随着航空技术的发展，轻质夹芯结构的多功能设计受到了广泛关注，并被期待能够满足未来隐身飞行器的轻量化承载和电磁波吸收等多功能一体化需求。目前已有的轻质隐身承载一体化结构可以分为两大类：吸波剂类与超材料类，两者的力学性能和电磁性能各有优劣，但是均难以满足未来隐身飞行器的实际工程需求。由此掀起了国内各研究机构与复合材料领军企业对新型轻质隐身承载一体化结构的研究热潮，期待其能够实现更宽频带、大角度、更高强度电磁波吸收与更优的轻量化承载能力。本项目通过与以上部分企业的合作，基于已有一体化结构力学/电磁特性的优势，利用互补设计，提出了一种一体化协同设计思想，并构造了一种新型一体化结构。 为了提升两者的协同效应，本团队设计了一种基于梯度碳纤维阵列的超材料类一体化结构，并通过填充轻质高强聚甲基丙烯酰亚（polymethacrylimide, PMI）泡沫获得一种泡沫增强格栅吸波结构。通过仿真分析和试验验证，对其电磁波吸收能力和准静态压缩性能进行研究，揭示其电磁波调控机理和力学增强机理。此后将所设计的格栅芯体嵌入吸波蜂窝结构中，构造新型一体化结构，实现吸波性能和承载能力的大幅提升，并为一体化结构提供了新的设计思路。 本项目的主要研究内容与结论如下： （1）基于所提出的泡沫增强格栅吸波结构，研究其格栅芯体的电磁波吸收规律。该结构由PMI泡沫、碳纤维和玻璃纤维复合材料组成，并通过在格栅壁上构造基于人工表面等离激元原理（Spoof Surface Plasmon Polarition, SSPP）所设计的梯度碳纤维阵列实现电磁波吸收功能。仿真和试验结果表明，通过调整碳纤维梯度阵列的尺寸参数可以达到调控其电磁波吸收频带与吸收强度的目的，且最优尺寸下该结构具备宽频带（5 - 20 GHz）、大角度（0-70°）、高强度（平均吸波率 > 90%）的电磁波吸收能力。 （2）研究泡沫填充对格栅结构面外压缩性能的影响与增强机理。通过有限元仿真分析和试验验证等方法，研究格栅结构和泡沫增强格栅结构在面外准静态压缩载荷作用下的承载性能。结果表明，PMI泡沫芯体所提供的侧向支撑极大地增强了格栅芯体的屈曲临界载荷值，实现了面外压缩性能的协同增强，使得结构的比压缩强度和比压缩刚度分别提升了42%和121%，且比压缩强度等力学性能相较于其他各类夹芯结构具有明显的优势。 （3）设计一种新型一体化结构，实现力学/电磁性能的双增强。通过在吸波蜂窝结构中嵌入格栅芯体，构造格栅增强吸波蜂窝结构。一方面，利用碳纤维超材料阵列对电磁波的强束缚作用和电磁性能得高可设计性，提升原吸波蜂窝结构的吸波带宽与吸波强度。另一方面，利用玻璃纤维格栅芯体的高强度、高刚度等特性，增强原结构的压缩性能。仿真与试验结果表明，所提出的结构具备超宽频带（2-18GHz）、大角度（0-60°）、更高强度（平均吸收率>95%）的电磁波吸收能力，且其比压缩强度和单位体积能量吸收率相较于蜂窝结构分别提升了40%和261%。最后，基于该结构优异的力学/电磁特性，构建了新型机翼前缘的电磁仿真模型，使得该新型机翼前缘实现了电磁波吸收性能的增强设计。 关键词：碳纤维；夹芯结构； 承载能力；电磁波吸收