CN108624834B - 基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面fss雷达罩制备方法 - Google Patents

基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面fss雷达罩制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明提出基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，所述制备方法包括FSS曲面掩模板，掩模板上包括与雷达罩表面FSS层设计形状匹配的镂空结构，掩模板内壁与雷达罩表面共形，当制备曲面FSS雷达罩时，所述FSS曲面掩模板覆于雷达罩表面形成组合体，再以热喷涂设备对组合体表面进行喷涂，在掩模板镂空部位处的雷达罩表面形成符合形状的含金属材质的FSS层；本发明可提供一种在复杂曲面雷达罩表面进行FSS层快速制备的方法。

Description

基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法
技术领域
本发明涉及激光加工以及微波技术领域，尤其是基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法。
背景技术
传统的雷达罩通常采用基于增强纤维如碳纤维、玻璃纤维、氧化铝纤维或树脂基体如环氧树脂、酚醛树脂、聚酯树脂等复合材料制成，这类材料兼顾机械性能的同时对电磁波“透明”。因此，在复杂的电磁环境下，内部天线容易受到其他电磁信号的干扰，影响天线的正常运转，需要一种具备滤波特性的材料，用于屏蔽内部天线传输通带外的电磁波。
频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）是指周期性排列的金属谐振贴片或金属表面谐振缝隙结构，其本质是一种空间滤波器，其结构能够实现优良的选频特性，根据其结构的不同能够实现对电磁波的带通、带阻、高通、低通等特性。其原理在于当某一频率的电磁波入射到FSS时，如果与FSS发生谐振，该入射电磁波将被全反射（贴片型表现为带阻）或全透射（缝隙结构表现为带通）。
雷达罩的外形一般为圆锥型、球形或锥形加球形组合的形式，更多情况下为双曲率不可展曲面。对于可展曲面，可以采用柔性屏展开加工然后进行贴附的形式完成，常用的工艺方法有印刷电路工艺、镀膜加光刻、数控加工等方式。对于不可展曲面，前述方法都不能直接应用，且制备过程繁琐。目前关于不可展曲面FSS的制备，采用将不可展开进行曲面分区、然后展开成平面、在柔性屏制备FSS，再通过热成型或模压成型制作分片的曲面FSS，最后将分片平面FSS 贴覆到雷达罩表面，但这种方法将FSS 分片破坏了FSS 的导电连续性，会对FSS 雷达罩的透波性能有不利的影响，且反贴中形成的褶皱、接缝也会造成带外RCS 的增加，既不利于自身工作频段电磁波的通过，也不利于带外电磁波的屏蔽。
复杂曲面FSS雷达罩制备是目前FSS实现工程化应用的难点之一。多自由度激光机器人加工系统为FSS曲面掩模板的制备提供了良好的加工平台。为了实现快速化制备，本专利公开一种基于三维金属掩膜和金属热喷涂技术结合的可适用于大批量、快速、低成本的曲面FSS制备方案。特别适用于不可展开曲面FSS的快速制备，直接在透波雷达罩的曲面上完成FSS层的快速成型，形成导电性能良好的FSS层，使透波雷达罩具备滤波性能，在保证自身工作频段电磁波顺利通过的同时，可以实现带外信号的电磁屏蔽。
发明内容
本发明提出基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，可提供一种在复杂曲面雷达罩表面进行FSS层快速制备的方法。
本发明采用以下技术方案。
基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，所述制备方法包括FSS曲面掩模板，掩模板上包括与雷达罩表面FSS层设计形状匹配的镂空结构，掩模板内壁与雷达罩表面共形，当制备曲面FSS雷达罩时，所述FSS曲面掩模板覆于雷达罩表面形成组合体，再以热喷涂设备对组合体表面进行喷涂，在掩模板镂空部位处的雷达罩表面形成符合形状的含金属材质的FSS层。
所述FSS层由在雷达罩表面分布的多个FSS单元组成；掩模板处设有与FSS层对应的互补结构；所述FSS曲面掩模板的镂空结构在掩模板表面形成多个相互交错隔开的镂空圈；每个镂空圈部分镂空且均包括多个FSS镂空喷涂位；掩模板的非镂空部位起支撑作用。
每个镂空圈均与雷达罩表面FSS层的一圈对应，每个镂空圈内FSS镂空喷涂位数量为雷达罩该圈FSS层内FSS单元的三分之一。
所述掩模板底部均匀设置三个喷涂定位孔；当制备曲面FSS雷达罩时，先确保掩模板紧贴在曲面雷达罩介质基底上，将定位孔对准介质基底上的标记位置，再对掩模板镂空区域进行热喷涂，即可使喷在组合体表面的金属涂层在镂空喷涂位处形成雷达表面的FSS单元。
在热喷涂工艺中旋转掩模板，喷涂次数为三次。
所述制备方法依次包括以下步骤；
S1：利用三维建模软件建立FSS曲面掩模板三维模型；
S2：通过多自由的激光机器人加工系统制作曲面掩膜板；
S3：将曲面掩膜板紧密贴合在透波雷达罩表面形成组合体；
S4：通过热喷涂技术在组合体曲面上进行喷涂，喷涂一次后，转动掩模板120°再次喷涂，经过两次旋转、三次喷涂完成整个FSS雷达罩制作；
S5：取下并清洗掩模板，待下次使用。
所述FSS曲面掩模板的制备方法包括以下步骤；
A1、以旋压加工或渐进成型工艺制备雷达罩体；
A2、根据雷达罩体外壁曲面生成FSS曲面掩模板三维模型，并在模型处根据雷达罩表面的FSS层设计，在三维模型处加入形状匹配的镂空结构；
A3、把三维模型导入多自由度激光机器人加工控制系统中，通过三维模型获取加工轨迹，完成镂空部分的加工，加工过程由机器人与固定掩模板的旋转平台联合运动完成。
所述FSS层用于雷达罩的电磁波滤波，可通过改变FSS层内FSS单元的单元参数及周期来调节雷达罩的通带/阻带的中心频率及带宽。
本发明特别适用于不可展开曲面FSS的快速制备，直接在透波雷达罩的曲面上完成FSS层的快速成型，形成导电性能良好的FSS层，使透波雷达罩具备滤波性能，在保证自身工作频段电磁波顺利通过的同时，可以实现带外信号的电磁屏蔽。
本发明的涉及的曲面掩模板的激光加工方法，柔性高，可用各种三维结构掩模板的加工，通过激光机器人和旋转平台的联动控制可以在复杂曲面上进行激光加工，可根据三维FSS雷达罩模型加工出曲面FSS掩膜版的镂空结构。
本发明的基于三维金属掩膜版和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩快速制备方法，只需加工一次FSS掩膜版，即可进行多次使用，对于相同型号的曲面雷达罩表面FSS层的成型具有加工工序简单、快速便捷、高效的特点，解决曲面雷达罩加工难，加工周期长的问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明进一步详细的说明：
附图1是本发明的工艺流程示意图；
附图2是激光机器人加工系统示意图；
附图3是曲面掩膜板的立体图；
附图4是曲面掩膜板的俯视图；
附图5是曲面雷达罩未生成FSS层时的示意图；
附图6是雷达罩覆盖掩模板后的示意图；
附图7是曲面雷达罩生成FSS层后的示意图；
图中：1-曲面掩膜板；2-FSS单元；3-FSS镂空喷涂位；4-镂空圈；5-雷达罩；6-FSS层；7-互补结构；8-镂空结构；9-掩模板的非镂空部位；10-机器人；11-旋转平台；12-喷涂定位孔。
具体实施方式
如图1-7所示，基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，所述制备方法包括FSS曲面掩模板1，掩模板上包括与雷达罩5表面FSS层6设计形状匹配的镂空结构8，掩模板1内壁与雷达罩5表面共形，当制备曲面FSS雷达罩时，所述FSS曲面掩模板覆于雷达罩表面形成组合体，再以热喷涂设备对组合体表面进行喷涂，在掩模板镂空部位处的雷达罩表面形成符合形状的含金属材质的FSS层。
所述FSS层6由在雷达罩5表面分布的多个FSS单元2组成；掩模板处设有与FSS层6对应的互补结构7；所述FSS曲面掩模板的镂空结构在掩模板表面形成多个相互交错隔开的镂空圈4；每个镂空圈4部分镂空且均包括多个FSS镂空喷涂位3；掩模板的非镂空部位9起支撑作用。
每个镂空圈均与雷达罩表面FSS层的一圈对应，每个镂空圈内FSS镂空喷涂位数量为雷达罩该圈FSS层内FSS单元的三分之一。
所述掩模板底部均匀设置三个喷涂定位孔12；当制备曲面FSS雷达罩时，先确保掩模板紧贴在曲面雷达罩介质基底上，将定位孔对准介质基底上的标记位置，再对掩模板镂空区域进行热喷涂，即可使喷在组合体表面的金属涂层在镂空喷涂位处形成雷达表面的FSS单元。
在热喷涂工艺中旋转掩模板，喷涂次数为三次。
所述制备方法依次包括以下步骤；
S1：利用三维建模软件建立FSS曲面掩模板三维模型；
S2：通过多自由的激光机器人加工系统制作曲面掩膜板；
S3：将曲面掩膜板紧密贴合在透波雷达罩表面形成组合体；
S4：通过热喷涂技术在组合体曲面上进行喷涂，喷涂一次后，转动掩模板120°再次喷涂，经过两次旋转、三次喷涂完成整个FSS雷达罩制作；
S5：取下并清洗掩模板，待下次使用。
所述FSS曲面掩模板的制备方法包括以下步骤；
A1、以旋压加工或渐进成型工艺制备雷达罩体；
A2、根据雷达罩体外壁曲面生成FSS曲面掩模板三维模型，并在模型处根据雷达罩表面的FSS层设计，在三维模型处加入形状匹配的镂空结构；
A3、把三维模型导入多自由度激光机器人加工控制系统中，通过三维模型获取加工轨迹，完成镂空部分的加工，加工过程由机器人10与固定掩模板的旋转平台11联合运动完成。
所述FSS层用于雷达罩的电磁波滤波，可通过改变FSS层内FSS单元的单元参数及周期来调节雷达罩的通带/阻带的中心频率及带宽。
本例中，每个镂空圈均占一个圆周的三分之一弧长，在水平向上相邻每个镂空圈的竖向位置均上下交错以形成足够的喷涂隔离区，因此在喷涂形成金属层时，当掩模板旋转三次且每次旋转120度后，每个镂空圈即可实现对雷达罩该圈位置的全部FSS单元位置的喷涂工作。

Claims (8)

1.基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：所述制备方法包括FSS曲面掩模板，掩模板上包括与雷达罩表面FSS层设计形状匹配的镂空结构，掩模板内壁与雷达罩表面共形，当制备曲面FSS雷达罩时，所述FSS曲面掩模板覆于雷达罩表面形成组合体，再以热喷涂设备对组合体表面进行喷涂，在掩模板镂空部位处的雷达罩表面形成符合形状的含金属材质的FSS层；
所述FSS为频率选择表面的简称，是指周期性排列的金属谐振贴片或金属表面谐振缝隙结构。
2.根据权利要求1所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：所述FSS层由在雷达罩表面分布的多个FSS单元组成；掩模板处设有与FSS层对应的互补结构；所述FSS曲面掩模板的镂空结构在掩模板表面形成多个相互交错隔开的镂空圈；每个镂空圈部分镂空且均包括多个FSS镂空喷涂位；掩模板的非镂空部位起支撑作用。
3.根据权利要求2所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：每个镂空圈均与雷达罩表面FSS层的一圈对应，每个镂空圈内FSS镂空喷涂位数量为雷达罩该圈FSS层内FSS单元的三分之一。
4.根据权利要求3所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：所述掩模板底部均匀设置三个喷涂定位孔；当制备曲面FSS雷达罩时，先确保掩模板紧贴在曲面雷达罩介质基底上，将定位孔对准介质基底上的标记位置，再对掩模板镂空区域进行热喷涂，即可使喷在组合体表面的金属涂层在镂空喷涂位处形成雷达表面的FSS单元。
5.根据权利要求4所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：在热喷涂工艺中旋转掩模板，喷涂次数为三次。
6.根据权利要求5所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：所述制备方法依次包括以下步骤；
S1：利用三维建模软件建立FSS曲面掩模板三维模型；
S2：通过多自由的激光机器人加工系统制作曲面掩膜板；
S3：将曲面掩膜板紧密贴合在透波雷达罩表面形成组合体；
S4：通过热喷涂技术在组合体曲面上进行喷涂，喷涂一次后，转动掩模板120°再次喷涂，经过两次旋转、三次喷涂完成整个FSS雷达罩制作；
S5：取下并清洗掩模板，待下次使用。
7.根据权利要求2所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：所述FSS曲面掩模板的制备方法包括以下步骤；
A1、以旋压加工或渐进成型工艺制备雷达罩体；
A2、根据雷达罩体外壁曲面生成FSS曲面掩模板三维模型，并在模型处根据雷达罩表面的FSS层设计，在三维模型处加入形状匹配的镂空结构；
A3、把三维模型导入多自由度激光机器人加工控制系统中，通过三维模型获取加工轨迹，完成镂空部分的加工，加工过程由机器人与固定掩模板的旋转平台联合运动完成。
8.根据权利要求2所述的基于金属掩模板和热喷涂技术的曲面FSS雷达罩制备方法，其特征在于：所述FSS层用于雷达罩的电磁波滤波，可通过改变FSS层内FSS单元的单元参数及周期来调节雷达罩的通带/阻带的中心频率及带宽。
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