(cè)距離縮短，飛行結(jié)束后打開(kāi)雷達(dá)罩檢查發(fā)現(xiàn)內(nèi)部出現(xiàn)大量水珠?，F(xiàn)對(duì)用戶反映問(wèn)題進(jìn)行分析討論，尋求最佳解決方案并對(duì)后續(xù)飛機(jī)實(shí)施改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)罩 ?介電常數(shù) ?透波性 ?防水性 ?改進(jìn)

中圖分類號(hào)：TJ85 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-098X（2020）05（a）-0011-02

1 ?引言

隨著現(xiàn)代高科技的發(fā)展，各種雷達(dá)大量應(yīng)用于飛機(jī)、導(dǎo)彈、航海等領(lǐng)域，雷達(dá)罩的運(yùn)用也日趨廣泛。雷達(dá)罩是電磁波的窗口，其作用是保護(hù)天線，防止環(huán)境對(duì)雷達(dá)天線工作狀態(tài)的影響和干擾，從而減少驅(qū)動(dòng)天線運(yùn)轉(zhuǎn)的功率，提高其工作可靠性，保證雷達(dá)天線全天候工作。雷達(dá)罩的存在，延長(zhǎng)了天線的使用壽命，簡(jiǎn)化了天線的結(jié)構(gòu)，減輕了結(jié)構(gòu)的重量。雷達(dá)罩作為雷達(dá)系統(tǒng)的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達(dá)系統(tǒng)的功能，其中雷達(dá)罩的透波性是雷達(dá)罩一項(xiàng)重要指標(biāo)。在設(shè)計(jì)時(shí)，首先選用低介電常數(shù)和低介質(zhì)損耗的材料，盡可能減小對(duì)雷達(dá)天線透波性的影響。

某型機(jī)（后面用“該機(jī)”代替）在陰雨天氣飛行時(shí)氣象雷達(dá)探測(cè)距離縮短，嚴(yán)重影響了飛行安全。在本文里將會(huì)對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行詳細(xì)分析，并給出最終處理方案及改進(jìn)措施，為此類問(wèn)題提供借鑒。首先結(jié)合目前雷達(dá)罩發(fā)展情況對(duì)該機(jī)雷達(dá)罩基本性能進(jìn)行簡(jiǎn)單說(shuō)明。

2 ?雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)及安裝形式

2.1 雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)形式

目前雷達(dá)罩有三種基本類型：薄壁結(jié)構(gòu)、半波長(zhǎng)或其倍數(shù)壁厚結(jié)構(gòu)和夾層結(jié)構(gòu)。夾層結(jié)構(gòu)分為A、B、C三種。A型夾層壁由三層組成。兩表層由介電常數(shù)較大的耐磨損材料組成;中間夾層由介電常數(shù)較小的材料組成，通常是泡沫材料或蜂窩材料。B型夾層結(jié)構(gòu)和A型相似，但其表層及夾心的介電常數(shù)值正好和A型相反。C型夾層是對(duì)稱排列的五層結(jié)構(gòu)，實(shí)際上相當(dāng)于2個(gè)A型夾層合在一起。

該機(jī)雷達(dá)罩結(jié)構(gòu)形式選用A型加層結(jié)構(gòu)并在雷達(dá)罩外表面增加了表面防雨蝕涂層

2.2 雷達(dá)罩安裝形式

該機(jī)雷達(dá)罩頂部利用雷達(dá)罩接頭與機(jī)體連接，在開(kāi)啟時(shí)雷達(dá)罩可繞轉(zhuǎn)軸旋轉(zhuǎn)（見(jiàn)圖1）;兩側(cè)利用的四把鎖扣與機(jī)體固定連接;在雷達(dá)罩端面裝有密封帶，密封帶在構(gòu)造水平線以上要求與機(jī)體完全貼合并形成2～3mm的壓縮量，雷達(dá)罩根部制有兩個(gè)Φ5漏水孔;同時(shí)，在該機(jī)前端框面安裝有U形防水槽。

3 ?雷達(dá)罩表面涂層及使用材料

3.1 雷達(dá)罩表面涂層

該機(jī)雷達(dá)罩外表面噴涂有環(huán)氧聚酰胺清漆和彈性聚氨酯磁漆，總厚度約200μm。涂層具有良好的柔韌性，在玻璃纖維增強(qiáng)塑料表面的剝離強(qiáng)度大于40N/cm，耐油性和耐濕熱性良好，在濕熱箱中經(jīng)21d無(wú)明顯變化;耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于樹(shù)脂型涂層。經(jīng)實(shí)際使用，涂層具有優(yōu)異的抗雨蝕效果，在民航客機(jī)的雷達(dá)罩上經(jīng)4000h飛行，完好無(wú)損。

3.2 雷達(dá)罩使用材料

（1）內(nèi)、外玻璃鋼表面采用無(wú)堿玻璃布、樹(shù)脂固化形成。

（2）玻璃蜂窩芯層采用無(wú)堿玻璃布、樹(shù)脂、玻璃蜂窩固化形成;玻璃蜂窩壁厚為0.1mm、邊長(zhǎng)為4.5mm的正六邊形。

4 ?問(wèn)題分析

據(jù)當(dāng)?shù)乜涨谌藛T反映：自進(jìn)入雨季以來(lái)，在該機(jī)場(chǎng)多架飛機(jī)在飛行中均出現(xiàn)氣象雷達(dá)探測(cè)距離縮短的現(xiàn)象，氣象雷達(dá)有效工作距離僅為5海里，5海里外無(wú)任何顯示。在歷次飛行結(jié)束后，打開(kāi)多架飛機(jī)雷達(dá)罩檢查均發(fā)現(xiàn)大量水珠，對(duì)該機(jī)雷達(dá)罩進(jìn)行晾曬，或吹干處理后，地面調(diào)試氣象雷達(dá)運(yùn)行正常。

查閱常見(jiàn)物質(zhì)電常數(shù)表可知：水的介電常數(shù)最高，達(dá)到81。當(dāng)雷達(dá)罩受潮或罩內(nèi)出現(xiàn)水珠將會(huì)直接影響雷達(dá)罩透波性下降，導(dǎo)致雷達(dá)探測(cè)距離縮短，危及飛行安全。

由于雷達(dá)罩使用材料決定了雷達(dá)罩具有一定的吸水性。在晴天隨著晝夜溫差變化，雷達(dá)罩內(nèi)會(huì)出現(xiàn)少量冷凝水使雷達(dá)罩受潮;在陰雨天氣，雷達(dá)罩內(nèi)則表現(xiàn)更為嚴(yán)重。雷達(dá)罩內(nèi)是不是由空氣中的水汽形成水珠？

可以做這樣的推算：首先，可以通過(guò)當(dāng)?shù)販囟?、相?duì)濕度及氣壓估算出雷達(dá)罩內(nèi)空氣中包含水蒸汽的質(zhì)量;其次，參考GB 1462-81《玻璃鋼吸水性試驗(yàn)方法》對(duì)雷達(dá)罩采用的各種材料的吸水性進(jìn)行試驗(yàn)可得知單位面積吸水質(zhì)量;最后，經(jīng)過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)整理計(jì)算可以估算出雷達(dá)罩一天內(nèi)可吸收凝結(jié)水的最大質(zhì)量，可進(jìn)一步做出判斷。

上述問(wèn)題暫無(wú)相關(guān)數(shù)據(jù)證明，故在此不做過(guò)多分析。假設(shè)雷達(dá)罩內(nèi)水珠是由外界液態(tài)水進(jìn)入形成。這樣需要解決兩點(diǎn)疑問(wèn)：一、尋找外界液態(tài)水水源;二、根據(jù)液態(tài)水源，尋找液態(tài)水進(jìn)入通道？

飛機(jī)在飛行、停放過(guò)程中，未曾發(fā)現(xiàn)有人為性水源;雨水則成為雷達(dá)罩出現(xiàn)水珠最直接的唯一的外界液態(tài)水源。

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，液態(tài)水進(jìn)入雷達(dá)罩的可能通道有三處：

（1）雨水由雷達(dá)罩安裝面進(jìn)入。雷達(dá)罩與機(jī)體采用非氣密對(duì)接，在裝配過(guò)程中容易出現(xiàn)縫隙，在雷達(dá)罩設(shè)計(jì)中考慮到雨水會(huì)由此進(jìn)入的問(wèn)題，因而在雷達(dá)罩安裝時(shí)對(duì)接面加裝密封條帶，在與機(jī)體對(duì)接后密封條帶形成一定的壓縮量，增加其防水性;對(duì)進(jìn)入雷達(dá)罩的雨水則由加裝在機(jī)體上的U形防水槽流向雷達(dá)罩底部，經(jīng)底部漏水孔排出。假如雷達(dá)罩密封條帶在飛機(jī)構(gòu)造水平線以上部分與機(jī)體不能完全貼合，或者密封帶因老化而造成壓縮量不足，都將導(dǎo)致有雨水進(jìn)入。對(duì)現(xiàn)場(chǎng)飛機(jī)測(cè)量發(fā)現(xiàn)，在雷達(dá)罩接頭附近密封帶未能完全貼合，局部存在壓縮量不足的現(xiàn)象。

（2）雨水由雷達(dá)罩底部漏水孔進(jìn)入。由于雷達(dá)罩要保證飛機(jī)理論外形，并要求較小迎風(fēng)阻力，因而雷達(dá)罩外形被設(shè)計(jì)成了錐形曲面，漏水孔處在錐體根部。在靜止?fàn)顟B(tài)，雷達(dá)罩內(nèi)積水可由漏水孔順利排除;但在飛行狀態(tài)，迎風(fēng)氣流的作用下對(duì)漏水孔形成一定沖擊，阻礙了積水排出，同時(shí)會(huì)有少量氣流由漏水孔進(jìn)入雷達(dá)罩，將積水吹起，形成水霧。如果遇到雨水天氣，迎風(fēng)氣流將會(huì)夾雜雨水由漏水孔進(jìn)入。

（3）雨水由雷達(dá)罩表面涂層破壞導(dǎo)致雨水滲入。雷達(dá)罩長(zhǎng)時(shí)間使用，表面涂層可能遭到各種破壞，如：雨水腐蝕、飛蟲(chóng)撞擊等，出現(xiàn)毛細(xì)孔，雨水可由表面損傷部位滲透進(jìn)入雷達(dá)罩。

5 ?處理方案及改進(jìn)措施

5.1 處理方案

（1）雷達(dá)罩安裝面處理方案。

更換密封帶?？紤]到密封帶使用時(shí)間較長(zhǎng)，可能存在損傷、老化跡象，因而決定更換，并確保密封帶與框平面貼合。

（2）雷達(dá)罩漏水孔處理方案。

在漏水孔外部增加外罩。在飛機(jī)飛行狀態(tài)改變迎風(fēng)氣流在雷達(dá)罩底部流線，避免來(lái)流對(duì)漏水孔形成沖擊和雨水的進(jìn)入;同時(shí)，利用來(lái)流在外罩內(nèi)部形成的低壓區(qū)，加速內(nèi)部空氣流動(dòng)，起到快速排除積水的作用。

（3）雷達(dá)罩表面涂層處理方案。

對(duì)雷達(dá)罩玻璃進(jìn)行修復(fù)，表面重新噴漆。將雷達(dá)罩玻璃鋼罩體內(nèi)存留的濕氣徹底排除，利用彈性聚氨酯磁漆將表面存在的各種毛細(xì)孔堵塞。

5.2 改進(jìn)措施

由于雷達(dá)罩內(nèi)水氣（或水分）導(dǎo)致介電常數(shù)升高，雷達(dá)罩透波性下降，因而改進(jìn)雷達(dá)罩性能主要從兩個(gè)方面進(jìn)行考慮：

（1）抑制雷達(dá)罩內(nèi)空氣中水汽的凝結(jié)或加速凝結(jié)水的排出。

（2）阻止液態(tài)水進(jìn)入雷達(dá)罩或?qū)⑦M(jìn)入的液態(tài)水固定在雷達(dá)罩工作區(qū)域以外。

實(shí)施改進(jìn)將從下面幾個(gè)途徑進(jìn)行：

①結(jié)構(gòu)改進(jìn)：a）在前端框逆航向沿周圈粘貼橡膠板，將以前的橡膠-金屬接觸更改為橡膠-橡膠接觸，有助于提高雷達(dá)罩安裝密封性;b）沿密封帶周圈在內(nèi)側(cè)增加吸水材料（見(jiàn)圖2），對(duì)進(jìn)入雷達(dá)罩空氣進(jìn)行干燥、過(guò)濾，將空氣中的水分及部分雨水固定在雷達(dá)的工作區(qū)域以外，避免對(duì)雷達(dá)波產(chǎn)生影響。c）在雷達(dá)罩漏水孔處加裝外罩。

②系統(tǒng)改進(jìn)：雷達(dá)罩加裝空氣循環(huán)系統(tǒng)。在雷達(dá)罩內(nèi)加裝濕度傳感器，對(duì)罩內(nèi)濕度進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，當(dāng)濕度達(dá)到臨界狀態(tài)（可預(yù)先設(shè)置）時(shí)，將數(shù)據(jù)以信號(hào)燈的形式傳遞到駕駛艙;當(dāng)駕駛員看到信號(hào)燈亮起后，打開(kāi)環(huán)控管路控制按鈕，該條管路由空調(diào)系統(tǒng)接入雷達(dá)罩內(nèi)，利用環(huán)控空調(diào)系統(tǒng)提供的氣源，對(duì)雷達(dá)罩內(nèi)進(jìn)行充氣加速空氣循環(huán)，改善內(nèi)部濕度。

③涂層改進(jìn)：使用新型表面涂層，減少雷達(dá)罩吸潮現(xiàn)象的發(fā)生;對(duì)雷達(dá)罩內(nèi)表面進(jìn)行噴涂面層，縮短凝結(jié)水在玻璃布粗糙表面停滯時(shí)間。

6 ?結(jié)語(yǔ)

隨著現(xiàn)代飛機(jī)發(fā)展，機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)穩(wěn)定性要求在不斷提高;為確保雷達(dá)系統(tǒng)的穩(wěn)定性，提高雷達(dá)罩的環(huán)境適應(yīng)能力則勢(shì)在必行。

參考文獻(xiàn)

[1] 余景春.地面用雷達(dá)罩的發(fā)展[J].玻璃鋼/復(fù)合材料，2001（9）：123.

[2] 宮兆合.高性能機(jī)載雷達(dá)罩材料的研究進(jìn)展[J].工程塑料應(yīng)用，2002（12）：98.

[3] 梁國(guó)正.用于高性能雷達(dá)罩的樹(shù)脂基體的研究[J].宇航材料工藝，1996（6）：94.

[4] 中國(guó)航空材料手冊(cè)[Z].1989.6.