STRUCTURAL COMPOSITE MATERIAL THAT ABSORBS RADAR WAVES, AND USES OF SUCH A MATERIAL

MATERIAU COMPOSITE STRUCTURAL ABSORBANT LES ONDES RADAR ET UTILISATION D'UN TEL MATERIAU

Abrégé français

L'invention concerne un matériau composite
structural 1 apte à absorber des ondes radar de fréquences
8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz.
Ce matériau comprend au moins trois couches 3, 4, 5
de matériaux diélectriques non magnétiques obtenues à
partir d'un empilement de plis imprégnés :
- une couche externe 3 faiblement réflectrice et à
faibles pertes ayant une permittivité diélectrique réelle
de l'ordre de 3, pour favoriser la pénétration des ondes
radar incidentes,
- une couche intermédiaire 4 ayant une permittivité
diélectrique réelle de l'ordre de 5; et
- une couche interne 5 chargée de particules
électriquement conductrices et ayant une permittivité
diélectrique réelle importante de l'ordre de 15 à 20.
Application à la fabrication de coffres pour
véhicules militaires.

Revendications

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REVENDICATIONS
1. Matériau composite structural (1) apte à
absorber des ondes radar de fréquences 8 à 18 GHz, 35 GHz
et 94 GHz, caractérisé en ce qu'il comprend au moins trois
couches (3,4,5) de matériaux diélectriques non magnétiques
obtenues à partir d'un empilement de plis imprégnés :
- une couche externe (3) faiblement réflectrice et
à faibles pertes ayant une permittivité diélectrique réelle
de l'ordre de 3, pour favoriser la pénétration des ondes
radar incidentes,
- une couche intermédiaire (4) ayant une
permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 5, et
- une couche interne (5) chargée de particules
électriquement conductrices et ayant une permittivité
diélectrique réelle importante de l'ordre de 15 à 20,
ces trois couches coopérant afin de provoquer, par le jeu des résonances
internes des différentes couches, l'absorption desdites ondes radar.
2. Matériau composite structural selon la
revendication 1, caractérisé en ce que les plis imprégnés
sont des fibres de verre ou de Nylon® qui sont associées à
des résines époxy.
3. Matériau composite structural selon la
revendication 2, caractérisé en ce qu'il présente une
épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm.
4. Matériau composite structural selon la
revendication 3, caractérisé en ce que la couche externe
(3) présente une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, la
couche intermédiaire (4) une épaisseur de l'ordre de 0,5 à
2, 5 mm, et la couche interne (5) une épaisseur de l' ordre
de 1,5 à 3,5 mm.
5. Matériau composite structural selon la
revendication 4, caractérisé en ce qu'il présente une
épaisseur de l'ordre de 6,75 mm, les couches externe (3),
intermédiaire (4) et interne (5) ayant des épaisseurs
respectives de 2,75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm.

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6. Matériau composite structural selon l'une
quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en
ce que les particules électriquement conductrices sont des
grains de carbone, ayant un diamètre inférieur à 0,1 mm,
avec une proportion inférieure à 10% en masse.
7. Utilisation du matériau composite tel que défini
par l'une quelconque des revendications 1 à 6 à la
fabrication de parois pour véhicules blindés, dotées d'une
résistance mécanique résistant à une pression de l'ordre de
1 tonne/cm2 et procurant une atténuation en réflexion des
ondes radar supérieure à 10 dB.
8. Utilisation selon la revendication 7 pour la
réalisation de coffres de servitude ou de protection pour
des véhicules blindés.

Description

CA 02254314 1998-12-10
1
MATÉRIAU COMPOSITE STRUCTURAL ABSORBANT LES ONDES RADAR ET
UTILISATION D'UN TEL MATÉRIAU
Le secteur technique de la présente invention est
celui des matériaux composites structuraux absorbant les
ondes radar.
On utilise actuellement sur le champ de bataille de
nombreuses menaces mettant en oeuvre la détection et/ou le
guidage par ondes radar. Ce sont les radars de terrain
portés par un véhicule ou par un fantassin, les radars
aéroportés sur hélicoptères, les auto-directeurs de
missiles notamment à ondes millimétriques pour munitions
dites intelligentes. Vis-à-vis de ce type de détection, le
char de bataille moderne et tous les véhicules blindés de.,
reconnaissance doivent être rendus les plus discrets
possible.
Une des solutions envisageables pour réduire les
possibilités de détecter un char de bataille consiste à
utiliser des matériaux de recouvrement ou de structure de
coffres aptes à atténuer de manière importante la~réflexion
de l'onde radar incidente.
Une difficulté réside dans la conception d'un
matériau composite ayant des propriétés d'absorption radar
dans les bandes de fréquences utilisées actuellement sur le
champ de bataille et qui sont situées à 8-18 GHz, à 35 GHz
et à 94 GHz.
On ne connaît pas actuellement des matériaux
composites aptes à offrir une telle performance.
Le but de la présente invention est de fournir un
matériau composite structural apte à absorber le
rayonnement radar incident.
L'invention a donc pour objet un matériau composite
structural apte à absorber les ondes radar de fréquences 8
à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, ce matériau étant caractérisé
en ce qu'il comprend au moins trois couches de matériaux
diélectriques non magnétiques obtenues à partir d'un
empilement de plis imprégnés .
- une couche externe faiblement réflectrice et à
faibles pertes ayant une permittivité diélectrique réelle

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de l'ordre 3, pour favoriser la pénétration des ondes radar
incidentes,
- une couche intermédiaire ayant une permittivité
diélectrique réelle de l'ordre de 5,
- et une couche interne chargée de particules
électriquement conductrices et ayant une permittivité
diélectrique réelle importante de l'ordre de 15 à 20,
ces trois couches coopérant afin de provoquer, par le jeu des résonances
internes des différentes couches, l'absorption desdites ondes radar.
Selon un exemple de réalisation, les plis imprégnés
sont des fibres de verre ou de Nylori associées à desl
résines époxy.
D'une manière générale, le matériau composite peut
présenter une épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm.
A titre d'exemple, la couche externe présente une
épaisseur de l'ordre de 1,5 à 4 mm, la couche intermédiaire
une épaisseur de l'ordre de 0,5 à 2,5 mm et la couche
interne une épaisseur de l'ordre de 1,5 à 3,5 mm.
Selon un autre exemple de réalisation, le matériau
composite présente une épaisseur totale de l'ordre de 6,75
mm, les couches externe, intermédiaire et interne ayant les
épaisseurs respectives de 2,75 mm, 1,5 mm et 2,5 mm.
D'une manière générale, les particules
électriquement conductrices sont des grains de carbone
ayant un diamètre inférieur à 0,1 mm avec une proportion
inférieure à 10 $ en masse.
L'invention concerne également une utilisation de
ce matériau pour la fabrication de parois pour véhicules
blindés dotées d'une résistance mécanique résistant à une
pression de l'ordre de 1 tonne/cm2 et procurant une
atténuation en réflexion des ondes radar supérieure à
10 dB.
En variante, un tel matériau composite peut être
également utilisé pour la réalisation de coffres de
servitude ou de protection pour des véhicules blindés.

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2a
Le matériau composite selon l'invention offre
l'avantage de remplacer tous les composites utilisés sur
Ies véhicules blindés aux endroits o~ un besoin de
réduction de la réflectivité radar est nécessaire. En~plus

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des performances d'absorption radar, il possède toutes les
caractéristiques de tenue mécanique des composites
habituels mis en oeuvre sur les véhicules blindés.
Ainsi, le matériau selon l'invention peut être
utilisé notamment pour fabriquer des coffres de lot de
bord, le double-toit et toutes les doubles parois
composites destinées à l'isolation thermique et à
l'évacuation des flux de chaleur, par exemple à l'arrière
près de l'échappement.
Enfin, le matériau composite selon l'invention est
obtenu sans modification du procédé de fabrication actuel
des composites structuraux existants.
D'autres caractéristiques, détails et avantages de
l'invention ressortiront à la lecture du complément de
description qui va suivre d'un mode de réalisation de
l'invention donné à titre d'exemple en relation avec des
dessins sur lesquels .
- la figure 1 est une vue en coupe montrant la
disposition des couches du matériau composite selon
l'invention, et
- les figures 2 à 4 sont des courbes illustrant la
performance d'atténuation des ondes radar de ce matériau
composite dans les trois bandes de fréquences précitées.
Le concept de l'invention repose sur l'adaptation
d'une structure multicouche permettant par le jeu des
résonances internes des différentes couches d'obtenir une
absorption importante sur plusieurs bandes de fréquences.
On a donc trouvé qu'un matériau à trois couches offrait un
compromis satisfaisant pour obtenir les performances
d'absorption radar et les performances mécaniques. Ainsi,.
un coffre de servitude fabriqué avec le matériau selon
l'invention peut être piétiné par un homme équipé de son
paquetage, d'une masse de l'ordre de 100 kg, sans induire
des cassures ou une déformation permanente, ce qui
représente une résistance à une pression de l'ordre de 1
tonne par cm2.

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Sur la figure 1, le matériau composite structural 1
est appliqué sur un support 2 constitué par la paroi d' un
véhicule blindé (non représenté).
La couche externe 3 est constituée par un matériau
diélectrique non magnétique faiblement réflecteur des ondes
radar, à faible perte diélectrique et doué d'une
permittivité diélectrique réelle de l'ordre de 3. Cette
couche doit favoriser la pénétration de l'onde radar dans
la structure par adaptation d'impédance. Une telle couche
peut être constituée par des fibres de Nylon~ et d'une
résine époxy, par exemple.
La couche intermédiaire 4 est constituée par un
matériau diélectrique non magnétique dont les pertes
diélectriques sont plus importantes que celles de la couche
externe 3, avec une permittivité diélectrique réelle de
l'ordre de 5.
La couche interne 5 est constituée par un matériau
diélectrique non magnétique chargé de particules de carbone
ayant une conductivité électrique importante, et conférant
à ce matériau une absorption des ondes électromagnétiques
plus importante que celles des deux premières couches. La
permittivité diélectrique réelle de cette couche est plus
importante, de l'ordre de 15 à 20.
I1 est à noter qu'aucune de ces trois couches en
elle-même n'est suffisamment absorbante pour donner à elle
seule et quelle que soit son épaisseur les performances
d'absorption radar recherchées.
Le matériau 1 est complété de manière connue par
une couche métallique 6 constituée par un film d'aluminium
de l'ordre de 0,1 mm d'épaisseur, par exemple.
Les couches 4 et 5 sont des composites fabriqués à
base de résine époxy et de tissu de fibres de verre E.
I1 faut noter que le procédé d'obtention de ces
trois couches est tout à fait classique et ne nécessite
aucune adaptation du procédé classique de fabrication des
matériaux composites structuraux. -

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Le matériau 1 selon l'invention peut avoir une
épaisseur de l'ordre de 4 à 10 mm, avantageusement
6,75 mm environ. Les couches externe 3, intermédiaire 4 et
interne 5 peuvent avoir respectivement une épaisseur de
5 l' ordre de 1, 5 à 4 mm, 0, 5 à 2, 5 mm et 1, 5 à 3, 5 mm.
Avantageusement, ces trois couches ont des épaisseurs
respectives de 2, 75 mm, 1, 5 mm et 2, 5 mm.
Sur les figures 2 à 4, on a représenté
graphiquement la variation du coefficient de réflexion en
fonction de la fréquence. On constate que pour les trois
bandes 8 à 18 GHz, 35 GHz et 94 GHz, on obtient une
atténuation en réflexion supérieure à 13 dB. Cette
performance d'atténuation est tout à fait satisfaisante
dans le domaine d'utilisation visé.

Dessin représentatif