某型機氣象雷達罩漏水問題分析

李洪波

摘 ? 要：隨著現代高科技的發展，雷達罩作為雷達系統的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達系統的功能，其中雷達罩的透波性是雷達罩一項重要指標。用戶反映：當地進入雨季后，某型機在飛行狀態氣象雷達探測距離縮短，飛行結束后打開雷達罩檢查發現內部出現大量水珠。現對用戶反映問題進行分析討論，尋求最佳解決方案并對后續飛機實施改進。

關鍵詞：雷達罩 ?介電常數 ?透波性 ?防水性 ?改進

中圖分類號：TJ85 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2020）05（a）-0011-02

1 ?引言

隨著現代高科技的發展，各種雷達大量應用于飛機、導彈、航海等領域，雷達罩的運用也日趨廣泛。雷達罩是電磁波的窗口，其作用是保護天線，防止環境對雷達天線工作狀態的影響和干擾，從而減少驅動天線運轉的功率，提高其工作可靠性，保證雷達天線全天候工作。雷達罩的存在，延長了天線的使用壽命，簡化了天線的結構，減輕了結構的重量。雷達罩作為雷達系統的重要組成部分，其性能好壞直接影響到雷達系統的功能，其中雷達罩的透波性是雷達罩一項重要指標。在設計時，首先選用低介電常數和低介質損耗的材料，盡可能減小對雷達天線透波性的影響。

某型機（后面用“該機”代替）在陰雨天氣飛行時氣象雷達探測距離縮短，嚴重影響了飛行安全。在本文里將會對該問題進行詳細分析，并給出最終處理方案及改進措施，為此類問題提供借鑒。首先結合目前雷達罩發展情況對該機雷達罩基本性能進行簡單說明。

2 ?雷達罩結構及安裝形式

2.1 雷達罩結構形式

目前雷達罩有三種基本類型：薄壁結構、半波長或其倍數壁厚結構和夾層結構。夾層結構分為A、B、C三種。A型夾層壁由三層組成。兩表層由介電常數較大的耐磨損材料組成;中間夾層由介電常數較小的材料組成，通常是泡沫材料或蜂窩材料。B型夾層結構和A型相似，但其表層及夾心的介電常數值正好和A型相反。C型夾層是對稱排列的五層結構，實際上相當于2個A型夾層合在一起。

該機雷達罩結構形式選用A型加層結構并在雷達罩外表面增加了表面防雨蝕涂層

2.2 雷達罩安裝形式

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

3 ?雷達罩表面涂層及使用材料

3.1 雷達罩表面涂層

該機雷達罩外表面噴涂有環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，在玻璃纖維增強塑料表面的剝離強度大于40N/cm，耐油性和耐濕熱性良好，在濕熱箱中經21d無明顯變化;耐磨性遠優于樹脂型涂層。經實際使用，涂層具有優異的抗雨蝕效果，在民航客機的雷達罩上經4000h飛行，完好無損。

3.2 雷達罩使用材料

（1）內、外玻璃鋼表面采用無堿玻璃布、樹脂固化形成。

（2）玻璃蜂窩芯層采用無堿玻璃布、樹脂、玻璃蜂窩固化形成;玻璃蜂窩壁厚為0.1mm、邊長為4.5mm的正六邊形。

4 ?問題分析

據當地空勤人員反映：自進入雨季以來，在該機場多架飛機在飛行中均出現氣象雷達探測距離縮短的現象，氣象雷達有效工作距離僅為5海里，5海里外無任何顯示。在歷次飛行結束后，打開多架飛機雷達罩檢查均發現大量水珠，對該機雷達罩進行晾曬，或吹干處理后，地面調試氣象雷達運行正常。

查閱常見物質電常數表可知：水的介電常數最高，達到81。當雷達罩受潮或罩內出現水珠將會直接影響雷達罩透波性下降，導致雷達探測距離縮短，危及飛行安全。

由于雷達罩使用材料決定了雷達罩具有一定的吸水性。在晴天隨著晝夜溫差變化，雷達罩內會出現少量冷凝水使雷達罩受潮;在陰雨天氣，雷達罩內則表現更為嚴重。雷達罩內是不是由空氣中的水汽形成水珠？

可以做這樣的推算：首先，可以通過當地溫度、相對濕度及氣壓估算出雷達罩內空氣中包含水蒸汽的質量;其次，參考GB 1462-81《玻璃鋼吸水性試驗方法》對雷達罩采用的各種材料的吸水性進行試驗可得知單位面積吸水質量;最后，經過對數據整理計算可以估算出雷達罩一天內可吸收凝結水的最大質量，可進一步做出判斷。

上述問題暫無相關數據證明，故在此不做過多分析。假設雷達罩內水珠是由外界液態水進入形成。這樣需要解決兩點疑問：一、尋找外界液態水水源;二、根據液態水源，尋找液態水進入通道？

飛機在飛行、停放過程中，未曾發現有人為性水源;雨水則成為雷達罩出現水珠最直接的唯一的外界液態水源。

經現場觀察分析發現，液態水進入雷達罩的可能通道有三處：

（1）雨水由雷達罩安裝面進入。雷達罩與機體采用非氣密對接，在裝配過程中容易出現縫隙，在雷達罩設計中考慮到雨水會由此進入的問題，因而在雷達罩安裝時對接面加裝密封條帶，在與機體對接后密封條帶形成一定的壓縮量，增加其防水性;對進入雷達罩的雨水則由加裝在機體上的U形防水槽流向雷達罩底部，經底部漏水孔排出。假如雷達罩密封條帶在飛機構造水平線以上部分與機體不能完全貼合，或者密封帶因老化而造成壓縮量不足，都將導致有雨水進入。對現場飛機測量發現，在雷達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象。

（2）雨水由雷達罩底部漏水孔進入。由于雷達罩要保證飛機理論外形，并要求較小迎風阻力，因而雷達罩外形被設計成了錐形曲面，漏水孔處在錐體根部。在靜止狀態，雷達罩內積水可由漏水孔順利排除;但在飛行狀態，迎風氣流的作用下對漏水孔形成一定沖擊，阻礙了積水排出，同時會有少量氣流由漏水孔進入雷達罩，將積水吹起，形成水霧。如果遇到雨水天氣，迎風氣流將會夾雜雨水由漏水孔進入。

（3）雨水由雷達罩表面涂層破壞導致雨水滲入。雷達罩長時間使用，表面涂層可能遭到各種破壞，如：雨水腐蝕、飛蟲撞擊等，出現毛細孔，雨水可由表面損傷部位滲透進入雷達罩。

5 ?處理方案及改進措施

5.1 處理方案

（1）雷達罩安裝面處理方案。

更換密封帶。考慮到密封帶使用時間較長，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）雷達罩漏水孔處理方案。

在漏水孔外部增加外罩。在飛機飛行狀態改變迎風氣流在雷達罩底部流線，避免來流對漏水孔形成沖擊和雨水的進入;同時，利用來流在外罩內部形成的低壓區，加速內部空氣流動，起到快速排除積水的作用。

（3）雷達罩表面涂層處理方案。

對雷達罩玻璃進行修復，表面重新噴漆。將雷達罩玻璃鋼罩體內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孔堵塞。

5.2 改進措施

由于雷達罩內水氣（或水分）導致介電常數升高，雷達罩透波性下降，因而改進雷達罩性能主要從兩個方面進行考慮：

（1）抑制雷達罩內空氣中水汽的凝結或加速凝結水的排出。

（2）阻止液態水進入雷達罩或將進入的液態水固定在雷達罩工作區域以外。

實施改進將從下面幾個途徑進行：

①結構改進：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，有助于提高雷達罩安裝密封性;b）沿密封帶周圈在內側增加吸水材料（見圖2），對進入雷達罩空氣進行干燥、過濾，將空氣中的水分及部分雨水固定在雷達的工作區域以外，避免對雷達波產生影響。c）在雷達罩漏水孔處加裝外罩。

②系統改進：雷達罩加裝空氣循環系統。在雷達罩內加裝濕度傳感器，對罩內濕度進行實時檢測，當濕度達到臨界狀態（可預先設置）時，將數據以信號燈的形式傳遞到駕駛艙;當駕駛員看到信號燈亮起后，打開環控管路控制按鈕，該條管路由空調系統接入雷達罩內，利用環控空調系統提供的氣源，對雷達罩內進行充氣加速空氣循環，改善內部濕度。

③涂層改進：使用新型表面涂層，減少雷達罩吸潮現象的發生;對雷達罩內表面進行噴涂面層，縮短凝結水在玻璃布粗糙表面停滯時間。

6 ?結語

隨著現代飛機發展，機載雷達系統穩定性要求在不斷提高;為確保雷達系統的穩定性，提高雷達罩的環境適應能力則勢在必行。

參考文獻

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