CN107394413A - 高精度伞状天线网面拼接方法及其自适应拼接装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及高精度伞状天线网面拼接方法及其自适应拼接装置，首先组装自适应拼接装置，在底板上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件，最外侧的网面支撑组件上表面安装碳纤维板，底板边缘安装多处预加张力滑轮；金属网拼接前，计算出每处预加张力滑轮位置所加载的张力，从而确定配重砝码的重量；将对应重量的配重砝码通过细绳与金属网周边连接，细绳经过相应的预加张力滑轮竖直下垂；金属网在碳纤维板的位置与之重叠搭接，将金属网与碳纤维板缝合，完成拼接。本发明能够满足各项功能要求，性能优异，后续可以在伞状可展开天线上广泛应用。

Description

高精度伞状天线网面拼接方法及其自适应拼接装置

技术领域

本发明涉及卫星网状天线技术领域，具体涉及一种高精度伞状天线网面拼接方法及其自适应拼接装置。

背景技术

为了适应卫星发射时的包络需求，大口径天线应具备收纳比高的特点，在卫星发射时天线锁紧收纳于卫星平台上，在轨之后再展开成工作状态（如图1），这就要求天线产品除了既定的任务功能外，还要能够实现收拢与展开的功能。

径向肋伞状可展开天线主要由径向肋、肋展开机构、网状主反射器、副反射器、馈源组件、支撑桁架等组成。为了实现天线收拢，主反射面采用金属网柔性结构，天线肋是整个网状主反射器的骨架结构，用于安装固定张力索网和金属网。整个网面系统由18个扇区组成，每个扇区采用双层网的结构形式（如图2所示），前张力网安装在反射器抛物面型面的内侧，后张力网安装在反射器抛物面型面的外侧，在前后张力索网之间设计有用于型面调整的纵向绳索，调整这些绳索使反射网沿肋方向形成近似的抛物线，金属网就铺设在前张力索网的上表面，与前张力绳索缝合固定。

高精度径向肋伞状可展开天线工作于Ka频段，要求天线的在轨型面精度优于0.4mm（RMS），与以往的固面天线相比，网状天线网面结构及型面成型原理决定了天线的型面对于外界因素的影响更为敏感。作为原材料采购的金属网本身是具有一定幅宽的成卷形态，幅宽恰好只能适应一个扇区的尺寸，因此网面设计研制面临以下问题：

（1）将18个扇区的金属网拼接成一个完整的、投影为正圆形的抛物面；

（2）抛物面拼接完整，接缝处不能对电性能造成不良影响；

（3）各扇区网面拼接平整，张力一致性好；

（4）方便与天线骨架结构装配，装配后网面位置可微调；

（5）当天线型面母线、调节点间距发生变化时，拼接工装具有一定的自适应性。

发明内容

本发明的目的是提供一种高精度伞状天线网面拼接方法及其自适应拼接装置，天线各扇区在确保电性能和机械性能的条件下金属网反射面拼接完整，能适应金属网反射面与天线骨架结构的装配，并且工装能适应天线型面母线、调节点间距的设计参数变化。

本发明所采用的技术方案为：

高精度伞状天线网面拼接方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：组装自适应拼接装置，在等腰梯形形状的底板发明上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件发明，最外侧的网面支撑组件发明上表面安装碳纤维板发明，底板发明边缘安装多处预加张力滑轮发明；

步骤二：金属网发明拼接前，按照天线型面预设的网面张力计算出每处预加张力滑轮发明位置所加载的张力，从而确定配重砝码的重量；

步骤三：在金属网发明剪裁之后、与碳纤维板发明缝合之前，将对应重量的配重砝码通过细绳与金属网发明周边连接，细绳经过相应的预加张力滑轮发明竖直下垂；

步骤四：金属网发明在碳纤维板发明的位置与之重叠搭接，碳纤维板发明上设置有两列Φ1.5mm的孔作为缝合线通过孔发明，利用聚酰亚胺细线将金属网发明与碳纤维板发明缝合，缝合完成后，将搭接处超出碳纤维板发明范围的多余金属网发明剪除，即完成拼接。

高精度伞状天线网面的自适应拼接装置，其特征在于：

包括底板发明、网面支撑组件发明和预加张力滑轮发明；

底板发明呈等腰梯形形状，其上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件发明，网面支撑组件发明的上表面为金属网发明的铺设面，最外侧的网面支撑组件发明上表面安装碳纤维板发明；

底板发明边缘安装多处预加张力滑轮发明。

网面支撑组件发明包括弓形支撑板发明和压板发明；

弓形支撑板发明呈弓形，顶面呈弧形，竖直安装于底板发明，弓形支撑板发明上方安装有压板发明，压板发明上表面作为金属网发明的铺设面，最外侧压板发明上表面作为碳纤维板安装面发明。

弓形支撑板发明顶面安装有调节滑槽发明，调节滑槽发明是截面呈矩形的空心铝型材，长度方向按照弓形板的弧线形状加压成型，上表面开槽，安装有可滑动的调整螺钉发明，调整螺钉发明通过螺母发明固定。

底板发明下方为支架发明，支架发明底部安装有滑轮。

本发明具有以下优点：

现有的金属网拼接方法和拼接装置已经应用在分院的环形天线、构架天线和UHF频段伞状天线上，均采用平面拼接装置，并且只是解决了天线口径太大、金属网原材料网面幅宽不够的问题。但是这种方法只适用于低频段的网状天线产品，本发明针对高精度网状天线，高精度天线对于网面构型和张力都有很高要求，因此本发明采用曲面结构拼接装置，在拼接阶段控制网面张力，拼接完成后的完整网面已经是抛物面造型，可以直接与天线骨架结构进行螺钉连接。并且本发明的拼接装置具有一定的自适应性，当天线的抛物面母线设计更改时，可以在拼接装置上进行适应性调整，而无需重新设计投产拼接装置。本发明很好的解决了高精度伞状可展开天线金属网的网面拼接、构型和张力控制的问题，已成功在XX-2卫星4.2米伞状可展开天线、XX-1固网结合4.2米伞状可展开天线、XX型号背景预研2.3米伞天线等多个项目上应用，并且经过了一系列试验验证和应用验证，表明采用本发明所述方法和装置的产品能够满足各项功能要求，性能优异，对缩短天线研制周期、节约成本有重要意义，后续可以在伞状可展开天线上广泛应用。

附图说明

图1是伞状天线锁紧状态及展开状态图；

图2是天线型面成型方法示意图；

图3是单扇区金属网剪裁形状图；

图4是金属网与碳纤维板拼接示意图；

图5是拼接完整的网状反射面图；

图6是网面拼接装置三维示意图；

图7是网面支撑组件结构示意图；

图8是网面支撑组件结构示意图；

图9是网面支撑组件剖面图。

图中，1-副反射面，2-馈源，3-支撑桁架，4-网状主反射器，5-径向肋，6-肋展开机构，7-纵向调整绳索，8-前张力绳索，9-后张力绳索，10-金属网，11-碳纤维板，12-缝合线，13-缝合线过孔，14-网面支撑组件，15-预加张力滑轮，16-碳纤维板安装面，17-压板，18-调整螺钉，19-调节滑槽，20-弓形支撑板，21-底板，22-支架，23-螺母。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细的说明。

伞状天线网面拼接时，先将网面裁剪成为能够覆盖一个扇区的等腰梯形，根据天线三维模型测量最内圈弧长、最外圈弧长、反射面赋型母线长度，在此长度基础上每处单边向外扩展50-100mm，得出如图3所示形状，裁剪金属网时可根据实施需求再调整尺寸余量。

为了使网面易于装配到天线上，并且具有位置可微小调整的功能，本发明采用0.8mm厚的碳纤维薄板，具有一定的柔性，相邻扇区的金属网通过与碳纤维薄板缝合相连接，从而拼接成完成整的反射面。如图4所示，相邻两扇金属网在碳纤维板的位置重叠搭接，碳纤维板上有两列Φ1.5mm的孔作为缝合线的通过孔，利用聚酰亚胺细线将相邻两扇金属网与碳纤维板缝合，缝合完成后，将搭接处超出碳纤维板范围的多余金属网剪除，即完成拼接。

按照上述方法，最终拼接完成的完整金属网反射面如图5所示：

由于伞状天线的金属网反射面是正馈的抛物面，所以每个扇区的金属网做平面展开后并不是一个标准的等腰梯形，而是两腰向外弧形鼓出的近似梯形。常规的网面拼接工艺采用的是平面等腰梯形的拼接装置，如果仍沿用常规方案，会导致反射面装配到天线骨架结构之后，沿径向的中间区域张力明显大于两端，使反射面呈喇叭口形状，非常不利于后续天线型面调整和在轨稳定性。

本发明设计了一种新型网面拼接装置，主体思路是模拟天线抛物面的形状和网面在天线的安装方式，使网面在拼接阶段就与产品使用状态保持一致。如图6所示，拼接装置通过五个弓形的网面支撑组件来近似模拟单扇区抛物面的曲面形态，拼接时金属网铺设在网面支撑组件的上表面，最外侧的两组支撑组件上安装碳纤维板，恰好使碳纤维板上的缝合线过孔不被遮挡。

拼接装置四周装有预加张力滑轮，如图7所示。金属网拼接时，需要按照天线型面预设的网面张力计算出每处滑轮位置应该加载的张力。在金属网剪裁之后、与碳纤维板缝合之前，将配重砝码通过细绳与金属网周边连接，细绳经过滑轮竖直下垂。滑轮的目的是减小细绳与工装的摩擦力，以便精确控制施加在金属网上的张力。

网面支撑组件结构如图8所示，弓形支撑板安装在拼接装置底板上，弓形上表面根据天线型面的赋型母线在坐标系内等距得出。调节滑槽安装在弓形上表面，是截面为方形的空心铝型材，长度方向按照弓形板的弧线形状加压成型，上表面开槽，可容许调节螺钉通过，但小于与调节螺钉配合的螺母外径。调节螺钉可在滑槽内自由滑动，目的是当天线型面调节点数量、位置和间距发生变化的时候，网面拼接装置具有一定的自适应性。 调节螺钉顶端装有压板，压板是宽度比碳纤维板略窄的长条形薄板，金属网拼接时，拼接装置中间的三组网面支撑组件上装压板是为了铺设金属网，避免螺钉钩挂损伤网面；两侧的网面支撑组件则将碳纤维板装在压板上，压板尺寸设计恰好使得碳纤维板的缝合线过孔不被遮挡。

调节螺柱在弓形曲面法向上具有一定的自由调节量，通过上下螺母与滑槽固定（如图9所示），当天线型面母线设计有变化时，可以利用调节螺钉的这一调节功能使拼接装置适应天线的设计更改，而无需重新设计投产拼接装置，对缩短天线研制周期、节约成本有重要意义。

本发明涉及的高精度伞状天线网面拼接方法，具体包括以下步骤：

步骤一：组装自适应拼接装置，在等腰梯形形状的底板发明21发明上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件发明14发明，最外侧的网面支撑组件发明14发明上表面安装碳纤维板发明11发明，底板发明21发明边缘安装多处预加张力滑轮发明15发明；

步骤二：金属网发明10发明拼接前，按照天线型面预设的网面张力计算出每处预加张力滑轮发明15发明位置所加载的张力，从而确定配重砝码的重量；

步骤三：在金属网发明10发明剪裁之后、与碳纤维板发明11发明缝合之前，将对应重量的配重砝码通过细绳与金属网发明10发明周边连接，细绳经过相应的预加张力滑轮发明15发明竖直下垂；

步骤四：金属网发明10发明在碳纤维板发明11发明的位置与之重叠搭接，碳纤维板发明11发明上设置有两列Φ1.5mm的孔作为缝合线通过孔发明13发明，利用聚酰亚胺细线将金属网发明10发明与碳纤维板发明11发明缝合，缝合完成后，将搭接处超出碳纤维板发明11发明范围的多余金属网发明10发明剪除，即完成拼接。

方法中涉及的高精度伞状天线网面的自适应拼接装置，包括底板发明21发明、网面支撑组件发明14发明和预加张力滑轮发明15发明。

底板发明21发明呈等腰梯形形状，其上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件发明14发明，网面支撑组件发明14发明的上表面为金属网发明10发明的铺设面，最外侧的网面支撑组件发明14发明上表面安装碳纤维板发明11发明。底板发明21发明边缘安装多处预加张力滑轮发明15发明。

网面支撑组件发明14发明包括弓形支撑板发明20发明和压板发明17发明；弓形支撑板发明20发明呈弓形，顶面呈弧形，竖直安装于底板发明21发明，弓形支撑板发明20发明上方安装有压板发明17发明，压板发明17发明上表面作为金属网发明10发明的铺设面，最外侧压板发明17发明上表面作为碳纤维板安装面发明16发明。弓形支撑板发明20发明顶面安装有调节滑槽发明19发明，调节滑槽发明19发明是截面呈矩形的空心铝型材，长度方向按照弓形板的弧线形状加压成型，上表面开槽，安装有可滑动的调整螺钉发明18发明，调整螺钉发明18发明通过螺母发明23发明固定。

底板发明21发明下方为支架发明22发明，支架发明22发明底部安装有滑轮。

本发明已成功在XX-2卫星4.2米伞状可展开天线、XX-1固网结合4.2米伞状可展开天线、XX型号背景预研2.3米伞天线等多个项目上应用，并且经过了一系列试验验证和应用验证，表明采用本发明所述方法和装置的产品能够满足各项功能要求，性能优异，后续可以在伞状可展开天线上广泛应用。

本发明的内容不限于实施例所列举，本领域普通技术人员通过阅读本发明说明书而对本发明技术方案采取的任何等效的变换，均为本发明的权利要求所涵盖。

Claims (5)

1.高精度伞状天线网面拼接方法，其特征在于：

包括以下步骤：

步骤一：组装自适应拼接装置，在等腰梯形形状的底板（21）上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件（14），最外侧的网面支撑组件（14）上表面安装碳纤维板（11），底板（21）边缘安装多处预加张力滑轮（15）；

步骤二：金属网（10）拼接前，按照天线型面预设的网面张力计算出每处预加张力滑轮（15）位置所加载的张力，从而确定配重砝码的重量；

步骤三：在金属网（10）剪裁之后、与碳纤维板（11）缝合之前，将对应重量的配重砝码通过细绳与金属网（10）周边连接，细绳经过相应的预加张力滑轮（15）竖直下垂；

步骤四：金属网（10）在碳纤维板（11）的位置与之重叠搭接，碳纤维板（11）上设置有两列Φ1.5mm的孔作为缝合线通过孔（13），利用聚酰亚胺细线将金属网（10）与碳纤维板（11）缝合，缝合完成后，将搭接处超出碳纤维板（11）范围的多余金属网（10）剪除，即完成拼接。

2.高精度伞状天线网面的自适应拼接装置，其特征在于：

包括底板（21）、网面支撑组件（14）和预加张力滑轮（15）；

底板（21）呈等腰梯形形状，其上辐射状安装多道弓形的网面支撑组件（14），网面支撑组件（14）的上表面为金属网（10）的铺设面，最外侧的网面支撑组件（14）上表面安装碳纤维板（11）；

底板（21）边缘安装多处预加张力滑轮（15）。

3.根据权利要求2所述的高精度伞状天线网面的自适应拼接装置，其特征在于：

网面支撑组件（14）包括弓形支撑板（20）和压板（17）；

弓形支撑板（20）呈弓形，顶面呈弧形，竖直安装于底板（21），弓形支撑板（20）上方安装有压板（17），压板（17）上表面作为金属网（10）的铺设面，最外侧压板（17）上表面作为碳纤维板安装面（16）。

4.根据权利要求3所述的高精度伞状天线网面的自适应拼接装置，其特征在于：

弓形支撑板（20）顶面安装有调节滑槽（19），调节滑槽（19）是截面呈矩形的空心铝型材，长度方向按照弓形板的弧线形状加压成型，上表面开槽，安装有可滑动的调整螺钉（18），调整螺钉（18）通过螺母（23）固定。

5.根据权利要求2所述的高精度伞状天线网面的自适应拼接装置，其特征在于：

底板（21）下方为支架（22），支架（22）底部安装有滑轮。