CN113764854B - 一种碳纤维天线骨架 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种碳纤维天线骨架，包括多层框架、多个内接接头以及多个外接接头，所述多层框架形成立体空心骨架，每层框架均通过矩形方管拼接而成，每层框架内部的矩形方管通过内接接头连接，每层框架与相邻层框架之间通过外接接头连接，所述矩形方管上设有用于安装天线线缆的线夹预埋件以及用于安装雷达组件的设备预埋件，所述框架、内接接头、外接接头、线夹预埋件以及设备预埋件均采用碳纤维材料；本发明的优点在于：最大限度地对天线骨架减重且提供较多的安装点，以满足现有天线反射板的轻质化要求以及安装点位要求。

Description

一种碳纤维天线骨架
技术领域
本发明涉及碳纤维天线骨架成型技术，更具体涉及一种碳纤维天线骨架。
背景技术
对于机载、球载电子设备如雷达等，由于平台的承载能力有限，设备载荷的重量是非常重要的指标。天线是雷达设备的主要组成部分之一，在系统重量分配中所占比重较大。而就新型的阵列形式相控阵天线来说，天线系统总重量中相当大的部分又被分配在作为安装面和等电位面的反射板上，因此反射板的轻量化设计和制造具有明显意义。如何使天线在满足各项指标要求的基础上达到最大限度的减重，采用碳纤维等复合材料制作反射板是可行的技术途径之一。从发展现状来看，碳纤维反射板与金属反射板相比有着明显的优势：不仅有着明显的减重优势，而且更具有可设计性和可制造性。
中国专利公开号CN110265764A，公开了一种高集成轻质阵列型雷达天线骨架。背板周边设置外部围框，背板内部设置液冷水路，背板采用铝板一次加工成型，冷却液从进液口进入背板，从出液口流出；背板上设置多个液冷盲插接头，外部围框内部设置天线纵向肋板、天线横向肋板、天线单元安装槽位；背板前侧的外部围框内的空腔部分通过天线纵向肋板、天线横向肋板将外部围框内的空间分割组成各电子分隔腔；外部围框内的下部空间设置分机分隔腔，外部围框内的上部空间设置组件分隔腔，背板后侧的外部围框内的空腔部分设置天线单元安装槽位。该专利申请的天线骨架总成具有布局紧凑合理、集成度高、结构可靠、重量轻、刚度好、精度高、维修性好、散热快等特点。但是其采用铝制材料支撑骨架，相比碳纤维材料支撑的骨架重量会重一些且其结构设计复杂，设置很多不同种类的分隔腔，耗费大量的板，成本高且重量相对较重。
目前雷达系统的天线是以反射板为结构安装基础的平板式微带单元阵列天线，反射板由反射面和背部承力骨架组成。由于该天线以浮空器为挂载平台，所装载的雷达组件模块较多，需要的安装点较多，所以最大限度的实现减重且提供较多的安装点尤为重要，所以上述高集成轻质阵列型雷达天线骨架还难以满足现有天线反射板的轻质化要求且未设置雷达组件模块安装点位，不利于雷达组件的安装。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于如何对天线骨架最大限度的减重且提供较多的安装点，以满足现有天线反射板的轻质化要求以及安装点位要求。
本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：一种碳纤维天线骨架，包括多层框架、多个内接接头以及多个外接接头，所述多层框架形成立体空心骨架，每层框架均通过矩形方管拼接而成，每层框架内部的矩形方管通过内接接头连接，每层框架与相邻层框架之间通过外接接头连接，所述矩形方管上设有用于安装天线线缆的线夹预埋件以及用于安装雷达组件的设备预埋件，所述框架、内接接头、外接接头、线夹预埋件以及设备预埋件均采用碳纤维材料。
本发明为了最大限度的达到减重效果，骨架中的框架、内接接头、外接接头、线夹预埋件以及设备预埋件均采用碳纤维材料，整体装配而成，由于所装载的雷达组件较多，需要提供多个安装点，为满足此要求，骨架的结构形式由多层框架组合而成，从而可提供足够的安装空间，同时为了固定雷达组件及线缆走线，在骨架相应的部位准确预埋线夹预埋件以及设备预埋件，整个骨架满足现有天线反射板的轻质化要求以及安装点位要求。
进一步地，所述多层框架包括第一层框架，所述第一层框架为多个矩形方管通过内接接头拼接而成的田字格型框架，所述第一层框架的左侧一个矩形方管上设有设备预埋件，所述设备预埋件上固定连接有雷达组件。
更进一步地，所述第一层框架的中部位置的矩形方管通过外接接头连接有竖直向上的短管，所有短管从上向下看围成矩形网格，在同一条矩形方管上的短管的中部通过矩形方管连接，所有短管中部连接的矩形方管围成第二层框架。
更进一步地，在同一条矩形方管上的短管的顶部通过矩形方管连接，所有短管顶部连接的矩形方管围成第三层框架。
更进一步地，所述碳纤维天线骨架还包括斜坡结构，所述斜坡结构为多个矩形方管拼接而成的三角形框架，所述第二层框架、第三层框架以及第一层框架整体围成矩体空心架，所述矩体空心架的前侧面的左侧和右侧均连接一个三角形框架，所述矩体空心架的后侧面的左侧和右侧均连接一个三角形框架，主视图方向上看，所述矩体空心架的前侧面及其左侧和右侧的三角形框架围成上短下长的梯形。
更进一步地，所述矩体空心架的前侧面以及后侧面均固定连接挂载侧板，所述挂载侧板的形状大小与矩体空心架的前侧面以及后侧面匹配。
更进一步地，所述挂载侧板的制作过程为：首先制作矩形方管，并按设计需要的方管长度截取备用，利用多个矩形方管制成井字形的金属承力预埋件，将泡沫夹芯体安装至金属承力预埋件中，泡沫夹芯体与金属承力预埋件的交接处用发泡胶填满，在拼接好的泡沫夹芯体与金属承力预埋件整体外表面包裹一层胶膜，将包裹好胶膜的含金属承力预埋件的泡沫夹芯体作为阳模在外边铺贴碳纤维预浸料，铺贴结束后用真空袋封装后抽真空，并转移至热压罐高温高压固化成型，制成挂载侧板备用。
更进一步地，所述矩体空心架上设置多个雷达组件，所述雷达组件通过设备预埋件固定安装在矩形方管上。
进一步地，所述立体空心骨架上根据实际应用的天线走线设置线夹预埋件的安装点。
进一步地，所述矩形方管上通过抽钉拉铆的方式将线夹预埋件与设备预埋件固定在预设位置。
本发明的优点在于：
(1)本发明为了最大限度的达到减重效果，骨架中的框架、内接接头、外接接头、线夹预埋件以及设备预埋件均采用碳纤维材料，整体装配而成，由于所装载的雷达组件较多，需要提供多个安装点，为满足此要求，骨架的结构形式由多层框架组合而成，从而可提供足够的安装空间，同时为了固定雷达组件及线缆走线，在骨架相应的部位准确预埋线夹预埋件以及设备预埋件，整个骨架满足现有天线反射板的轻质化要求以及安装点位要求。
(2)本发明的组合式碳纤维骨架成型及预埋定位技术，解决了复合材料框架式结构在一体成型过程中变形难以控制这一难题，碳纤维的管件在成型后已充分释放了成型应力，在后期的组合过程中通过装配工装保证了装配后的骨架平面精度。
(3)本发明的碳纤维骨架最大的优势在于其重量轻，可以后期自由控制骨架平面精度，这样可以最大限度控制碳纤维的管件及内外接头的壁厚及管径，使其重量优势发挥到最大。
(4)本发明的挂载侧板中的金属承力预埋件，通过中心集中承力、受力均衡分配设计原则，设计成多“井”字型组合承力预埋件，解决了单个预埋件在复合材料制件中易被拉拔破坏、承受负载强度不够的难题。
(5)本发明组合式碳纤维骨架成型及预埋定位技术，可在碳纤维骨架结构组合定型以后，通过抽钉拉铆技术在骨架的空心管件上将预埋件进行定位固定，解决了传统的复合材料制件先预埋后一起固化成型易造成预埋件因高温固化成型而造成的变形、移位等缺陷。抽钉铆接预埋件通过定位工装可准确固定预埋件的位置，一次定位准确，不需再进行后期校形及修正。
附图说明
图1为本发明实施例所公开的一种碳纤维天线骨架的整体结构示意图；
图2为本发明实施例所公开的一种碳纤维天线骨架中设备预埋件与矩形方管的铆接示意图；
图3为本发明实施例所公开的一种碳纤维天线骨架中线夹预埋件与矩形方管的铆接示意图；
图4为本发明实施例所公开的一种碳纤维天线骨架的装配工装示意图；
图5为本发明实施例所公开的一种碳纤维天线骨架中挂载侧板制作过程示意图；
图6为本发明实施例所公开的一种碳纤维天线骨架中挂载侧板安装示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，一种碳纤维天线骨架，包括多层框架、多个内接接头3以及多个外接接头，所述多层框架形成立体空心骨架1，每层框架均通过矩形方管2拼接而成，每层框架内部的矩形方管2通过内接接头3连接，每层框架与相邻层框架之间通过外接接头连接，所述矩形方管2上设有用于安装天线线缆的线夹预埋件5以及用于安装雷达组件7的设备预埋件6，所述框架、内接接头3、外接接头、线夹预埋件5以及设备预埋件6均采用碳纤维材料，外接接头在各图中未示出，外接接头实际与内接接头3作用相同，都是完成矩形方管2之间的连接，只是为了区分不同位置的接头，所以采用内接接头3和外接接头的方式加以区分描述。所述立体空心骨架1上根据实际应用的天线走线设置线夹预埋件5的安装点。所述矩形方管2上通过抽钉拉铆的方式将线夹预埋件5与设备预埋件6固定在预设位置，安装方式如图2和图3所示，安装好线夹预埋件5和设备预埋件6后，就可将线夹安装在线夹预埋件5上，以便于对后期的设备电缆进行约束固定；相同的，雷达组件7也安装于相应的设备预埋件6上，自此，碳纤维骨架结构功能体制作完成。
继续参阅图1，所述多层框架包括第一层框架101，所述第一层框架101为多个矩形方管2通过内接接头3拼接而成的田字格型框架，所述第一层框架101的左侧一个矩形方管2上设有设备预埋件6，所述设备预埋件6上固定连接有雷达组件7。装配时采用定位工装优先对第一层框架101外侧的接头进行定位，包括底层工装框14、定位卡板13和立体围框定位桁架15，底层工装框14便于第一层框架101的安装，底层工装框14是一个矩形框，矩形框上两个平行边之间设置多个相互平行的定位杆，定位杆上等间距的布置定位卡板，底层工装框14的中间位置固定有矩体空心架构的立体围框定位桁架15，立体围框定位桁架15便于第二层框架102以及第三层框架103的安装，定位时采用画线的方式，保证第一层框架101的接头中心线与工装的定位卡板13的中心在一条线上，如图4所示。
所述第一层框架101的中部位置的矩形方管2通过外接接头连接有竖直向上的短管8，所有短管8从上向下看围成矩形网格，在同一条矩形方管2上的短管8的中部通过矩形方管2连接，所有短管8中部连接的矩形方管2围成第二层框架102。本发明中矩形方管2与内接接头3或者外接接头的装配采用胶粘剂胶接固定。本发明中矩形方管2与内接接头3或者外接接头4的装配采用胶粘剂胶接固定。短管8和矩形方管2一样，只是为了方便描述将其定义为短管8，本发明中所有矩形框架、立体框架以及三角形框架均由矩形方管2拼接而成，只是矩形方管2的长度大小会根据需要进行调整。
在同一条矩形方管2上的短管8的顶部通过矩形方管2连接，所有短管8顶部连接的矩形方管2围成第三层框架103。
所述碳纤维天线骨架还包括斜坡结构，所述斜坡结构为多个矩形方管2拼接而成的三角形框架9，所述第二层框架102、第三层框架103以及第一层框架101整体围成矩体空心架，所述矩体空心架的前侧面的左侧和右侧均连接一个三角形框架9，所述矩体空心架的后侧面的左侧和右侧均连接一个三角形框架9，主视图方向上看，所述矩体空心架的前侧面及其左侧和右侧的三角形框架9围成上短下长的梯形。
所述矩体空心架的前侧面以及后侧面均固定连接挂载侧板10，所述挂载侧板10的形状大小与矩体空心架的前侧面以及后侧面匹配。所述矩体空心架上设置多个雷达组件7，所述雷达组件7通过设备预埋件6固定安装在矩形方管2上。所述挂载侧板10的制作过程为：首先制作矩形方管2，并按设计需要的方管长度截取备用，利用多个矩形方管2制成井字形的金属承力预埋件11，将泡沫夹芯体12安装至金属承力预埋件11中，泡沫夹芯体12与金属承力预埋件11的交接处用发泡胶填满，在拼接好的泡沫夹芯体12与金属承力预埋件11整体外表面包裹一层胶膜，将包裹好胶膜的含金属承力预埋件11的泡沫夹芯体12作为阳模在外边铺贴碳纤维预浸料，铺贴结束后用真空袋封装后抽真空，并转移至热压罐高温高压固化成型，制成挂载侧板10备用，如图5所示。先将挂载侧板10外边缘的四根梁(由四根碳纤维的矩形方管2组成)，通过四个内接接头3进行拼接，形成一个矩形，然后将挂载侧板10扣入矩体空心架的前侧面和/或后侧面，并通过内接接头3将其与矩体空心架拼成一体，如图6所示。
通过以上技术方案，本发明根据骨架按结构特点可优先对较为复杂的中部空间骨架进行装配也即矩体空心架进行装配，再在中部装配为一体的基础上对两翼也即三角形框架9进行定位拼装。在骨架的装配工装上，实行从后往前、从下到上的装配原则，将骨架在高度方向分为三层结构，为了最大限度的达到减重效果，骨架中的框架、内接接头3、外接接头、线夹预埋件5以及设备预埋件6均采用碳纤维材料，整体装配而成，由于所装载的雷达组件7较多，需要提供多个安装点，为满足此要求，骨架的结构形式由多层框架组合而成，从而可提供足够的安装空间，同时为了固定雷达组件7及线缆走线，在骨架相应的部位准确预埋线夹预埋件5以及设备预埋件6，整个骨架满足现有天线反射板的轻质化要求以及安装点位要求。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种碳纤维天线骨架，其特征在于，包括多层框架、多个内接接头以及多个外接接头，所述多层框架形成立体空心骨架，每层框架均通过矩形方管拼接而成，每层框架内部的矩形方管通过内接接头连接，每层框架与相邻层框架之间通过外接接头连接，所述矩形方管上设有用于安装天线线缆的线夹预埋件以及用于安装雷达组件的设备预埋件，所述框架、内接接头、外接接头、线夹预埋件以及设备预埋件均采用碳纤维材料；所述多层框架包括第一层框架，所述第一层框架为多个矩形方管通过内接接头拼接而成的田字格型框架，所述第一层框架的左侧一个矩形方管上设有设备预埋件，所述设备预埋件上固定连接有雷达组件；所述第一层框架的中部位置的矩形方管通过外接接头连接有竖直向上的短管，所有短管从上向下看围成矩形网格，在同一条矩形方管上的短管的中部通过矩形方管连接，所有短管中部连接的矩形方管围成第二层框架；在同一条矩形方管上的短管的顶部通过矩形方管连接，所有短管顶部连接的矩形方管围成第三层框架；所述碳纤维天线骨架还包括斜坡结构，所述斜坡结构为多个矩形方管拼接而成的三角形框架，所述第二层框架、第三层框架以及第一层框架整体围成矩体空心架，所述矩体空心架的前侧面的左侧和右侧均连接一个三角形框架，所述矩体空心架的后侧面的左侧和右侧均连接一个三角形框架，主视图方向上看，所述矩体空心架的前侧面及其左侧和右侧的三角形框架围成上短下长的梯形。
2.根据权利要求1所述的一种碳纤维天线骨架，其特征在于，所述矩体空心架的前侧面以及后侧面均固定连接挂载侧板，所述挂载侧板的形状大小与矩体空心架的前侧面以及后侧面匹配。
3.根据权利要求2所述的一种碳纤维天线骨架，其特征在于，所述挂载侧板的制作过程为：首先制作矩形方管，并按设计需要的方管长度截取备用，利用多个矩形方管制成井字形的金属承力预埋件，将泡沫夹芯体安装至金属承力预埋件中，泡沫夹芯体与金属承力预埋件的交接处用发泡胶填满，在拼接好的泡沫夹芯体与金属承力预埋件整体外表面包裹一层胶膜，将包裹好胶膜的含金属承力预埋件的泡沫夹芯体作为阳模在外边铺贴碳纤维预浸料，铺贴结束后用真空袋封装后抽真空，并转移至热压罐高温高压固化成型，制成挂载侧板备用。
4.根据权利要求2所述的一种碳纤维天线骨架，其特征在于，所述矩体空心架上设置多个雷达组件，所述雷达组件通过设备预埋件固定安装在矩形方管上。
5.根据权利要求1所述的一种碳纤维天线骨架，其特征在于，所述立体空心骨架上根据实际应用的天线走线设置线夹预埋件的安装点。
6.根据权利要求1所述的一种碳纤维天线骨架，其特征在于，所述矩形方管上通过抽钉拉铆的方式将线夹预埋件与设备预埋件固定在预设位置。
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