[发明专利]一种电磁波结构隐形的制造方法

摘要

一种电磁波结构隐形的制造方法，先根据隐身目标的形状，完成单元层网格划分和单元结构网格划分，得到由若干正方体单元网格构成的三维空间网格，然后在三维空间网格内规划电磁波传播路径，计算各单元层的电磁波入射角，再计算各单元层的折射率，然后计算各单元层内单元结构的等效介电常数，再计算单元结构的几何尺寸，采用木堆结构作为每层单元层的的单元结构，然后根据每层单元层内木堆结构的柱宽，建立单元结构的三维模型，最后进行3D打印制造及结构组装，本发明提高了隐形效果，实现结构的一体化制造，能用于高气动性隐身结构的制造。

主权项

1.一种电磁波结构隐形的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：1)根据隐身目标的形状，完成单元层网格划分和单元结构网格划分，得到由若干正方体单元网格构成的三维空间网格；选取一个或几个隐身波段，该波段内最小波长为λ，a为正方体单元网格的边长，a满足a≤1/4λ；m为单元层的层数，m≥12；在计算机三维建模软件xyz坐标系内，建立隐身目标物体的模型，若隐身目标物体是二维平面内一定面积的区域则建立二维平面模型，若目标物体是三维曲面或实体，则建立三维曲面或实体模型；将二维平面或三维曲面或实体模型的外表面向外法线方向偏置距离d，获得厚度为d的与隐身目标物体共形的实体或壳体，d满足d＝ma；在xyz坐标系内，分别建立垂直于x轴、y轴、z轴的间距为a的3组平行面，且三组平行面相交，得到若干正方体，删除若干正方体中与实体或壳体不相交的正方体，保留有交集的正方体，完成单元结构网格划分；用隐身目标物体外表面的一组偏置曲面将保留的正方体切割为m层，该组偏置曲面之间间距为a，完成单元层网格划分，至此得到三维空间网格；2)在三维空间网格内规划电磁波传播路径，计算各单元层的电磁波入射角θ_n，令一束电磁波在三维空间网格中传播，传播方向上依次经过第1、第2.....第n层单元结构，θ_n‑1为第n‑1层单元层的入射角，θ_n为第n层单元层的入射角，选取任意一个角度为初始入射角θ₁，且θ₁满足0°<θ₁<85°，经过第n层单元层，入射角减小Δθ_n，对于不同的单元层Δθ_n不同，但应满足0<Δθ_n<5°，将θ₁与Δθ_n代入公式θ_n＝θ_n‑1‑Δθ_n，得到沿电磁波传播方向上各单元层的入射角依次为θ₁,θ₂....θ_m；3)根据电磁波入射角计算各单元层的折射率，电磁波从第n‑1层介质入射到第n层介质时，入射角θ_n‑1、折射角β_n‑1、第n‑1层单元层的折射率为n_n‑1、第n层单元层的折射率为n_n满足折射率公式由于第n层单元层的入射角θ_n等于第n‑1层单元层的折射角β_n‑1，所以折射率公式写成隐形结构透波层的最外层即第一层单元层的折射率n₁与空气折射率相等，即n₁＝1，将n₁与步骤2)所得的θ₁,θ₂......θ_m代入公式计算得到沿电磁波传播方向上各层单元层的折射率n₁,n₂,n₃.....n_m；4)根据各单元层的折射率计算各单元层内单元结构的等效介电常数，在低介电损耗材料中选取一款材料用于制造隐身结构透波层，此材料的介电常数为ε_r，磁导率为μ，外环境的介电常数为ε_e，磁导率为μ_e，透波层外表面单元结构的等效介电常数为ε_eff1，且满足公式ε_eff1/μ＝ε_e/μ_e，其余单元结构的等效介电常数ε_eff通过将步骤3)中所得的折射率n₂,n₃.....n_m代入公式计算获得，计算得到沿电磁波传播方向上各层单元层内单元结构的等效介电常数5)根据各单元层内单元结构的等效介电常数计算单元结构的几何尺寸，采用木堆结构作为每层单元层的的单元结构，单元结构的几何特征尺寸为木堆柱宽w，将ε_r、ε_e及步骤4)中所得各层单元层内单元结构的等效介电常数代入公式ε_eff＝fε_r+(1‑f)ε_e，计算得到每个单元层内单元结构的材料占空比f₁、f₂.......f_m，然后将材料占空比f₁、f₂.......f_m，代入公式f＝w/a，计算得到各层单元层内单元结构的几何尺寸w₁、w₂.......w_m；6)根据每层单元层内木堆结构的柱宽w₁、w₂.......w_m，建立单元结构的三维模型，在步骤1)中所得的三维空间网格内，在每层单元层的每个单元结构的网格内建立相应尺寸的单元结构计算机模型，单元结构采用木堆结构，每个单元结构由4个木堆柱十字交叉叠放组成，同一单元层内的木堆单元结构相同，且每个木堆单元结构的柱厚度为4/a，柱宽为w；对所有单元结构进行拓扑设计，得到整体结构的计算机模型；位于偏移轮廓线位置上的单元网格在步骤1)单元层网格划分时被切割，因此这些单元网格端面形态不规则，导致出现相邻单元结构的木堆柱搭接量小于可达到的加工精度，加工时容易失败，所以将该单元结构内的木堆柱移动，使其与相邻单元结构内的木堆柱搭接量大于加工精度，得到整体结构的计算机三维模型；7)3D打印制造及结构组装，将隐形结构的计算机三维模型保存成STL格式，采用光固化成型3D打印工艺制造透波层，裁剪铁磁性吸波橡胶薄层，用强力胶将其粘贴到透波层内表面，裁剪铝合金薄层材料，用强力胶将其粘贴到吸波材料内表面，完成隐形结构的制造和组装。