DE4006352A1 - Radar absorber for aircraft or spacecraft - has dielectric properties variable using alternate high and low conductivity layers - Google Patents

Abstract

The radar absorber comprises alternate layers of highly conductive film (F) of combined fibre material without filling and layers of lower conductivity (intermediate layers 2) comprising either a core material, or part core material part fibre. The core material may be a plastic honeycomb or matrix or synthetic foam with a filler of balls or short fibres of glass, ceramic, carbon or plastic which may be filled or hollow. The dielectric properties may also be varied by conductive layering of the filling material of the honeycomb.

Description

Die Erfindung betrifft einen Radarabsorber nach dem Oberbegriff des An­ spruchs 1.The invention relates to a radar absorber according to the preamble of the saying 1.

Solche aus Folien und Zwischenschichten bestehenden Radarabsorber sind aus der DE-AS 12 80 997 bekannt. Die dort für die Folien verwendeten Materialien (z. B. imprägnierte Papiere) sind jedoch nicht für tragende Strukturen geeignet.Such radar absorbers consisting of foils and intermediate layers are known from DE-AS 12 80 997. The materials used there for the foils (e.g. impregnated papers) are, however, not for load-bearing structures suitable.

Aus der US-PS 41 62 496 sind Radarabsorber des Folien-Zwischenschichtentyps bekannt, deren Folien aus Faserverbundwerkstoff hergestellt sind. Damit wird eine ausreichende Festigkeit für Strukturbauteile erreicht. Bei den dort offenbarten Absorbern sind allerdings Füllstoffe in die Folien eingebracht, was zu einer Schwächung gerade der tragenden Schichten führt.From US-PS 41 62 496 are radar absorbers of the film interlayer type known, whose films are made of fiber composite material. This ensures sufficient strength for structural components. At however, the absorbers disclosed there are filled with fillers, which leads to a weakening of the load-bearing layers.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, einen Radarabsorber vorzuschlagen, der gleichzeitig als tragende Stuktur in der Luft- und Raumfahrt verwendbar ist. The object of the invention is therefore to propose a radar absorber can also be used as a supporting structure in the aerospace industry.  

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst von einem Radarabsorber mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Ausführungen der Erfindung sind Gegen­ stände von Unteransprüchen.This object is achieved by a radar absorber the features of claim 1. Embodiments of the invention are opposed levels of subclaims.

Die Erfindung wird anhand vier Figuren näher erläutert. Alle Figuren zeigen schematisch erfindungsgemäße Radardabsorber.The invention is illustrated by four figures. All figures schematically show radar absorbers according to the invention.

Fig. 1 zeigt einen aus drei Schichten bestehenden Radarabsorber, wobei die für den einfallenden Radarstrahl (Pfeil) erste Schicht eine Folie (F) ist. Die zweite Schicht ist eine Zwischenschicht Z, an die sich wiederum als dritte Schicht eine Folie F anschließt. Die Dicken der Schichten F und Z sind im weiten Rahmen beliebig einstellbar und in der Figur nicht maßstäblich gezeichnet. Fig. 1 shows a three layer radar absorber, wherein the first to the incident radar beam (arrow) layer is a film (F). The second layer is an intermediate layer Z, which in turn is followed by a film F as the third layer. The thicknesses of the layers F and Z can be freely adjusted within a wide range and are not drawn to scale in the figure.

Fig. 2 zeigt einen erfindungsgemäßen Radarabsorber aus mehreren Schichten, hier aus drei Folien F, drei Zwischenschichten Z und einer reflektierenden Folie R am Ende. Die Zahl der Schichten ist beliebig einstellbar, ebenso die Dicken der Schichten. Diese können den Anforderungen entsprechend eingestellt werden. Mehrschichten-Absorber absorbieren in einem breiteren Frequenzbereich als solche Absorber mit nur drei Schichten, wie Fig. 1 sie zeigt. Auch hier sind die Dickenverhältnisse der Schichten nur schematisch gezeigt. Die letzte Folie R weist eine höhere Leitfähigkeit auf als die davorliegenden Folien F und dient praktisch als Reflektor. FIG. 2 shows a radar absorber according to the invention consisting of several layers, here consisting of three foils F, three intermediate layers Z and a reflective foil R at the end. The number of layers can be set as desired, as can the thickness of the layers. These can be set according to the requirements. Multi-layer absorbers absorb in a wider frequency range than those with only three layers, as shown in FIG. 1. Here too, the thickness ratios of the layers are shown only schematically. The last film R has a higher conductivity than the films F in front of it and serves practically as a reflector.

Die erfindungsgemäßen Absorber bestehen aus den Folien F und R, die aus Faserverbundwerkstoffen ohne Füllstoffe hergestellt sind und daher eine hohe Tragfähigkeit haben. Die dazwischen angeordneten Zwischenschichten sind entweder aus einem handelsüblichen Kernwerkstoff, dessen elektromagnetische Stoffkonstanten durch Füllstoffe gezielt variiert sein können, oder sie bestehen teilweise aus Faserverbundwerkstoff und teilweise aus einem Kernwerkstoff. Dadurch wird einerseits eine tragende Sandwichstruktur gebildet und andererseits können die dielektrischen Eigenschaften des Absorbers durch Einstellung der Eigenschaften der Zwischenschichten verändert werden. So kann z. B. die Frequenzbandbreite des Absorbers vergrößert werden, wenn Zwischenschichten mit größerer Dicke und gleichzeitig verringertem Realteil der komplexen Dielektrizitätskonstanten eingeführt werden. Auf die äußerste Schicht kann - hier nicht gezeigt - eine Regenerosions-Schutz­ schicht aufgebracht sein.The absorbers according to the invention consist of foils F and R, which are made of Fiber composite materials are made without fillers and therefore a high Have load capacity. The intermediate layers arranged in between are  either from a commercially available core material, the electromagnetic Substance constants can be specifically varied by fillers, or they exist partly made of fiber composite material and partly made of a core material. On the one hand, this creates a load-bearing sandwich structure and on the other hand, the dielectric properties of the absorber by changing the properties of the intermediate layers. So z. B. the frequency bandwidth of the absorber is increased, if intermediate layers with greater thickness and at the same time reduced Real part of the complex dielectric constant are introduced. On the outermost layer can - not shown here - protection against rain erosion layer applied.

Fig. 3 zeigt einen Absorber, bei dem die vorderste Schicht eine Zwischen­ schicht Z - also eine mit relativ niedriger Leitfähigkeit - ist. Die vorderste Zwischenschicht Z ist hier aus einem Laminat L (Faserverbundwerkstoff) und einem Kernwerkstoff K zusammengesetzt, wobei das Laminat L die für eine Außenschicht gewünschte Festigkeit liefert. Durch die Faserauswahl (niedrige Leitfähigkeit) oder die Füllstoffzugabe unterscheidet sich das Laminat L von den Folien F, die eine höhere Leitfähigkeit aufweisen. Die vorderste Schicht Z kann - nicht gezeigt - auch ganz aus einem Laminat L mit niedrigerer Leitfähigkeit bestehen und keinen Kernwerkstoff K aufweisen. Solche Zwischenschichten, die nur aus Laminat besteht, können auch weiter im Inneren des Absorbers verwendet werden. Fig. 3 shows an absorber in which the foremost layer is an intermediate layer Z - ie one with a relatively low conductivity. The foremost intermediate layer Z is here composed of a laminate L (fiber composite material) and a core material K, the laminate L providing the strength desired for an outer layer. The choice of fibers (low conductivity) or the addition of filler distinguishes the laminate L from the foils F, which have a higher conductivity. The foremost layer Z can - not shown - also consist entirely of a laminate L with a lower conductivity and have no core material K. Such intermediate layers, which consist only of laminate, can also be used further inside the absorber.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführung, bei der eine der Zwischenschichten Z aus zwei Faserverbundwerkstoffen (Laminaten L) und einem Kernwerkstoff K besteht. Die Dicken der einzelnen Schichten L und K sind beliebig einstellbar und richten sich nach den Anforderungen an das Bauteil. FIG. 4 shows a further embodiment, in which one of the intermediate layers Z consists of two fiber composite materials (laminates L) and a core material K. The thicknesses of the individual layers L and K can be adjusted as required and depend on the requirements of the component.

In einer Ausführungsform werden für den Kernwerkstoff relativ leichte Stoffe vorgeschlagen, die bei geringer Masse und guten strukturellen Eigenschaften die Anforderungen an eine Absorberzwischenschicht erfüllen. Dies können Kunststoffwaben sein, wie Nomexwaben, Aramidwaben, GFK-Waben, GFK- Waben mit Polyimidmatrix oder Waben aus thermoplastischen Kunststoffen. Möglich ist auch der Einsatz syntaktischer Schäume aus Kunststoffmatrices (Duro- oder Thermoplast) mit eingebetteten Füllkörper. Als Füllkörper kommen Kugeln oder Kurzfasern aus Glas, Keramik, Kohlenstoff oder Kunststoff in Frage, die jeweils voll oder hohl sein können. Hohle Füllkörper haben den Vorteil eines niedrigen spezifischen Gewichts. Sie eignen sich daher besonders für den Aufbau von Absorbern, für die aus mechanischen oder radaroptischen Gründen relativ dicke Zwischenschichten bevorzugt werden, die ansonsten zu schwer ausfielen. Zur Abstimmung der komplexen Dielektrizitätskonstante können auch unterschiedliche Werkstoffe für die Füllkörper und/oder die Matrix verwendet werden.In one embodiment, relatively light materials are used for the core material proposed that with low mass and good structural properties meet the requirements for an intermediate absorber layer. You can Be plastic honeycombs, such as Nomex honeycomb, aramid honeycomb, GFK honeycomb, GFK- Honeycombs with a polyimide matrix or honeycombs made of thermoplastic materials. It is also possible to use syntactic foams made of plastic matrices (Thermoset or thermoplastic) with embedded filler. Come as packing Balls or short fibers made of glass, ceramic, carbon or plastic in Question that can be full or hollow. Hollow fillers have that Advantage of a low specific weight. They are therefore particularly suitable for the construction of absorbers, for those made of mechanical or radar-optical For reasons of relatively thick intermediate layers, which are otherwise preferred turned out to be too difficult. To adjust the complex dielectric constant can also use different materials for the packing and / or the matrix can be used.

In einer Ausführungsform können die Waben oder die Füllkörper elektrisch leitfähig beschichtet sein. So ist z. B. zur Abstimmung der komplexen Dielektri­ zitätskonstante die Beschichtung von Waben mit elektrisch-leitfähigen rußhaltigen Lacken (Erhöhung von ε′ und ε′′) oder zur Erhöhung nur von ε′ mich nicht leitfähigen Pigmenten wie TiO₂ möglich.In one embodiment, the honeycomb or the filler can be electrical be conductive coated. So z. B. to tune the complex dielectric constant the coating of honeycombs with electrically conductive carbon black Lacquers (increase of ε ′ and ε ′ ′) or only increase of ε ′ me not conductive pigments such as TiO₂ possible.

Auch bei der Verwendung von Füllkörpern (Kugeln oder Kurzfasern) kann die Dielektrizitätskonstante durch Beschichtung dieser Füllkörper auf die optimalen Werte für die Absorberauslegung abgestimmt werden. Dies kann z. B. durch Aufsputtern von Aluminium, Nickel oder anderen Leiter- oder Halbleiter­ schichten erfolgen.The can also be used when using packing elements (spheres or short fibers) Dielectric constant by coating these fillers on the optimal ones Values for the absorber design can be coordinated. This can e.g. B. by sputtering on aluminum, nickel or other conductors or semiconductors  layers take place.

In einer weiteren Ausführungsform werden in den Kernwerkstoff auf Füll­ stoffe beigegeben. So können zur weiteren Abstimmung z. B. neben den Glashohlkugeln auch geringe Mengen (bis ca. 5%) elektrisch leitfähiger Kurzfasern mit abgestimmter Länge beigemengt werden. Dadurch erhöhen sich die dielektrischen Verluste erheblich. Die Fasern aus einem Metall wie Nickel oder aus Carbon oder leitfähigen SiC bestehen.In a further embodiment, the core material is filled added substances. So for further voting z. B. next to the Hollow glass spheres are also small quantities (up to approx. 5%) more electrically conductive Short fibers with a matched length can be added. This will increase the dielectric losses significantly. The fibers from one Metal such as nickel or made of carbon or conductive SiC.

Die für den einfallenden Radarstrahl letzte Schicht wird bevorzugt aus einem Laminat hergestellt, bei dem die verwendeten Fasern eine hohe Leitfähigkeit aufweisen, wie z. B. die handelsüblichen C-Fasern.The last layer for the incident radar beam is preferably composed of one Laminate made in which the fibers used have a high conductivity have such. B. the commercially available C fibers.

Es werden für die Folien F Fasern mit abgestimmter, mittlerer elektrischer Leit­ fähigkeit verwendet, dies kann z. B. zwischen der Leitfähigkeit von SiC oder C-Fasern liegen. Das heißt, die Leitfähigkeit der Folien F liegt höher als die der Zwischenschichten Z, aber niedriger als die der letzten Schicht R, sofern so eine verwendet wird. Die Leitfähigkeit der einzelnen Folien F, die haupt­ sächlich durch die verwendeten Fasern eingestellt wird, braucht nicht bei allen Folien den gleichen Wert aufzuweisen, sondern kann in Kombination mit der Dicke der Folienschichten F auf die Anforderungen mechanischer und radaroptischer Art eingestellt werden.F foils with coordinated, medium electrical conductance are used for the foils ability used, this can e.g. B. between the conductivity of SiC or C fibers lie. This means that the conductivity of the foils F is higher than that of the intermediate layers Z, but lower than that of the last layer R, if such one is used. The conductivity of the individual foils F, the main is not actually adjusted by the fibers used all foils have the same value, but can be combined with the thickness of the film layers F to the requirements of mechanical and radar-optical type can be set.

Claims (5)

1. Radarabsorber aus einer alternierenden Folge von Schichten (Folie F) abgestimmter Leitfähigkeit, die höher ist als die Leitfähigkeit der Zwi­ schenschichten (Z) und Schichten niedrigerer Leitfähigkeit (Zwischen­ schichten Z), dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Folien (F) Faserverbundwerkstoffe ohne Füllstoffe sind und
• - die Zwischenschichten (Z) entweder aus einem Kernwerkstoff bestehen oder teilweise aus einem Kernwerkstoff und teilweise aus Faserverbundwerkstoff, der insbesondere hochohmige, nicht leitende Fasern enthält, bestehen, so daß eine tragende Sandwichstruktur gebildet ist.

1. Radar absorber from an alternating sequence of layers (foil F) matched conductivity, which is higher than the conductivity of the intermediate layers (Z) and layers of lower conductivity (intermediate layers Z), characterized in that

• - The foils (F) are fiber composite materials without fillers and
• - The intermediate layers (Z) either consist of a core material or partially consist of a core material and partially of fiber composite material, which in particular contains high-resistance, non-conductive fibers, so that a load-bearing sandwich structure is formed.

2. Radarabsorber nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als Kernwerkstoff ein oder mehrere der folgenden Materialien verwendet werden: Kunststoffwaben, syntaktische Schäume oder Kunststoffmaterices mit eingebetteten Füllkörpern (Kugeln oder Kurzfasern aus Glas, Keramik, Kohlenstoff oder Kunststoff), die jeweils voll oder hohl sein können.2. Radar absorber according to claim 1, characterized in that as Core material uses one or more of the following materials plastic honeycombs, syntactic foams or plastic materials with embedded fillers (spheres or short fibers made of glass, Ceramic, carbon or plastic), each of which can be full or hollow can. 3. Radarabsorber nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Waben oder die Füllkörper elektrisch-leitfähig beschichtet (metallisiert) sind.3. Radar absorber according to claim 2, characterized in that the Honeycomb or the filler with an electrically conductive coating (metallized) are. 4. Radarabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Kernwerkstoff Füllstoffe wie Metallpartikel vorgesehen sind.4. Radar absorber according to one of the preceding claims, characterized  characterized in that fillers such as metal particles in the core material are provided. 5. Radarabsorber nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die vom einfallenden Radarstrahl her gesehen letzte Schicht (R) hochleitfähig (höher leitfähig als die Folien F) ist.5. Radar absorber according to one of the preceding claims, characterized characterized in that seen from the incident radar beam last layer (R) is highly conductive (more conductive than foils F).