CN106921031B - 一种机载刀型天线罩及其精确制造方法 - Google Patents

一种机载刀型天线罩及其精确制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种机载刀型天线罩及其精确制造方法。它由内表面层、功能层、底平面层、止口层和外表面层组合构成，内表面层、底平面层、止口层和外表面层由不同规格的高强玻纤预浸料构成，功能层采用高强玻纤预浸料、金属阵子、nomex蜂窝等不同材料构成，以满足宽频、高透波、隐身等多种不同的功能，将各铺层按照内表面层、止口层、功能层、底平面层和外表面层等顺序依次铺放在芯模上，然后装配外模，并密封真空袋，通过真空系统和烘箱实现加热固化成型为一个整体，设置分层方法和铺覆顺序，可实现高速下料和不同分层的精确预制，采用金属外模和硅橡胶芯模组合的方法，保证了机载刀型天线罩的尺寸精度，同时降低了工艺成本。

Description

一种机载刀型天线罩及其精确制造方法
技术领域
本发明涉及一种天线罩及其制造方法，特别是涉及一种具有高强度、宽频、高透波、隐身功能等特性的机载刀型天线罩及其精确制造方法。
背景技术
刀型天线具有频带宽、体积小等优点，作为通信天线广泛应用于飞行器通信系统中。另一方面，机载天线安装于飞机平台后，对飞机的重心分布、气动性能和隐身性能等产生影响。当天线安装在机体上后，作为飞机的载荷，增加了飞机的局部重量，将会改变原机的重心分布，导致影响飞机的平衡、安全性和操纵性，因此应在满足性能指标的前提下，尽可能的进行小型化设计，减轻重量；天线安装突出机体表面，由于风阻因素，对飞机的气动性能产生影响，为保证飞行安全，需对天线、天线罩的形状、大小、安装位置及安装方式进行气动、强度分析，实现满足飞机气动要求的结构设计；机载天线在飞机表面形成的边缘、拐角、尖端等结构的不连续性，会引起对雷达照射波的各种散射，从而使全机的雷达散射截面积RCS增加，因此，需要进行设计以达到飞机的RCS要求。
根据上述特点，对机载刀型天线罩赋予了较高的要求，需要满足透波性能要求、重量要求、强度要求、气动性能要求等多项指标，同时为了满足天线的接地需求，对天线罩的内、外装配面提出了严格的公差要求。传统的天线罩采用手糊成型工艺，制备过程树脂含量高，易产生表面缺陷，需要大量的后续修补工作，影响了天线罩产品的力学强度和外形尺寸，导致出现重量一致性差、装配困难、环境试验开裂等问题，不满足机载环境的应用要求。而且，传统手糊工艺难以实现高精确度控制，不能满足隐身功能等高精确度电厚度设计的公差要求。
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、成熟的复合材料袋压成型工艺制造的重量稳定、外型尺寸精度高、力学性能好、可实现高精确度电厚度公差控制的机载刀型天线罩极其精确制造方法。
本发明的目的是这样实现的，
提供了一种新型机载刀型天线罩，包括天线罩主体，所述的天线罩主体，天线罩主体包括水平延伸的装配部，其特征在于：天线罩主体由外至内依次包括外表面层7、功能层4和内表面层3；功能层4的底边沿连接至外表面层7装配部的内壁上，功能层4与外表面层7之间隔绝出一空腔，在空腔内填充有底平面层5，位于功能层4下方在外表面层7与内表面层3之间设有止口层，止口层6与天线罩主体的装配区的止口形状相同。
进一步的，天线罩主体的装配部的中央处设有竖直延伸的透波区，透波区1由下至上逐渐聚拢，透波区的两侧边棱都为弧形倒角。
进一步的，所述的透波区由两侧向中央延伸逐渐分离变宽，在透波区两侧面板的中央处对接形成边棱。
提供了一种机载刀型天线罩的精确制造方法，其包括以下步骤：
①建立模型,建立机载刀型天线罩数学模型，根据刀型天线罩数学模型建立内表面层3、功能层4、底平面层5、止口层6和外表面层7的数学模型；
②建立模具，根据内表面层3建立所需的内芯模8，根据外表面7层建立所需的外模11；
③铺料，
S1.在内芯模8上首先铺覆内表面层，内表面层覆盖内芯模的整体外壁，内表面层带有透波区和装配区；
S2.内表面铺覆完毕后，在内表面层的装配区外侧铺覆环形的止口层，止口层形成装配区处的止口；
S3.止口层铺设完毕后，在内表面层的透波区外铺覆功能层，功能层延伸至止口层的上方，功能层的外沿与止口层的边沿相齐平；
S4.在功能层外位于止口层上方铺覆环形的底平面层，底平面层由功能层的外沿起向功能层的拐角处延伸，底平面层向内延伸形成一凸尖，底平面层的凸尖刚好包裹覆盖住功能层的拐角；
S5.底平面层铺覆完毕后，在功能层及底平面层外和止口层外铺覆外表面层，外表面层延伸至止口层的底边沿，外表面层的底面与止口层的底面相齐平，外表面层铺覆完毕得到待加工复合材料铺层；
④在待加工复合材料铺层外装配外模11，装配完毕后将模具密封在真空袋内施加真空负压，通过烘箱加热实现复合材料的固化；
⑤固化完成后，依次脱除外模11和内芯模8，去除表层飞边，完成机载刀型天线罩的精确制造。
进一步的，在步骤②建立模型完毕后，首先进行裁割铺层，根据内表面层3的数学模型设计内表面铺层，根据功能层4数学模型设计功能层铺层，根据底平面层5数学模型设计底平面铺层，根据止口层6数学模型设计止口铺层，根据外表面层7数学模型设计外表面铺层，并使用铺层材料在步骤③中对应的铺料。
进一步的，所述的芯模8为用于施加成型压力的硅橡胶9和用于保证内装配尺寸的金属顶板10组合构成，硅橡胶与内表面层的内腔形状相同，所述的硅橡胶9的透波区穿过金属顶板10中央处预留的开口。
本发明与现有技术相比，所取得的有益效果为：
1.该天线罩划分为内表面层、功能层、底平面层、止口层和外表面层等5个区域，赋予了天线罩新的内部结构。不同分层的设置可以实现天线罩除常规透波要求外的新属性，通过增加含有新材料设计和电气设计的功能层，可实现天线罩的宽频特性、高透波特性和降低RCS的隐身特性。上述功能的实现，不仅能够提高雷达、天线的电性能指标，还能够实现该部分构件的隐身性能指标。
2.设置分层方法和铺覆顺序，明确了各层预浸料的精确尺寸和铺覆方法，可实现高速下料和不同分层的预制，有效限制了多区域共同铺覆产生的材料冗余，保证了天线罩电厚度设计的精确控制，保证了产品的一致性，按照新的铺料顺序降低了原有单一化铺覆的操作难度，提高了生产效率，实现了天线罩成型的模块化、精细化、流程化。
3.采用金属外模和硅橡胶芯模组合的方法，与传统方法采用芯模成型再打磨外观相比，该组合模具保证了产品的外观质量和尺寸精度，在高温作用下，硅橡胶膨胀提高了复合材料的成型压力，提高了复合材料层间密实度，降低产品空隙率，保证了产品的力学性能，同时在内外模作用下，仅去除毛刺飞边即可满足产品设计要求，减少了后续修补工作量和操作难度，降低了工艺成本。
4.采用硅橡胶作为压力源，利用膨胀挤压的原理在制作过程中可以对天线进行全角度挤压保证了挤压均匀度，尤其是边角接缝处压力均匀，成型效果好。
附图说明
图1是本发明机载刀型天线罩各层的结构的示意图。
图2是天线罩模具结构的示意图。
图3是天线罩预浸料铺层的示意图。
图4是图3中A处的放大图
图5是预浸料在内芯模上铺覆的示意图。
图6是待加工复合材料铺层在组合模具中成型的示意图。
附图中：1为透波区、2为装配区、3为内表面层、4为功能层、5为底平面层、6为止口层、7为外表面层、8为芯模、10为顶板组合、11为外模。
具体实施方式
实施例一
结合图1至5，下面对本发明作进一步说明。
图1示出了本发明一种新型机载刀型天线罩，包括天线罩主体，其特征在于：所述的天线罩主体包括水平延伸的装配区和在装配区中央竖直延伸的透波区，天线罩主体由外至内依次包括外表面层、底平面层、功能层、和内表面层；外表面层与天线罩主体的外壁形状相同，底平面层、功能层、内表面层与天线罩主体装配区和透波区上表面的形状相同，在功能层与内表面层的底面之间设有止口层，止口层与天线罩主体的装配区的止口形状相同，如图1所示，内表面层3、功能层4、底平面层5、止口层6和外表面层7均采用高强玻纤预浸料构成。
天线罩主体的透波区由下至上逐渐聚拢，透波区的两侧边棱都为弧形倒角。所述的透波区由两侧向中央延伸逐渐分离变宽，在透波区两侧面板的中央处对接形成一条边棱。
为制作上述天线罩提供了一种机载刀型天线罩的精确制造方法，其使用以下步骤制作天线罩：
①建立模型,建立机载刀型天线罩数学模型，根据刀型天线罩数学模型建立内表面层、功能层、底平面层、止口层和外表面层的数学模型；
②建立模具，如图2所示，根据内表面层建立所需的内芯模，根据外表面层建立外模；天线罩模具由芯模8和外模11组合构成，芯模8由硅橡胶9和顶板组合10构成，顶板组合10和外模11都采用45#钢经机械加工。
③铺料，如图3所天线罩不同区域的铺层裁割，据内表面层3的数学模型设计内表面铺层12，根据功能层4的数学模型设计功能层铺层13，根据底平面层5数学模型设计底平面铺层14，根据止口层6数学模型设计止口铺层15，根据外表面层7数学模型设计外表面铺层16,各铺层均由高强玻纤预浸料经高速精密自动裁割机加工构成，预浸料厚度包括0.1mm和0.2mm两种规格。
在内芯模8上首先铺覆内表面层12，内表面层覆盖内芯模8的整体外壁，内表面层带有透波区和装配区；
S2.内表面铺覆完毕后，在内表面层的装配区外侧铺覆环形的止口层，止口层形成装配区处的止口；
S3.止口层铺设完毕后，在内表面层的透波区外铺覆功能层，功能层延伸至止口层的上方，功能层的外沿与止口层的边沿相齐平；
S4.在功能层外位于止口层上方铺覆环形的底平面层，底平面层由功能层的外沿起向功能层的拐角处延伸，底平面层向内延伸形成一凸尖，底平面层的凸尖刚好包裹覆盖住功能层的拐角；
S5.底平面层铺覆完毕后，在功能层及底平面层外和止口层外铺覆外表面层，外表面层延伸至止口层的底边沿，外表面层的底面与止口层的底面相齐平，外表面层铺覆完毕得到待加工复合材料铺层；
S4底平面层铺覆完毕后，在底平面层外使用外表面铺层16铺覆外表面铺层，外表面铺层形成透波区和装配区的外表面，外表面层铺覆完毕得到待加工复合材料铺层；实施例复合材料在芯模上的铺覆效果如图4所示。
④在待加工复合材料铺层外装配外模，并采用销钉与芯模定位装配，将模具密封在真空袋内，并施加真空负压，通过烘箱加热实现复合材料的固化；实施例按照模具设计要求，按次序装配外模11，去除装配过程中产生的预浸料冗余，保证模具贴合紧密。装配完成后封装真空袋，放置在烘箱加热至120℃固化，固化过程全程保持真空负压，完成刀型天线罩的固化成型。
⑤固化完成后，依次脱除外模和芯模，去除表层飞边，完成机载刀型天线罩的精确制造。脱除模具后，仅需去除飞边即能保证装配公差要求，无需二次加工，对表面脱模剂进行打磨后，按照预设要求喷漆，完成机载刀型天线罩的制备。
所述的，芯模为用于施加成型压力的硅橡胶和用于保证内装配尺寸的金属顶板组合构成，硅橡胶与内表面层的内腔形状相同，所述的硅橡胶的透波区穿过金属顶板中央处预留的开口。
实施例二
结合图1至5，下面对本发明作进一步说明。
图1示出了本发明一种新型机载刀型天线罩，包括天线罩主体，所述的天线罩主体，天线罩主体包括水平延伸的装配部，其特征在于：天线罩主体由外至内依次包括外表面层7、功能层4和内表面层3；功能层4的底边沿连接至外表面层7装配部的内壁上，功能层4与外表面层7之间隔绝出一空腔，在空腔内填充有底平面层5，位于功能层4下方在外表面层7与内表面层3之间设有止口层，止口层6与天线罩主体的装配区的止口形状相同，内表面层3、底平面层5、止口层6和外表面层7均采用高强玻纤预浸料构成，功能层4采用金属阵子与介质材料组合构成。
天线罩主体的透波区由下至上逐渐聚拢，透波区的两侧边棱都为弧形倒角。所述的透波区由两侧向中央延伸逐渐分离变宽，在透波区两侧面板的中央处对接形成一条边棱。
为制作上述天线罩提供了一种机载刀型天线罩的精确制造方法，其特征在于包括步骤：
①建立模型,建立机载刀型天线罩数学模型，根据刀型天线罩数学模型建立内表面层、功能层、底平面层、止口层和外表面层的数学模型；
②建立模具，根据内表面层建立所需的内芯模，根据外表面层建立外模；如图2所示，实施例天线罩模具由芯模8和外模11组合构成，芯模8由硅橡胶9和顶板组合10构成，顶板组合10和外模11由45#钢经机械加工构成。
③铺料，如图3所天线罩不同区域的铺层裁割，据内表面层3的数学模型设计内表面铺层12，根据功能层4的数学模型设计功能层铺层13，功能铺层13带有金属振子的介质材料构成并采用机械加工制备成对应规格形状。根据底平面层5数学模型设计底平面铺层14，根据止口层6数学模型设计止口铺层15，根据外表面层7数学模型设计外表面铺层16,各铺层均由高强玻纤预浸料经高速精密自动裁割机加工构成，预浸料厚度包括0.1mm和0.2mm两种规格；
在内芯模8上首先铺覆内表面层12，内表面层覆盖内芯模8的整体外壁，内表面层带有透波区和装配区；
S2.内表面铺覆完毕后，在内表面层的装配区外侧铺覆环形的止口层，止口层形成装配区处的止口；
S3.止口层铺设完毕后，在内表面层的透波区外铺覆功能层，功能层延伸至止口层的上方，功能层的外沿与止口层的边沿相齐平；
S4.在功能层外位于止口层上方铺覆环形的底平面层，底平面层由功能层的外沿起向功能层的拐角处延伸，底平面层向内延伸形成一凸尖，底平面层的凸尖刚好包裹覆盖住功能层的拐角；
S5.底平面层铺覆完毕后，在功能层及底平面层外和止口层外铺覆外表面层，外表面层延伸至止口层的底边沿，外表面层的底面与止口层的底面相齐平，外表面层铺覆完毕得到待加工复合材料铺层；
④在待加工复合材料铺层外装配外模，并采用销钉与芯模定位装配，将模具密封在真空袋内，并施加真空负压，通过烘箱加热实现复合材料的固化；实施例按照模具设计要求，按次序装配外模11，去除装配过程中产生的预浸料冗余，保证模具贴合紧密。装配完成后封装真空袋，放置在烘箱加热至120℃固化，固化过程全程保持真空负压，完成刀型天线罩的固化成型。
⑤固化完成后，依次脱除外模和芯模，去除表层飞边，完成机载刀型天线罩的精确制造。脱除模具后，仅需去除飞边即能保证装配公差要求，无需二次加工，对表面脱模剂进行打磨后，按照图纸要求喷漆，完成具有隐身特性的机载刀型天线罩的制备。
所述的芯模为用于施加成型压力的硅橡胶和用于保证内装配尺寸的金属顶板组合构成，硅橡胶与内表面层的内腔形状相同，所述的硅橡胶的透波区穿过金属顶板中央处预留的开口。
实施例三
结合图1至5，下面对本发明作进一步说明。
图1示出了本发明一种新型机载刀型天线罩，包括天线罩主体，所述的天线罩主体，天线罩主体包括水平延伸的装配部，其特征在于：天线罩主体由外至内依次包括外表面层7、功能层4和内表面层3；功能层4的底边沿连接至外表面层7装配部的内壁上，功能层4与外表面层7之间隔绝出一空腔，在空腔内填充有底平面层5，位于功能层4下方在外表面层7与内表面层3之间设有止口层，止口层6与天线罩主体的装配区的止口形状相同。实施例内表面层3、底平面层5、止口层6和外表面层7采用高强玻纤预浸料，功能层4采用nomex蜂窝构成。
天线罩主体的透波区由下至上逐渐聚拢，透波区的两侧边棱都为弧形倒角。所述的透波区由两侧向中央延伸逐渐分离变宽，在透波区两侧面板的中央处对接形成一条边棱。
为制作上述天线罩提供了一种机载刀型天线罩的精确制造方法，其特征在于包括步骤：
①建立模型,建立机载刀型天线罩数学模型，根据刀型天线罩数学模型建立内表面层、功能层、底平面层、止口层和外表面层的数学模型；
②建立模具，根据内表面层建立所需的内芯模，根据外表面层建立外模；如图2所示，实施例天线罩模具由芯模8和外模11组合构成，芯模8由硅橡胶9和顶板组合10构成，顶板组合10和外模11由45#钢经机械加工构成。
③铺料，如图3所天线罩不同区域的铺层裁割，据内表面层3的数学模型设计内表面铺层12，根据功能层4的数学模型设计功能层铺层13，功能铺层13由nomex蜂窝经固化定形构成，根据底平面层5数学模型设计底平面铺层14，根据止口层6数学模型设计止口铺层15，根据外表面层7数学模型设计外表面铺层16,各铺层均由高强玻纤预浸料经高速精密自动裁割机加工构成，预浸料厚度包括0.1mm和0.2mm两种规格。
S1.在内芯模8上首先铺覆内表面层12，内表面层覆盖内芯模8的整体外壁，内表面层带有透波区和装配区；
S2.内表面铺覆完毕后，在内表面层的装配区外侧铺覆环形的止口层，止口层形成装配区处的止口；
S3.止口层铺设完毕后，在内表面层的透波区外铺覆功能层，功能层延伸至止口层的上方，功能层的外沿与止口层的边沿相齐平；
S4.在功能层外位于止口层上方铺覆环形的底平面层，底平面层由功能层的外沿起向功能层的拐角处延伸，底平面层向内延伸形成一凸尖，底平面层的凸尖刚好包裹覆盖住功能层的拐角；
S5.底平面层铺覆完毕后，在功能层及底平面层外和止口层外铺覆外表面层，外表面层延伸至止口层的底边沿，外表面层的底面与止口层的底面相齐平，外表面层铺覆完毕得到待加工复合材料铺层；
④在待加工复合材料铺层外装配外模，并采用销钉与芯模定位装配，将模具密封在真空袋内，并施加真空负压，通过烘箱加热实现复合材料的固化；实施例按照模具设计要求，按次序装配外模11，去除装配过程中产生的预浸料冗余，保证模具贴合紧密。装配完成后封装真空袋，放置在烘箱加热至120℃固化，固化过程全程保持真空负压，完成刀型天线罩的固化成型。
⑤固化完成后，依次脱除外模和芯模，去除表层飞边，完成机载刀型天线罩的精确制造。实施例脱除模具后，仅需去除飞边即能保证装配公差要求，无需二次加工，对表面脱模剂进行打磨后，按照图纸要求喷漆，完成宽频段机载刀型天线罩的制备。
所述的，芯模为用于施加成型压力的硅橡胶和用于保证内装配尺寸的金属顶板组合构成，硅橡胶与内表面层的内腔形状相同，所述的硅橡胶的透波区穿过金属顶板中央处预留的开口。

Claims (5)

1.一种机载刀型天线罩，包括天线罩主体，所述的天线罩主体包括水平延伸的装配部，其特征在于：天线罩主体由外至内依次包括外表面层（7）、功能层（4）和内表面层（3）；功能层（4）的底边沿连接至外表面层（7）装配部的内壁上，功能层（4）与外表面层（7）之间隔绝出一空腔，在空腔内填充有底平面层（5），位于功能层（4）下方在外表面层（7）与内表面层（3）之间设有止口层，止口层（6）与天线罩主体的装配区的止口形状相同；所述功能层（4）由用于实现宽频特性、高透波特性或降低RCS的材质构成；所述底平面层（5）由功能层（4）的外沿起向功能层的拐角处延伸，底平面层向内延伸形成一凸尖，底平面层的凸尖刚好包裹覆盖住功能层的拐角。
2.根据权利要求1所述的一种机载刀型天线罩，其特征在于：天线罩主体的装配部的中央处设有竖直延伸的透波区，透波区（1）由下至上逐渐聚拢，透波区的两侧边棱都为弧形倒角。
3.一种如权利要求1所述的机载刀型天线罩的精确制造方法，其特征在于包括步骤：
①建立模型,建立多功能机载刀型天线罩数学模型，根据刀型天线罩数学模型建立内表面层（3）、功能层（4）、底平面层（5）、止口层（6）和外表面层（7）的数学模型；
②建立模具，根据内表面层（3）建立所需的内芯模（8），根据外表面层（7）建立所需的外模（11）；
③铺料，具体方式为：
S1.在内芯模（8）上首先铺覆内表面层，内表面层覆盖内芯模的整体外壁，内表面层带有透波区和装配区；
S2.内表面层铺覆完毕后，在内表面层的装配区外侧铺覆环形的止口层，止口层形成装配区处的止口；
S3.止口层铺设完毕后， 在内表面层的透波区外铺覆功能层，功能层延伸至止口层的上方，功能层的外沿与止口层的边沿相齐平；
S4.在功能层外位于止口层上方铺覆环形的底平面层，底平面层由功能层的外沿起向功能层的拐角处延伸，底平面层向内延伸形成一凸尖，底平面层的凸尖刚好包裹覆盖住功能层的拐角；
S5.底平面层铺覆完毕后，在功能层及底平面层外和止口层外铺覆外表面层，外表面层延伸至止口层的底边沿，外表面层的底面与止口层的底面相齐平，外表面层铺覆完毕得到待加工复合材料铺层；
④在待加工复合材料铺层外装配外模（11），装配完毕后将模具密封在真空袋内施加真空负压，通过烘箱加热实现复合材料的固化；
⑤固化完成后，依次脱除外模（11）和内芯模（8），去除表层飞边，完成机载刀型天线罩的精确制造。
4.根据权利要求3所述的机载刀型天线罩的精确制造方法，其特征在于：在步骤②建立模型完毕后，首先进行裁割铺层，根据内表面层（3）的数学模型设计内表面铺层，根据功能层（4）数学模型设计功能层铺层，根据底平面层（5）数学模型设计底平面铺层，根据止口层（6）数学模型设计止口铺层，根据外表面层（7）数学模型设计外表面铺层，并使用铺层材料在步骤③中对应的铺料。
5.根据权利要求3所述的机载刀型天线罩的精确制造方法，其特征在于：所述的内芯模（8）为用于施加成型压力的硅橡胶（9）和用于保证内装配尺寸的金属顶板（10）组合构成，硅橡胶与内表面层的内腔形状相同，所述透波区内的硅橡胶（9）穿过金属顶板（10）中央处预留的开口。
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