碳纤维鞭天线杆在舰船中的应用

各种地面电台及车载电台都需要配备形式多样的鞭状天线,尤其是在舰船上,所需配备的鞭状天线多达上百付。细长杆状的鞭天线体积小,应用十分广泛,对材质的要求也比较高,尤其是在环境复杂的军舰上使用要求更高。

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首先,天线在各种载荷作用下要有足够的强度;其次,在各种载荷作用下,天线要有足够的刚度,其结构变形应限制在允许的范围内;再者,天线的固有频率要尽量高,以防止与天线支撑系统发生结构谐振;另外,天线的材质必须具有防盐雾腐蚀和抗风能力,才能适应长期的海洋工作环境。

传统的鞭天线多选用玻璃纤维增强树脂基复合材料,GRP本身虽然不导电,但是通过表面铺覆金属层就可以达到导电的目的,而且同金属天线相比,其重量明显减轻,耐腐蚀性也比较好。但是碳纤维增强树脂基复合材料与玻璃纤维增强复合材料相比,其强度和模量更加优越,更适宜用于舰船等特殊工作环境。

碳纤维增强树脂基复合材料具有高比强度和比模量,可用来制造强而轻、刚而薄的构件。可采用手糊、缠绕、拉挤、卷制等一种工艺或多种工艺制备碳纤维鞭天线杆,成型工艺灵活。

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以无锡智上新材料为某型号军舰提供的碳纤维天线鞭为例,该型号天线鞭分为三节,总长度为7.5m,每节之间采用金属连接件连接。其结构外形为锥杆,整个天线杆结构包括三层:外保护层、碳纤维复合材料杆体层和铜网层。

采用碳纤维复合材料制备的鞭天线杆表现出以下的性能优势:1.重量更轻,碳纤维复合材料天线的质量比铝合金天线降低50%左右 ;2.电性能更好,碳纤维复合材料天线的电性能达到或接近铝合金的技术指标;3.碳纤维复合材料天线的机械性能更强,不仅大于等于铝合金天线,在振动、加速度、冲击、高低温循环、热真空等环境下比玻璃纤维增强复合材料天线表现更好。

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近年来,碳纤维复合材料凭借着优异的机械性能、电性能和耐环境性能,在航天器结构、天线组件、鞭天线等结构方面相继得到了广泛的应用。这些碳纤维复合材料制品都具有轻质、高强度、高刚度、耐腐蚀及高精度的特点,能很好地适应复杂工况,能在恶劣的高空或海洋环境下使用。

不过,作为高端碳纤维复材制品的资深厂家,无锡智上新材在实际的制作中也发现,合理的铺层对于天线鞭的力学性能非常重要,因为碳纤维单向复合材料在0°方向性能很高,而横向90°方向上性能较差,必须在制作过程中做好铺层设计工作。因此,要促使碳纤维复合材料在更多环境下成功应用,也需要碳纤维复合材料制作方的深入研究和配合。

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