CN104210115A - 一种天线展开肋的制作方法及其展开肋 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种天线展开肋的制作方法，包括：根据展开肋模型加工出阳模；在阳模上铺层第一碳纤维单向带，获得第一碳纤维铺层；将铝蜂窝缠卷在第一碳纤维铺层上，并相互紧密贴合粘接，使铝蜂窝在铝蜂窝接口处粘接；在铝蜂窝上铺设第二碳纤维单向带，获得第二碳纤维铺层，并相互紧密贴合粘接；抽取掉阳模，获得展开肋；将展开肋放置在阴模中进行充气加压，使得第一碳纤维铺层、第二碳纤维铺层和铝蜂窝紧密贴合；取掉阴模，对展开肋进行高温或中温成型，完成展开肋的制作。本发明的展开肋的制作方法工艺成熟、操作稳定可靠、实用性强，所制成的展开肋刚度大、热膨胀系数低，特别适用于在太空中要经历严酷的高低温环境的天线反射器。

Description

一种天线展开肋的制作方法及其展开肋
技术领域
本发明涉及一种天线展开肋的制作方法，还涉及一种天线展开肋。
背景技术
天线展开肋是大型可展开伞状天线反射器的重要结构组成部分和关键部件。数根展开肋沿天线反射器焦轴均布对称安装在天线反射器的底座上，形成天线型面成型的基础结构，每一根天线展开肋均可以绕天线底座上的转轴在一定角度范围内自由转动并锁定，锁定后形成一个悬臂梁结构。
由于展开肋为天线反射器的反射网提供支撑，展开肋的变形对反射网的型面影响比较大，尤其是展开肋根部的变形对反射面的影响更为严重。虽然可以通过加大加粗的方法来提高展开肋的刚度，但是这种方法也会导致展开肋重量急剧上升，进而使得天线反射器的重量加大。另外，天线反射器在太空中在轨运行时要经历严酷的高低温的环境，在这种环境下，展开肋很容易发生热变形，从而使得展开肋产生形变，进而影响到天线反射器的型面精度和型面稳定性。因此，在现实中，急需一种在不改变展开肋重量的前提下，刚度高、热膨胀系数低的天线展开肋。
现有技术中，制作天线展开肋的方法主要是碳纤维铺层方法，其主要的工艺步骤是：1.根据展开肋形状将展开肋分解为两个U型肋，两个U型肋可以口对口配合在一起形成原始所需要的展开肋形状；2.根据两个U型肋设计铸造并加工阳模和阴模；3.在两个阳模上分别进行两个U型肋碳纤维铺层，脱模；4.将两个U型肋口对口扣在一起并在重合部分涂覆结构胶，然后将其放入阴模中进行高温固化；5.取下阴模具，展开肋成型完毕。然而，通过这种方法制作的天线展开肋其刚度较低，其尺寸不能做到很大。这是因为碳纤维的密度较大，当展开肋尺寸越大时，其比刚度越低，无法适应大型可展开天线反射器，例如，口径为10米以上的可展开天线反射器，对高刚度、低质量的要求。
发明内容
为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种天线展开肋的制作方法，以及通过这种方法所制成的刚度大、热膨胀系数低的展开肋。
本发明公开了一种天线展开肋的制作方法，包括如下步骤：
①根据展开肋的模型，加工出用于所述展开肋成型的阳模；
②在所述阳模加工完毕之后，根据所需要的层数和铺层角度在所述阳模上铺设第一碳纤维单向带，获得第一碳纤维铺层；
③将铝蜂窝缠卷在所述第一碳纤维铺层上，并使所述铝蜂窝与所述第一碳纤维铺层紧密贴合粘接，使所述铝蜂窝在铝蜂窝接口处粘接；
④在所述铝蜂窝上根据所需要的层数和铺层角度铺设第二碳纤维单向带，获得第二碳纤维铺层，并使所述铝蜂窝与所述第二碳纤维铺层紧密贴合粘接；
⑤抽取掉所述阳模，获得由所述第一碳纤维铺层、铝蜂窝、第二碳纤维铺层形成的展开肋；
⑥将所述展开肋放置在阴模中进行充气加压，使得所述第一碳纤维铺层、第二碳纤维铺层和所述铝蜂窝在压力的作用下紧密贴合；
⑦抽取掉所述阴模，对所述经过充气加压的展开肋进行高温固化成型或中温固化成型；
⑧成型结束，取出所述经过高温固化成型或中温固化成型的展开肋，完成所述展开肋的制作。
优选地，步骤③中，通过结构胶使所述铝蜂窝在铝蜂窝接口处粘接；步骤③和④中，通过胶膜使所述铝蜂窝与所述第一碳纤维铺层、第二碳纤维铺层紧密贴合粘接。
优选地，步骤②和④中，所述第一碳纤维单向带和所述第二碳纤维单向带都采用准零膨胀设计。
优选地，步骤②和④中，所述第一碳纤维铺层和所述第二碳纤维铺层的层数都为4层，所述铺层角度可以从0、±45、±60和±90度中进行选择组合。
优选地，所述第一碳纤维铺层和所述第二碳纤维铺层关于所述铝蜂窝相互对称。
优选地，所述第一碳纤维铺层的四层铺层的铺层角度可以依次设置为0度、60度、-60度和0度，或者设置为0度、45度、-45度和0度，或者设置为90度、45度、-45度和90度，同时与所述第一碳纤维铺层相对应的所述第二碳纤维铺层的四层铺层的铺层角度也相应地依次设置为0度、60度、-60度和0度，或者设置为0度、45度、-45度和0度，或者设置为90度、45度、-45度和90度。
优选地，步骤⑤中，所述阴模中的压力的范围为5至10个标准大气压。
优选地，步骤⑦中，在对所述展开肋进行所述高温固化成型或中温固化成型之前，先将所述展开肋的周围环境抽真空，使所述展开肋置于真空的状态下。
优选地，步骤⑦中，所述高温成型的温度为160-200℃，所述中温固化温度为100-130℃。
本发明还公开了一种由上述制作方法制作的展开肋。
本发明的天线展开肋的制作方法工艺成熟、操作稳定可靠、实用性强，所制成的展开肋刚度大、热膨胀系数低，特别适用于在太空中要经历严酷的高低温环境、口径在10米以上的可展开的天线反射器。
附图说明
图1为伞状可展开天线反射器的示意图。
图2为展开肋在收拢状态下和在展开状态下的示意图。
图3为本发明的用于展开肋成型的阳模的示意图。
图4为本发明的阳模沿图3中A-A方向的截面图。
图5为本发明的第一碳纤维单向带的铺设位置示意图。
图6为本发明的铝蜂窝缠卷位置示意图。
图7为本发明的第二碳纤维单向带的铺设位置示意图。
图8为本发明的在阴模中进行充气加压的示意图。
附图标记：
展开肋1
阳模21、阴模22
第一碳纤维单向带31、第二碳纤维单向带32
铝蜂窝4
铝蜂窝接口处5
具体实施方式
以下结合附图与具体实施例进一步阐述本发明的优点。
如图1所示，伞状可展开天线反射器主要包括天线底座、天线展开肋1、副反射器系统、馈源系统以及相应的支撑系统等部件。如图2所示，天线展开肋1可以绕天线底座上的展开机构在一定角度范围内展开。当展开肋1完全展开到位之后，可以通过天线底座上的锁定机构将展开肋1的锁定，此时，设置在展开肋1上的天线索网就构成了伞状可展开天线反射器的反射型面。展开肋1自身刚度和热变形对于天线反射型面精度以及型面精度的稳定性具有重要的影响，展开肋1自身刚度越大，热膨胀系数越小，则天线型面精度越容易保证，型面精度稳定性越高。
如图3至图8所示，本发明公开了天线展开肋1的制作方法，包括以下步骤：
①获得阳模21；
不同的天线反射器对展开肋1的形状、大小和长度等参数有着不同的要求，以前期所设计的天线反射器的展开肋1的模型为基础，加工出用于展开肋1成型的阳模，所述阳模优选热胀系数低的材料进行制作。
②铺设第一碳纤维单向带31，获得第一碳纤维铺层；
在所述阳模21加工完毕之后，根据所需要的层数和铺层角度，在所述阳模21上铺设第一碳纤维单向带31，获得第一碳纤维铺层。第一碳纤维单向带31要采用准零膨胀设计。所获得的第一碳纤维铺层的层数可以是2层、三层或者四层等等，铺层角度可以在0、±45、±60和±90度中任意组合，即第一碳纤维单向带31可以沿着阳模的延伸方向进行铺层，即0度的方向进行铺层，也可以沿着与阳模的延伸方向成±45度的方向进行铺层，或者成±60和±90度的方向进行铺层，当然，也可以采用其它的角度，并不限于所列举的角度。一优选实施例中，第一碳纤维铺层的层数为四层，第一碳纤维铺层的四层铺层的铺层角度可以依次设置为0度、60度、-60度和0度，或者设置为0度、45度、-45度和0度，或者设置为90度、45度、-45度和90度。
③缠卷铝蜂窝4并将铝蜂窝4与第一碳纤维铺层紧密贴合粘接；
将铝蜂窝4缠卷在所述第一碳纤维铺层上，并使所述铝蜂窝4与所述第一碳纤维铺层紧密贴合粘接，使所述铝蜂窝4在铝蜂窝接口处5粘接。一优选实施例中，通过胶膜使铝蜂窝4与第一碳纤维单向带31的铺层紧密贴合粘接的，通过结构胶使所述铝蜂窝4在铝蜂窝接口处5粘接。所述胶膜和结构胶能够满足太空中高低温的空间环境的要求。
④铺设第二碳纤维单向带32，获得第二碳纤维铺层；
在铝蜂窝4上根据所需要的层数和铺层角度铺设第二碳纤维单向带32，获得第二碳纤维铺层，并使铝蜂窝4与第二碳纤维铺层紧密贴合粘接。第二碳纤维单向带32也要采用准零膨胀设计。一优选实施例中，第二碳纤维铺层的层数也为四层，与第一碳纤维铺层相对应的第二碳纤维铺层的四层铺层的铺层角度也相应地依次设置为0度、60度、-60度和0度，或者设置为0度、45度、-45度和0度，或者设置为90度、45度、-45度和90度。第一碳纤维铺层和第二碳纤维铺层关于所述铝蜂窝4相互对称。
⑤抽取掉所述阳模21，获得所述展开肋1；
⑥充气加压；
将抽取阳模21后获得的展开肋1放置在阴模22中进行充气加压，使得第一碳纤维单向带31的铺层、第二碳纤维单向带32的铺层和铝蜂窝4在压力的作用下相互紧密贴合。压力的范围为5至10个标准大气压，压力过小，则可能导致碳纤维铺层和蜂窝结构粘接强度降低，导致刚度降低；压力过大，则容易对碳纤维铺层造成破坏。
⑦高温固化成型或中温固化成型；
取掉阴模22，对所述经过充气加压的展开肋1进行高温固化成型或中温固化成型。例如，可以将充气加压后获得的展开肋1放置在高温箱中，对所述展开肋1进行高温固化成型或中温固化成型。其中，高温固化成型的温度为160-200℃，中温固化成型的温度为100-130℃，在上述的温度范围内均可以满足展开肋成型的要求，温度过低会导致展开肋固化程度不够，降低其刚度；温度过高则没有必要，还容易造成展开肋损坏。一优选实施例中，在对所述展开肋1进行所述高温固化成型或中温固化成型之前，先将所述展开肋1的周围环境抽真空，使所述展开肋1置于真空的状态下。例如，将展开肋1放置在高温箱中，再先将高温箱抽真空。抽真空可以使得碳纤维铺层和蜂窝结构更加紧密的贴合。
⑧完成展开肋1的制作；
高温成型结束，取出展开肋1，完成整个展开肋1的制作过程。
本发明还公开了一种由上述制作方法制作的展开肋1。
本发明的展开肋1的制作方法工艺成熟、操作稳定可靠、实用性强，所制成的展开肋1刚度大、热膨胀系数低，特别适用于在太空中要经历严酷的高低温环境的天线反射器。
应当注意的是，本发明的实施例有较佳的实施性，且并非对本发明作任何形式的限制，任何熟悉该领域的技术人员可能利用上述揭示的技术内容变更或修饰为等同的有效实施例，但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改或等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种天线展开肋的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
①根据展开肋的模型，加工出用于所述展开肋成型的阳模；
②在所述阳模加工完毕之后，根据所需要的层数和铺层角度在所述阳模上铺设第一碳纤维单向带，获得第一碳纤维铺层；
③将铝蜂窝缠卷在所述第一碳纤维铺层上，并使所述铝蜂窝与所述第一碳纤维铺层紧密贴合粘接，使所述铝蜂窝在铝蜂窝接口处粘接；
④在所述铝蜂窝上根据所需要的层数和铺层角度铺设第二碳纤维单向带，获得第二碳纤维铺层，并使所述铝蜂窝与所述第二碳纤维铺层紧密贴合粘接；
⑤抽取掉所述阳模，获得由所述第一碳纤维铺层、铝蜂窝、第二碳纤维铺层形成的展开肋；
⑥将所述展开肋放置在阴模中进行充气加压，使得所述第一碳纤维铺层、第二碳纤维铺层和所述铝蜂窝在压力的作用下紧密贴合；
⑦抽取掉所述阴模，对所述经过充气加压的展开肋进行高温固化成型或中温固化成型；
⑧成型结束，取出所述经过高温固化成型或中温固化成型的展开肋，完成所述展开肋的制作。
2.如权利要求1所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，步骤③中，通过结构胶使所述铝蜂窝在铝蜂窝接口处粘接；步骤③和④中，通过胶膜使所述铝蜂窝与所述第一碳纤维铺层、第二碳纤维铺层紧密贴合粘接。
3.如权利要求1所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，步骤②和④中，所述第一碳纤维单向带和所述第二碳纤维单向带都采用准零膨胀设计。
4.如权利要求1所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，步骤②和④中，所述第一碳纤维铺层和所述第二碳纤维铺层的层数都为4层，所述铺层角度可以从0、±45、±60和±90度中进行选择组合。
5.如权利要求4所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，所述第一碳纤维铺层和所述第二碳纤维铺层关于所述铝蜂窝相互对称。
6.如权利要求5所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，所述第一碳纤维铺层的四层铺层的铺层角度可以依次设置为0度、60度、-60度和0度，或者设置为0度、45度、-45度和0度，或者设置为90度、45度、-45度和90度，同时与所述第一碳纤维铺层相对应的所述第二碳纤维铺层的四层铺层的铺层角度也相应地依次设置为0度、60度、-60度和0度，或者设置为0度、45度、-45度和0度，或者设置为90度、45度、-45度和90度。
7.如权利要求1所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，步骤⑤中，所述阴模中的压力的范围为5至10个标准大气压。
8.如权利要求1所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，步骤⑦中，在对所述展开肋进行所述高温固化成型或中温固化成型之前，先将所述展开肋的周围环境抽真空，使所述展开肋置于真空的状态下。
9.如权利要求1所述的天线展开肋的制作方法，其特征在于，步骤⑦中，所述高温成型的温度为160-200℃，所述中温固化温度为100-130℃。
10.一种应用权利要求1至8中任一制作方法制作的展开肋。
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