一种电磁-热兼容的吸波材料及其设计方法

本发明涉及雷达隐身领域，具体为一种电磁-热兼容的吸波材料及其设计方法。

背景技术：

1、在现代高科技战争环境下，敌方的雷达系统和各种武器系统将会使战场变得非常危险。雷达隐身技术在现代战争起着非常重要的作用，可以减小军事目标在雷达上的探测距离，提高军事目标的隐蔽性，是部队提高作战能力，增加生存能力，以及保障持续性作战的关键手段。

2、吸波材料是雷达隐身技术中的一种关键材料，其主要工作原理是吸收电磁波，并且将电磁波能量转换为热能，从而实现飞行器的隐身效果。飞行器在服役过程中，当天线发射功率密度达到几十千瓦每平方米量级时，吸波材料会吸收电磁能，发散出大量的热量，导致吸波材料温度急剧上升，此时吸波材料较差的散热性能导致的高温问题不仅会对飞行性能产生显著的影响，还可能导致飞行器结构的损坏和烧毁。于是，对于吸波材料的设计，除了考虑其优异的电磁波吸收性能外，还需要对其产生的热量进行管理，以确保吸波材料的正常工作和飞行器的安全运行。

3、现有技术中有研究人员提出了添加导热材料，使用多种复合材料以及添加隔热层的方法来设计导热吸波材料，如cn202211450939:一种适用于宽带的吸波导热周期结构，通过在过孔中添加导热材料，使吸波材料在厚度方向上形成宏观的导热通路，增加了吸波材料的等效热导率，实现散热效果的提升；此种结构缺点是额外添加了导热材料，增加了吸波材料设计的复杂度。cn201821299818:散热吸波材料复合结构，使用碳纤维吸波复合材料层、高分子吸波复合材料层和纳米吸波复合材料层的复合结构，高效传导热量，但是没有兼顾考虑吸波性能。cn201811474249：一种兼容耐温性能与力学性能的超宽频吸波结构及其制备方法，使用陶瓷基耐高温复合吸波材料，实现对高频电磁波地有效吸收和隔热降温，吸波层和隔热层分离，吸波材料层数较多，结构复杂。这些设计虽然对吸波材料的导热、耐温性能做出了提升，但是都没有考虑到吸波材料的电磁-热兼容设计。

技术实现思路

1、针对上述存在问题或不足，为解决吸波材料在高效吸收电磁波能量后温度急剧上升的问题，本发明提供了一种电磁-热兼容的吸波材料及其设计方法，通过将吸波材料进行梯度渐变设计，利用材料电磁参数的梯度，调控整体吸波材料不同位置上的能量损耗密度，在兼顾材料吸波性能的同时，使吸波材料在大功率天线工作条件下的热量分布更加均匀，材料整体的最高温度更低。

2、为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种电磁-热兼容的吸波材料，为结构隐身材料，其载体涂覆的吸波材料为n种，n≥2，n种吸波材料从载体的高度方向按照电磁参数呈梯度变化分为n段依次涂覆。

4、一种电磁-热兼容的吸波材料的设计方法，具体步骤如下：

5、步骤1、吸波材料初步梯度渐变设计：

6、将结构隐身材料同等涂覆高度h的单一种类吸波材料改为n种吸波材料，根据n种吸波材料电磁参数大小(介电常数、磁导率)按照梯度的方式排布为n段；对应有h＝h1+h2……hn。

7、步骤2、建模优化：

8、在电磁仿真软件和多物理场仿真软件中对步骤1初步确定的n种梯度渐变的吸波材料进行建模。根据所建模型通过仿真软件调整h1,h2……hn大小以及n种吸波材料的种类，进一步优化确认最终电磁-热兼容的吸波材料的全部参数。

9、吸波材料的电磁仿真与性能评估：利用电磁仿真软件对步骤2中建立的模型进行电磁性能仿真(反射率、rcs)，评估单一吸波材料和梯度渐变吸波材料的宽带/宽角电磁性能，对比得出梯度渐变吸波材料的电性能优于单一吸波材料。

10、吸波材料的热仿真与性能评估：利用多物理场仿真软件对步骤2中建立的模型进行热性能仿真(温度场分布)，评估单一吸波材料和梯度渐变吸波材料的单频点热性能，对比得出梯度渐变吸波材料的最高温度比单一吸波材料低很多，梯度渐变吸波材料的热性能远优于单一吸波材料。

11、综上所述，本发明针对大功率电磁波照射下结构隐身材料的吸波材料内部发热严重问题，通过将单一吸波材料进行n种吸波材料的电磁参数梯度渐变设计，使得整体隐身材料在保证电磁性能的前提下吸波材料内部温度更低，同时满足了电磁波高效吸收能力和良好散热能力，以确保隐身材料的正常工作和设备的安全运行。且本发明结构简单、易于实现，在隐身吸波材料的热管理中具有极大的优势。

技术特征：

1.一种电磁-热兼容的吸波材料，为结构隐身材料，其特征在于：结构隐身材料载体涂覆的吸波材料为n种，n≥2，n种吸波材料从载体的高度方向按照电磁参数呈梯度变化分为n段依次涂覆，电磁参数为介电常数和磁导率。

2.如权利要求1所述电磁-热兼容的吸波材料，其特征在于：所述梯度变化从载体端开始电磁参数逐渐变小。

3.如权利要求1所述电磁-热兼容的吸波材料的设计方法，其特征在于，具体步骤如下：

技术总结
本发明涉及雷达隐身领域，具体为一种电磁‑热兼容的吸波材料及其设计方法。本发明通过将单一吸波材料进行n种吸波材料的电磁参数梯度渐变设计，调控整体吸波材料不同位置上的能量损耗密度，使其内部发热和散热更加均匀，整体温度分布更加均匀，使得整体隐身材料在保证电磁性能的前提下吸波材料内部温度更低，同时满足了电磁波高效吸收能力和良好散热能力，有效应对大功率电磁波照射下结构隐身材料的吸波材料内部发热严重问题，以确保隐身材料的正常工作和设备的安全运行。且本发明结构简单、易于实现，在隐身吸波材料的热管理中具有极大的优势。

技术研发人员：韩天成,岳修立,王云,周佩珩,梁迪飞,邓龙江
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13