某型机气象雷达罩漏水问题分析

李洪波

摘   要：随着现代高科技的发展，雷达罩作为雷达系统的重要组成部分，其性能好坏直接影响到雷达系统的功能，其中雷达罩的透波性是雷达罩一项重要指标。用户反映：当地进入雨季后，某型机在飞行状态气象雷达探测距离缩短，飞行结束后打开雷达罩检查发现内部出现大量水珠。现对用户反映问题进行分析讨论，寻求最佳解决方案并对后续飞机实施改进。

关键词：雷达罩  介电常数  透波性  防水性  改进

中图分类号：TJ85                                   文献标识码：A                       文章編号：1674-098X（2020）05（a）-0011-02

1  引言

随着现代高科技的发展，各种雷达大量应用于飞机、导弹、航海等领域，雷达罩的运用也日趋广泛。雷达罩是电磁波的窗口，其作用是保护天线，防止环境对雷达天线工作状态的影响和干扰，从而减少驱动天线运转的功率，提高其工作可靠性，保证雷达天线全天候工作。雷达罩的存在，延长了天线的使用寿命，简化了天线的结构，减轻了结构的重量。雷达罩作为雷达系统的重要组成部分，其性能好坏直接影响到雷达系统的功能，其中雷达罩的透波性是雷达罩一项重要指标。在设计时，首先选用低介电常数和低介质损耗的材料，尽可能减小对雷达天线透波性的影响。

某型机（后面用“该机”代替）在阴雨天气飞行时气象雷达探测距离缩短，严重影响了飞行安全。在本文里将会对该问题进行详细分析，并给出最终处理方案及改进措施，为此类问题提供借鉴。首先结合目前雷达罩发展情况对该机雷达罩基本性能进行简单说明。

2  雷达罩结构及安装形式

2.1 雷达罩结构形式

目前雷达罩有三种基本类型：薄壁结构、半波长或其倍数壁厚结构和夹层结构。夹层结构分为A、B、C三种。A型夹层壁由三层组成。两表层由介电常数较大的耐磨损材料组成;中间夹层由介电常数较小的材料组成，通常是泡沫材料或蜂窝材料。B型夹层结构和A型相似，但其表层及夹心的介电常数值正好和A型相反。C型夹层是对称排列的五层结构，实际上相当于2个A型夹层合在一起。

该机雷达罩结构形式选用A型加层结构并在雷达罩外表面增加了表面防雨蚀涂层

2.2 雷达罩安装形式

该机雷达罩顶部利用雷达罩接头与机体连接，在开启时雷达罩可绕转轴旋转（见图1）;两侧利用的四把锁扣与机体固定连接;在雷达罩端面装有密封带，密封带在构造水平线以上要求与机体完全贴合并形成2～3mm的压缩量，雷达罩根部制有两个Φ5漏水孔;同时，在该机前端框面安装有U形防水槽。

3  雷达罩表面涂层及使用材料

3.1 雷达罩表面涂层

该机雷达罩外表面喷涂有环氧聚酰胺清漆和弹性聚氨酯磁漆，总厚度约200μm。涂层具有良好的柔韧性，在玻璃纤维增强塑料表面的剥离强度大于40N/cm，耐油性和耐湿热性良好，在湿热箱中经21d无明显变化;耐磨性远优于树脂型涂层。经实际使用，涂层具有优异的抗雨蚀效果，在民航客机的雷达罩上经4000h飞行，完好无损。

3.2 雷达罩使用材料

（1）内、外玻璃钢表面采用无碱玻璃布、树脂固化形成。

（2）玻璃蜂窝芯层采用无碱玻璃布、树脂、玻璃蜂窝固化形成;玻璃蜂窝壁厚为0.1mm、边长为4.5mm的正六边形。

4  问题分析

据当地空勤人员反映：自进入雨季以来，在该机场多架飞机在飞行中均出现气象雷达探测距离缩短的现象，气象雷达有效工作距离仅为5海里，5海里外无任何显示。在历次飞行结束后，打开多架飞机雷达罩检查均发现大量水珠，对该机雷达罩进行晾晒，或吹干处理后，地面调试气象雷达运行正常。

查阅常见物质电常数表可知：水的介电常数最高，达到81。当雷达罩受潮或罩内出现水珠将会直接影响雷达罩透波性下降，导致雷达探测距离缩短，危及飞行安全。

由于雷达罩使用材料决定了雷达罩具有一定的吸水性。在晴天随着昼夜温差变化，雷达罩内会出现少量冷凝水使雷达罩受潮;在阴雨天气，雷达罩内则表现更为严重。雷达罩内是不是由空气中的水汽形成水珠？

可以做这样的推算：首先，可以通过当地温度、相对湿度及气压估算出雷达罩内空气中包含水蒸汽的质量;其次，参考GB 1462-81《玻璃钢吸水性试验方法》对雷达罩采用的各种材料的吸水性进行试验可得知单位面积吸水质量;最后，经过对数据整理计算可以估算出雷达罩一天内可吸收凝结水的最大质量，可进一步做出判断。

上述问题暂无相关数据证明，故在此不做过多分析。假设雷达罩内水珠是由外界液态水进入形成。这样需要解决两点疑问：一、寻找外界液态水水源;二、根据液态水源，寻找液态水进入通道？

飞机在飞行、停放过程中，未曾发现有人为性水源;雨水则成为雷达罩出现水珠最直接的唯一的外界液态水源。

经现场观察分析发现，液态水进入雷达罩的可能通道有三处：

（1）雨水由雷达罩安装面进入。雷达罩与机体采用非气密对接，在装配过程中容易出现缝隙，在雷达罩设计中考虑到雨水会由此进入的问题，因而在雷达罩安装时对接面加装密封条带，在与机体对接后密封条带形成一定的压缩量，增加其防水性;对进入雷达罩的雨水则由加装在机体上的U形防水槽流向雷达罩底部，经底部漏水孔排出。假如雷达罩密封条带在飞机构造水平线以上部分与机体不能完全贴合，或者密封带因老化而造成压缩量不足，都将导致有雨水进入。对现场飞机测量发现，在雷达罩接头附近密封带未能完全贴合，局部存在压缩量不足的现象。

（2）雨水由雷达罩底部漏水孔进入。由于雷达罩要保证飞机理论外形，并要求较小迎风阻力，因而雷达罩外形被设计成了锥形曲面，漏水孔处在锥体根部。在静止状态，雷达罩内积水可由漏水孔顺利排除;但在飞行状态，迎风气流的作用下对漏水孔形成一定冲击，阻碍了积水排出，同时会有少量气流由漏水孔进入雷达罩，将积水吹起，形成水雾。如果遇到雨水天气，迎风气流将会夹杂雨水由漏水孔进入。

（3）雨水由雷达罩表面涂层破坏导致雨水渗入。雷达罩长时间使用，表面涂层可能遭到各种破坏，如：雨水腐蚀、飞虫撞击等，出现毛细孔，雨水可由表面損伤部位渗透进入雷达罩。

5  处理方案及改进措施

5.1 处理方案

（1）雷达罩安装面处理方案。

更换密封带。考虑到密封带使用时间较长，可能存在损伤、老化迹象，因而决定更换，并确保密封带与框平面贴合。

（2）雷达罩漏水孔处理方案。

在漏水孔外部增加外罩。在飞机飞行状态改变迎风气流在雷达罩底部流线，避免来流对漏水孔形成冲击和雨水的进入;同时，利用来流在外罩内部形成的低压区，加速内部空气流动，起到快速排除积水的作用。

（3）雷达罩表面涂层处理方案。

对雷达罩玻璃进行修复，表面重新喷漆。将雷达罩玻璃钢罩体内存留的湿气彻底排除，利用弹性聚氨酯磁漆将表面存在的各种毛细孔堵塞。

5.2 改进措施

由于雷达罩内水气（或水分）导致介电常数升高，雷达罩透波性下降，因而改进雷达罩性能主要从两个方面进行考虑：

（1）抑制雷达罩内空气中水汽的凝结或加速凝结水的排出。

（2）阻止液态水进入雷达罩或将进入的液态水固定在雷达罩工作区域以外。

实施改进将从下面几个途径进行：

①结构改进：a）在前端框逆航向沿周圈粘贴橡胶板，将以前的橡胶-金属接触更改为橡胶-橡胶接触，有助于提高雷达罩安装密封性;b）沿密封带周圈在内侧增加吸水材料（见图2），对进入雷达罩空气进行干燥、过滤，将空气中的水分及部分雨水固定在雷达的工作区域以外，避免对雷达波产生影响。c）在雷达罩漏水孔处加装外罩。

②系统改进：雷达罩加装空气循环系统。在雷达罩内加装湿度传感器，对罩内湿度进行实时检测，当湿度达到临界状态（可预先设置）时，将数据以信号灯的形式传递到驾驶舱;当驾驶员看到信号灯亮起后，打开环控管路控制按钮，该条管路由空调系统接入雷达罩内，利用环控空调系统提供的气源，对雷达罩内进行充气加速空气循环，改善内部湿度。

③涂层改进：使用新型表面涂层，减少雷达罩吸潮现象的发生;对雷达罩内表面进行喷涂面层，缩短凝结水在玻璃布粗糙表面停滞时间。

6  结语

随着现代飞机发展，机载雷达系统稳定性要求在不断提高;为确保雷达系统的稳定性，提高雷达罩的环境适应能力则势在必行。

参考文献

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