CN103560331A - 大口径高精度副反射面及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种大口径高精度副反射面及其制造方法，包括顶部面板、内圈面板和外圈面板，顶部面板采用没有加强筋的铝合金薄壳结构，内圈面板包括铝合金材质的内圈面板整体蒙皮、内圈环向筋条、内圈纵向筋条、内圈玻璃钢蜂窝和内圈玻璃布，外圈面板由若干沿径向均匀分布的单块外圈面板组成，单块外圈面板包括铝合金材质的外圈面板蒙皮、外圈环向筋条、外圈纵向筋条、外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布；内圈面板整体蒙皮由旋压法成型，外圈面板蒙皮由拉型法成型。本发明解决了现有副反射面结构形式存在的成型精度低、加工成本高和生产周期长的诸多缺点。适用于大口径高精度副反射面，具有成型精度高、加工成本较低及生产效率高的特点。

Description

大口径高精度副反射面及其制造方法

技术领域

本发明涉及天线技术领域，具体为一种大口径高精度副反射面及其制造方法。 

背景技术

大口径高精度副反射面主要应用于大型精密测量雷达、深空探测与通信、大型射电天文望远镜天线结构子系统。大口径高精度副反射面主要作用是反射空间电磁波。 

目前，传统的副反射面的结构形式及其制造工艺主要有以下几种： 

一.薄板成型结构。即将金属薄板加工成型，并在成型的薄板背部布有加强筋以提高其刚性。其中金属薄板成型方法主要有旋压法和拉型法。 

（1）.旋压法： 

旋压法是在机床上用滚轮对毛坯施加压力而使坯料变形的成型方法（滚轮的运动靠机床控制）。旋压法不需要成型模具，具有加工效率高、生产成本低的优点，但是成型精度较低，且一般只能加工口径在0.7-3m的圆形抛物面的小口径副反射面，不适宜加工大口径的副反射面。 

（2）.拉型法： 

拉型法适宜于大口径副反射面的制造。先将大口径副反射面划分成若干单块面板分别加工成型，然后将单块面板拼装成完整的副反射面。其中单块面板的成型工序是：先制作拉伸模具，然后在蒙皮拉伸机上将金属薄板料通过蒙皮拉伸模具拉伸成型，同时在筋条拉伸机上将筋条通过筋条拉伸模具拉伸成型，最后将拉伸蒙皮与刚性拉伸筋条用铆接法或胶粘法加工成单块面板。此方法具有面板成型简单，生产周期短，生产成本相对低的优点，但是成型精度较低，单块面板精度最高只能达到0.25mm（r.m.s）。 

二.蜂窝夹芯层结构。根据常用夹芯层的材料又可分为铝蜂窝夹芯层结构和玻璃钢蜂窝夹芯层结构。 

铝蜂窝夹芯层结构是由铝箔制成的蜂窝状夹层与前后两层蒙皮组成，蒙皮厚度一般为0.25-1mm，等厚度的铝蜂窝夹层可用滚压法、拉弯法等成型方法获得曲面外形，但只适用于外形曲率较小的板件。其优点是强度、刚度高而重量轻，缺点是精度较低， 传热系数低，受太阳照射时，温度变形大。 

玻璃钢蜂窝夹芯层结构是由前后两层玻璃布作为蜂窝夹芯层的表面蒙皮，再与玻璃钢蜂窝夹芯层胶合成反射面，在要作为反射面的一侧表面采用化学沉铜、火焰喷铝或覆铜丝网的方法使其表面对电磁波具有良好的反射特性。这种结构具有强度、刚度高，重量轻的优点，但反射面精度较低，生产周期长，生产成本高，且玻璃钢耐温性能差，易老化，易燃烧。 

三.具有加强筋的薄壳结构。可用铝合金铸造成有加强筋的薄壳结构并在高精度机床上加工成型，或者将厚板料在高精度机床上直接加工成具有加强筋的薄壳结构的副反射面。这种结构及制造工艺可获得较高的面精度。但此结构自重大；在精密机床上加工时，切削余量大，生产周期长；同时无论铸造毛坯还是板料毛坯的材料浪费大，材料费用高，因此造成此结构的总体生产成本过高，同时对于大口径反射面，毛坯为大型铝合金铸件，毛坯变形大，砂眼不易控制。 

随着雷达、深空探测等技术的发展，对副反射面的口径要求越来越大，采用上述单一传统的方法设计并制造大口径（如6000mm以上）的高精度副反射面已经不能满足要求。 

发明内容

要解决的技术问题 

为了克服传统的副反射面结构和工艺方面的不足，本发明提出一种大口径高精度副反射面及其制造方法，该技术解决了现有副反射面结构形式存在的成型精度低、加工成本高和生产周期长的诸多缺点。本技术适用于大口径高精度副反射面，具有成型精度高、加工成本较低及生产效率高的特点。 

技术方案 

本发明的技术方案为： 

所述一种大口径高精度副反射面，其特征在于：从副反射面顶部到边缘依次分为顶部面板、内圈面板和外圈面板；顶部面板采用没有加强筋的铝合金薄壳结构；内圈面板包括铝合金材质的内圈面板整体蒙皮、内圈环向筋条、内圈纵向筋条、内圈玻璃 钢蜂窝和内圈玻璃布，内圈环向筋条以及内圈纵向筋条通过内圈弯角件固定连接在内圈面板整体蒙皮背面，内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域由内圈玻璃钢蜂窝填充，内圈玻璃钢蜂窝与内圈面板整体蒙皮背面粘贴固定；在内圈玻璃钢蜂窝外侧、内圈环向筋条外侧以及内圈纵向筋条外侧胶粘固定有3-5层内圈玻璃布；外圈面板由若干沿径向均匀分布的单块外圈面板组成，单块外圈面板包括铝合金材质的外圈面板蒙皮、外圈环向筋条、外圈纵向筋条、外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布，外圈环向筋条以及外圈纵向筋条通过外圈弯角件固定连接在外圈面板蒙皮背面，外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域由外圈玻璃钢蜂窝填充，外圈玻璃钢蜂窝与外圈面板蒙皮背面粘贴固定；在外圈玻璃钢蜂窝外侧、外圈环向筋条外侧以及外圈纵向筋条外侧胶粘固定有3-5层外圈玻璃布。 

所述一种大口径高精度副反射面，其特征在于：内圈玻璃钢蜂窝和外圈内圈玻璃钢蜂窝的厚度相同，均为15mm-30mm。 

所述一种大口径高精度副反射面，其特征在于：顶部面板的投影圆直径不大于400mm，内圈面板的投影圆环外径不大于2500mm。 

所述一种大口径高精度副反射面的制造方法，其特征在于： 

首先制造顶部面板，内圈面板和外圈面板： 

顶部面板采用铸铝件在数控机床上直接加工成型； 

内圈面板的制造方法为： 

步骤a.1：采用旋压法初步成型内圈面板整体蒙皮； 

步骤a.2：将内圈环向筋条以及内圈纵向筋条通过内圈弯角件铆接在内圈面板整体蒙皮背面； 

步骤a.3：按照内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域形状放大裁剪内圈玻璃钢蜂窝和内圈玻璃布，其中内圈玻璃钢蜂窝边缘放大10mm，内圈玻璃布边缘放大15-30mm； 

步骤a.4：将内圈玻璃钢蜂窝压入内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域，并用粘接剂粘贴固定到内圈面板整体蒙皮背面； 

步骤a.5：在内圈玻璃钢蜂窝外侧、内圈环向筋条外侧以及内圈纵向筋条外侧胶粘固定3-5层内圈玻璃布并固化，形成内圈面板； 

外圈面板的制造方法为： 

步骤b.1：采用拉型法初步成型外圈面板蒙皮； 

步骤b.2：将外圈环向筋条以及外圈纵向筋条通过外圈弯角件铆接在外圈面板蒙皮背面； 

步骤b.3：按照外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域形状放大裁剪外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布，其中外圈玻璃钢蜂窝边缘放大10mm，外圈玻璃布边缘放大15-30mm； 

步骤b.4：将外圈玻璃钢蜂窝压入外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域，并用粘接剂粘贴固定到外圈面板蒙皮背面； 

步骤b.5：在外圈玻璃钢蜂窝外侧、外圈环向筋条外侧以及外圈纵向筋条外侧胶粘固定3-5层外圈玻璃布并固化，形成单块外圈面板； 

步骤b.6：将若干块单块外圈面板铆接装配成外圈面板； 

其次将顶部面板，内圈面板和外圈面板装配成完整的副反射面；最后将装配好的完整副反射面装夹在工装上，用数控机床对整个副反射面的曲面进行精加工，从而获得高精度的副反射面。 

有益效果 

本发明的有益效果是：新的结构形式中玻璃钢蜂窝和玻璃布加强了副反射面蒙皮的强度，待粘接剂固化后，可形成硬度很高的硬质层，一定程度上也增加了单块面板结构的强度和刚性，同时采用此方法加强后的副反射面在进行数控机床精加工曲面时可以有效减少加工变形，提高了副反射面的加工精度。新的结构形式中反射面即面板的前蒙皮采用铝合金板，背面的玻璃钢蜂窝夹芯结构主要是为了增加面板的强度和刚度，防止在数控机床精加工副反射面曲面时产生的变形，所以玻璃钢蜂窝耐温性能差，易老化、易燃烧的缺点对其影响不大。与传统薄板成型结构相比，传统结构的反射面只能通过旋压法和拉型法一次成型，因为加工变形大不能在机床上对其反射面进行精 加工，从而使传统结构的面精度较低，新的结构克服了这个缺点。与传统具有加强筋的薄壳结构相比，新的结构可达到与之相同的高精度，但又克服了传统结构自重大，生产周期长，生产成本高，质量不容易控制的缺点。采用这种创新的薄板成型结构与蜂窝夹芯层结构的复合结构形式，可使整体副反射面精度达到0.15mm(r.m.s)以上，同时还能有效减少材料的浪费，缩短生产周期从而降低生产成本。综上所述本发明具有成型精度高，工艺简单、生产效率高、生产成本低的优点。 

附图说明

图1：实施例副反射面装配图主视图； 

图2：图1的A向视图即副反射面正面视图； 

图3：图1的B向视图即未粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层的副反射面背面视图； 

图4：未粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层的内圈面板背面装配示意图； 

图5：粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层后的内圈面板剖面结构示意图； 

图6：是粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层后的内圈面板背面装配示意图； 

图7：是单块外圈面板正面装配示意图； 

图8：是未粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层的单块外圈面板背面装配示意图； 

图9：是粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层后的单块外圈面板背面装配示意图； 

图10：是粘贴玻璃钢蜂窝夹芯层后的外圈面板剖面结构局部示意图。 

其中：1、顶部面板；2、内圈面板；3、外圈面板；4、内圈环向筋条；5、内圈纵向筋条；6、内圈面板整体蒙皮；7、内圈弯角件；8、玻璃钢蜂窝；9、玻璃布；10、外圈环向筋条；11、外圈面板蒙皮；12、外圈纵向筋条；13、外圈弯角件。 

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明： 

本实施例中的副反射面口径达6100mm，参照附图1，整个副反射面由顶部面板1，内圈面板2和外圈面板3三部分装配而成，三部分的分割线尺寸如图1和图2所示，其中外圈面板均分为8块单块单块外圈面板，两条径向分割线夹角均为45度。 

顶部面板采用没有加强筋的铝合金薄壳结构，采用铸铝件在数控机床上直接加工 成型。顶部面板的投影圆直径不大于400mm。 

内圈面板包括铝合金材质的内圈面板整体蒙皮、内圈环向筋条、内圈纵向筋条、内圈玻璃钢蜂窝和内圈玻璃布。内圈面板的制造方法为： 

步骤a.1：内圈面板蒙皮因为口径小（投影圆环外径不大于2500mm），所以用4mm厚铝板3A21采用旋压法初步成型，得到内圈面板整体蒙皮； 

步骤a.2：将内圈环向筋条以及内圈纵向筋条通过内圈弯角件铆接在内圈面板整体蒙皮背面； 

步骤a.3：按照内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域形状放大裁剪内圈玻璃钢蜂窝和内圈玻璃布，其中内圈玻璃钢蜂窝边缘放大10mm，内圈玻璃布边缘放大15-30mm；依据我们对玻璃钢蜂窝夹芯层结构物理、力学性能的测试结果以及内外圈面板结构尺寸，内圈玻璃钢蜂窝厚度选定为15mm-30mm。 

步骤a.4：将内圈玻璃钢蜂窝压入内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域，并用粘接剂将内圈玻璃钢蜂窝粘贴固定到内圈面板整体蒙皮背面； 

步骤a.5：在内圈玻璃钢蜂窝外侧、内圈环向筋条外侧以及内圈纵向筋条外侧胶粘固定3-5层内圈玻璃布并固化，形成带有玻璃钢蜂窝夹芯层加强结构的内圈面板。 

单个外圈面板包括铝合金材质的外圈面板蒙皮、外圈环向筋条、外圈纵向筋条、外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布。外圈面板的制造方法为： 

步骤b.1：用4mm厚铝板3A21通过拉型法初步成型，得到外圈面板蒙皮； 

步骤b.2：将外圈环向筋条以及外圈纵向筋条通过外圈弯角件铆接在外圈面板蒙皮背面； 

步骤b.3：按照外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域形状放大裁剪外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布，其中外圈玻璃钢蜂窝边缘放大10mm，外圈玻璃布边缘放大15-30mm；依据我们对玻璃钢蜂窝夹芯层结构物理、力学性能的测试结果以及内外圈面板结构尺寸，外圈玻璃钢蜂窝厚度与内圈玻璃钢蜂窝厚度相同，也选定为15mm-30mm。 

步骤b.4：将外圈玻璃钢蜂窝压入外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域，并用 粘接剂将外圈玻璃钢蜂窝粘贴固定到外圈面板蒙皮背面； 

步骤b.5：在外圈玻璃钢蜂窝外侧、外圈环向筋条外侧以及外圈纵向筋条外侧胶粘固定3-5层外圈玻璃布并固化，形成带有玻璃钢蜂窝夹芯层加强结构的单块外圈面板； 

步骤b.6：将若干块单块外圈面板铆接装配成外圈面板。 

最后将顶部面板，内圈面板和外圈面板装配成完整的副反射面，并将装配好的完整副反射面装夹在工装上，用数控机床对整个副反射面的曲面进行精加工，从而获得高精度的副反射面。 

Claims (4)

1.一种大口径高精度副反射面，其特征在于：从副反射面顶部到边缘依次分为顶部面板、内圈面板和外圈面板；顶部面板采用没有加强筋的铝合金薄壳结构；内圈面板包括铝合金材质的内圈面板整体蒙皮、内圈环向筋条、内圈纵向筋条、内圈玻璃钢蜂窝和内圈玻璃布，内圈环向筋条以及内圈纵向筋条通过内圈弯角件固定连接在内圈面板整体蒙皮背面，内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域由内圈玻璃钢蜂窝填充，内圈玻璃钢蜂窝与内圈面板整体蒙皮背面粘贴固定；在内圈玻璃钢蜂窝外侧、内圈环向筋条外侧以及内圈纵向筋条外侧胶粘固定有3-5层内圈玻璃布；外圈面板由若干沿径向均匀分布的单块外圈面板组成，单块外圈面板包括铝合金材质的外圈面板蒙皮、外圈环向筋条、外圈纵向筋条、外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布，外圈环向筋条以及外圈纵向筋条通过外圈弯角件固定连接在外圈面板蒙皮背面，外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域由外圈玻璃钢蜂窝填充，外圈玻璃钢蜂窝与外圈面板蒙皮背面粘贴固定；在外圈玻璃钢蜂窝外侧、外圈环向筋条外侧以及外圈纵向筋条外侧胶粘固定有3-5层外圈玻璃布。

2.根据权利要求1所述一种大口径高精度副反射面，其特征在于：内圈玻璃钢蜂窝和外圈内圈玻璃钢蜂窝的厚度相同，均为15mm-30mm。

3.根据权利要求1或2所述一种大口径高精度副反射面，其特征在于：顶部面板的投影圆直径不大于400mm，内圈面板的投影圆环外径不大于2500mm。

4.一种大口径高精度副反射面的制造方法，其特征在于：

首先制造顶部面板，内圈面板和外圈面板：

顶部面板采用铸铝件在数控机床上直接加工成型；

内圈面板的制造方法为：

步骤a.1：采用旋压法初步成型内圈面板整体蒙皮；

步骤a.2：将内圈环向筋条以及内圈纵向筋条通过内圈弯角件铆接在内圈面板整体蒙皮背面；

步骤a.3：按照内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域形状放大裁剪内圈玻璃钢蜂窝和内圈玻璃布，其中内圈玻璃钢蜂窝边缘放大10mm，内圈玻璃布边缘放大15-30mm；

步骤a.4：将内圈玻璃钢蜂窝压入内圈环向筋条与内圈纵向筋条之间的区域，并用粘接剂粘贴固定到内圈面板整体蒙皮背面；

步骤a.5：在内圈玻璃钢蜂窝外侧、内圈环向筋条外侧以及内圈纵向筋条外侧胶粘固定3-5层内圈玻璃布并固化，形成内圈面板；

外圈面板的制造方法为：

步骤b.1：采用拉型法初步成型外圈面板蒙皮；

步骤b.2：将外圈环向筋条以及外圈纵向筋条通过外圈弯角件铆接在外圈面板蒙皮背面；

步骤b.3：按照外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域形状放大裁剪外圈玻璃钢蜂窝和外圈玻璃布，其中外圈玻璃钢蜂窝边缘放大10mm，外圈玻璃布边缘放大15-30mm；

步骤b.4：将外圈玻璃钢蜂窝压入外圈环向筋条与外圈纵向筋条之间的区域，并用粘接剂粘贴固定到外圈面板蒙皮背面；

步骤b.5：在外圈玻璃钢蜂窝外侧、外圈环向筋条外侧以及外圈纵向筋条外侧胶粘固定3-5层外圈玻璃布并固化，形成单块外圈面板；

步骤b.6：将若干块单块外圈面板铆接装配成外圈面板；

其次将顶部面板，内圈面板和外圈面板装配成完整的副反射面；最后将装配好的完整副反射面装夹在工装上，用数控机床对整个副反射面的曲面进行精加工，从而获得高精度的副反射面。

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