一种高精度天线反射面面板及其制造方法
技术领域
本发明涉及卫星通信、无线电测控、深空探测、大型射电望远镜等领域中的一种高精度天线反射面面板及其制造方法,特别适用于工作在Ka频段和Q频段以上的高精度天线面板的反射面批量制造。
背景技术
随着通信、测控技术的迅速发展,工作频段越来越高,不仅大中型天线的需求越来越广泛,而且对天线反射面的精度提出了更高的要求。大中型天线主反射面由几十块甚至数千块单块反射面板构成,单块天线反射面板的精度是天线主反射面精度的基础。目前高精度的天线反射面面板的制造方法主要有传统机械加工制造方法、传统铆接和蜂窝夹层结构相结合的高精度面板制造方法、蜂窝夹层结构高精度面板制造方法等,这三种制造方法在性能和操作上存在某些缺陷:
传统的机械加工制造方法主要适用于小型高精度天线反射面的制造,而大中型天线的制造多是延续飞机蒙皮的制造工艺,其单块反射面一般采用先在拉伸模上拉伸成型后,再在包络铆装夹具上铆接成型的工艺方案,其存在铆接应力大、变形不易控制等缺点,反射面精度低。传统铆接和蜂窝夹层结构相结合的高精度面板制造方法在工程应用中难以实现;蜂窝夹层结构高精度面板制造方法所制造的面板虽可达到较高的精度,但存在面板使用寿命偏低的缺陷。
中国专利号200610012581.6、名称为《一种无蜂窝夹层的高精度天线反射面制造方法》专利中公开了一种利用传统铆接工艺做好的天线面板表面再粘接一层高精度蒙皮的天线反射面制造方法,该方法虽然目前能制造出较大口径天线的高精度反射面,但其反射面的制造存在以下不足:
1.传统的铆装工艺在加工过程中存在的应力变形大,所得天线面板表面精 度低,与吸附在模具上的高精度蒙皮相比,贴合情况很差,由于存在粘接面积较大、中间胶层厚度不均匀的问题,导致其粘接完毕后有较多的内应力,存在变形隐患。
2.传统铆装工艺做好的面板由于其Z型筋是由Z型材通过拉弯工艺所得,其自身存在应力,在铆装工艺过程中也存在应力,这就造成其自身内应力较大,存在变形隐患。
3.传统的飞机蒙皮淬火拉伸工艺在制造面积大、曲率平缓的蒙皮过程中存在较大的难度,蒙皮拉伸完后存在鼓包多、贴模情况很差等缺点,需要大量的人工校型,难以实现高精度蒙皮。
4.该发明工艺实施性差,大面积高厚度的胶粘剂层挤出困难,且容易包裹气泡,存在胶粘质量隐患,还存在工艺复杂,加工周期长,成本高,不适于批量生产等缺点。
发明内容
本发明的目的在于避免上述背景技术中的不足之处而提供一种用常规的、成熟的天线反射面加工工艺制造的精度高、重量轻、弯曲刚度大、比强度大、比刚度大的筋开槽胶粘结构高精度天线反射面面板及其制造方法,并且本发明方法制造的天线反射面具有精度高、刚度大、特别适用于大中型反射面天线,还具有反射面结构简单、加工工艺简单、性能稳定可靠、制造成本低廉、生产环境易于实现、能够批量生产等特点。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:
一种高精度天线反射面面板,包括蒙皮和支撑筋,蒙皮的正反两个面分别为反射面和支撑面,支撑面固装在支撑筋上,其特征在于:所述蒙皮为扇形,在蒙皮的两侧径向不同位置上自边缘向内各开设有多个相对的周向蒙皮槽口;所述的支撑筋包括Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁,Z型材环筋梁为周向设置,Z型材纵筋梁为径向设置。在所述Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁上与蒙皮支撑面相接触一端自边缘向内分别开设有多个槽口。
作为对本发明的改进,Z型材环筋梁与蒙皮上的槽口的位置相对应。
作为对本发明的改进,在所述Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁设有多个槽口的端面上分别固装有压板条,在所述Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁连接处设有L型弯角件。
筋开槽胶粘结构的高精度天线反射面单元的蒙皮厚度为0.5至2毫米,蒙皮开缝,长度为100至1000毫米;Z型材环筋梁、Z型材纵筋梁的板材厚度为1.5至3.5毫米,筋梁高度为100至200毫米,可用板材开缝折弯构成,也可用Z型材开槽构成;弯角件的板材厚度为2.0至4.0毫米;压板条的板材厚度为1.5至2.5毫米。
本发明的一种高精度天线反射面面板的制造方法,包括步骤:
①建立天线蒙皮曲面数学模型,根据数学模型设计反射面单元模具;
②根据蒙皮曲面数学模型建立展开料数学模型,确定展开料外形尺寸和开槽口尺寸,采用铝合金板材经机械加工工艺构成蒙皮;
③设计Z型材环筋梁、Z型材纵筋梁,采用铝合金板材经机械加工工艺构成Z型材环筋梁、Z型材纵筋梁;
④根据反射面单元模具,Z型材环筋梁、Z型材纵筋梁,设计固定工装;
⑤在反射面单元模具上,通过机械加工工艺校型,使Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁贴模;
⑥先将Z型材环筋梁固定在反射面单元模具上,然后在Z型材环筋梁的两端上表面涂覆胶粘剂层,通过固定工装将Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁组合定位在反射面单元模具上,固化构成反射面单元筋梁骨架;
⑦用胶带密封蒙皮,采用真空负压工艺使其贴覆在反射面单元模具上,在蒙皮外凸曲面上标记粘接面外形线,在粘接面上涂覆胶粘剂层,将Z型筋骨架定位压置在蒙皮上进行粘接固化,固化工艺过程结束后去除胶带、释放真空负压,完成整体筋开槽胶粘结构高精度天线反射面单元的制造。
还包括步骤:根据Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁设计制作弯角件和压板条, 在弯角件的外凸平面和压板条的内面涂覆胶粘剂层,将弯角件和压板条分别粘接在Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁上。
由于采用了上述技术方案,本发明所取得的技术进步在于:
1.本发明采用了筋开槽校型工艺方案,Z型筋的刚度主要与型材高度有关,高度增加刚性变大,其变形和回弹应力也相应变大,开槽后刚性变差,通过校型容易达到与模具贴附,通过与蒙皮粘接成为整体后,恢复了大刚度,与拉弯的筋条相比回弹变形更小,最大限度的降低了内部应力,在成型Z型材环筋梁、Z型材纵筋梁过程中,有效的实现了高贴模精度。
2.本发明克服了传统制造工艺的不足,在制造面积大、曲率平缓的蒙皮时,传统的淬火拉伸工艺存在鼓包多、贴模差等缺点,即使通过校型修整也很难达到高贴模精度,采用铝合金板材开缝工艺方案,通过开缝工艺,最大限度的释放了铝板由平面变为曲面的内部应力,实现了贴模效果良好的蒙皮。
3.本发明所设计的弯角件和压板条,通过胶粘剂层与Z型材环筋梁、Z型材纵筋梁粘接在一起,增加了Z型筋骨架的强度和刚度,弯角件可通过计算不同面板环筋与纵筋之间的角度进行折弯,可得到很高的贴合精度,压板条通过校型也能够与Z型材筋梁良好贴合,该工艺过程简单方便,胶层厚度均匀,粘接应力小,能够实现精度较高的Z型筋骨架。
4.本发明以高精度反射面单元模具为基础,采用真空负压工艺,通过胶粘剂层,以开缝蒙皮为反射面单元的工作面,与型材骨架粘接固化成型为高精度天线反射面单元构成本发明的核心技术特点。本发明中的Z型材开槽和蒙皮开缝技术可实现良好的贴模精度,同时在实施过程中胶粘剂层厚度比较均匀,在各环节上都最大限度的降低了内部应力,为实现高精度面板提供了良好的基础,与拉伸工艺相比,减少了Z型材拉弯模具的制造和拉弯工序,减少了蒙皮拉伸工序,不仅工艺实施性简单,而且大大降低了制造成本,该天线反射面不但精度高,刚度大,可靠性高,而且操作工序简单,环境易于实现,非常适合批量生产,具有广泛的工程应用价值。
附图说明
图1是蒙皮的结构示意图;
图2是Z型材环筋梁与Z型材纵筋梁的位置关系示意图;
图3是Z型材纵筋梁与压板条的结构示意图;
图4是Z型材环筋梁与压板条的结构示意图;
图5是弯角件的结构示意图;
图6是反射面面板的剖视结构示意图;
图7是图6的A-A剖视示意图;
图8是反射面面板组装天线的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细说明:
如图1至图7所示,本发明的天线反射面面板包括蒙皮1、4个Z型材环筋梁2-1和2个Z型材纵筋梁2-2组成的支撑筋框架;蒙皮1为扇形,蒙皮1的正反两个面分别为反射面和支撑面,Z型材环筋梁2-1沿蒙皮1周向设置,Z型材纵筋梁2-2沿蒙皮1径向设置,由5个Z型材环筋梁和2个Z型材纵筋梁组成的支撑筋框架与蒙皮1的支撑面形状相对应,两者用通过胶粘剂粘接固化成为一整体;在蒙皮1两侧的径向不同位置上自边缘向内各开设有相对的3个周向的蒙皮槽口5,3个Z型材环筋梁从支撑面粘附在这三个蒙皮槽口5上。
在所述Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁上与蒙皮支撑面相接触一端自边缘向内分别开设有多个槽口6,在此槽口6的端面上分别粘接有压板条3。在5个Z型材环筋梁2-1的两端上表面涂覆胶粘剂,将2个Z型材纵筋梁2-2压置在Z型材环筋梁2-1上,在Z型材环筋梁和Z型材纵筋梁连接处粘接有L型弯角件4。
本发明中蒙皮1的厚度为0.5至1.5毫米,蒙皮槽口5长度为100至1000毫米;Z型材筋梁的板材厚度为1.5至3.5毫米,筋梁高度为100至200毫米,槽口6的深度为15至50毫米;弯角件3的板材厚度为2.0至4.0毫米;压板条4的板材厚度为1.5至2.5毫米,蒙皮1、Z型材环筋梁2-1、Z型材纵筋梁2-2、弯角件3、压板条4均采用铝合金材料制造。
本发明一种高精度天线反射面面板的制造方法的最佳实施例如附图所示,包括下列步骤:
(1)建立天线蒙皮曲面数学模型,根据数学模型设计反射面面板模具。天线反射面面板蒙皮1曲面为整个天线曲面的一个单元,同一种反射面单元采用同一个拉伸模具制造。实施例反射面面板模具采用铸铁材料,表面经数控加工成为高精度的包络面;
(2)根据蒙皮曲面数学模型建立展开料数学模型,确定展开料外形和蒙皮槽口5尺寸,采用铝合金板材经机械加工工艺构成蒙皮1。它作为高精度反射面面板,铝合金板材的厚度为0.5至2毫米,蒙皮槽口5的位置可根据Z型材环筋梁2-1的设计而定,实施例采用1.5毫米厚的铝合金板材,经数控加工制作而成;
(3)设计反射面面板的Z型材环筋梁2-1、Z型材纵筋梁2-2,采用铝合金板材经机械加工工艺构成Z型材环筋梁2-1、Z型材纵筋梁2-2。反射面面板的刚度主要与Z型材环筋梁2-1和Z型材纵筋梁2-2的高度有关,Z型筋板材厚度为1.5至3.5毫米,高度为100至200毫米,槽口6的深度为15至50毫米,实施例采用2.5毫米厚的铝合金板材,经开槽和折弯后制作而成,开槽深度为30毫米,Z型材环筋梁2-1高度为150毫米,Z型材纵筋梁2-2高度为153毫米;
(4)设计弯角件4和压板条3,采用铝合金板材经机械加工工艺构成L型弯角件4和压板条3。弯角件4的板材厚度为2.0至4.0毫米;压板条3的厚度为1.5至2.5毫米,实施例弯角件4采用厚度为3.0毫米的铝合金板材经下料切割和折弯制作而成,压板条3采用厚度为2.5毫米的铝合金板材经下料切割制作而成;
(5)根据反射面面板模具、Z型材环筋梁2-1、Z型材纵筋梁2-2、弯角件4和压板条3设计固定工装。固定工装起到对Z型材环筋梁2-1、Z型材纵筋梁2-2、弯角件4和压板条3的定位作用,在粘接固化过程中还起到施加压力的作用;
(6)在反射面单元模具2上,通过机械加工工艺校型,使Z型材环筋梁2-1 的粘接面与模具曲面贴附,使Z型材纵筋梁2-2的粘接面与模具曲面贴附,压板条3的粘接面与模具曲面贴附;
(7)通过固定工装将Z型材环筋梁2-1固定在反射面单元模具上;在Z型材环筋梁2-1的两端上表面涂覆胶粘剂层,将Z型材纵筋梁2-2压置在Z型材环筋梁2-1上;在弯角件4的外凸平面涂覆胶粘剂层,将弯角件4贴附在Z型材筋梁2-1、2-2的接合部;在压板条3的内凹曲面涂覆胶粘剂层,将压板条3压置在Z型材环筋梁2-1和Z型材纵筋梁2-2开槽部分的上表面;通过固定工装施加接触压,固化构成反射面单元筋梁骨架;
(8)用胶带密封蒙皮1,采用真空负压工艺使其贴覆在反射面单元模具上,在蒙皮1外凸曲面上标记粘接面外形线,在粘接面上涂覆胶粘剂层,将Z型材环筋梁2-1与Z型材纵筋梁2-2构成的骨架定位压置在蒙皮1上进行粘接固化,固化工艺过程结束后去除胶带、释放真空负压,完成高精度天线反射面面板的制造。