RU168639U1 - High-weight thermally stable microwave waveguide - Google Patents
High-weight thermally stable microwave waveguide Download PDFInfo
- Publication number
- RU168639U1 RU168639U1 RU2016127250U RU2016127250U RU168639U1 RU 168639 U1 RU168639 U1 RU 168639U1 RU 2016127250 U RU2016127250 U RU 2016127250U RU 2016127250 U RU2016127250 U RU 2016127250U RU 168639 U1 RU168639 U1 RU 168639U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- carbon fiber
- carbon
- foil
- metal foil
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01P—WAVEGUIDES; RESONATORS, LINES, OR OTHER DEVICES OF THE WAVEGUIDE TYPE
- H01P3/00—Waveguides; Transmission lines of the waveguide type
- H01P3/12—Hollow waveguides
Abstract
Полезная модель относится к полым СВЧ-волноводам, конкретнее к их конструкциям из полимерных композитных материалов с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для применения в ракетно-космической технике, СВЧ-волноводам с высокой весовой эффективностью и терморазмеростабильностью, в качестве силового несущего материала конструкции волновода полимерного композиционного материала используют углепластик со структурой армирования волокон {0°/+45°/-45°/90°}. Причем углы ориентации армирующего в углепластике приведены относительно направления наиболее протяженной волнопроводящей поверхности волновода, а металлическое покрытие волноводного отверстия выполнено фольгой металлической электротехнического назначения с толщиной не менее 50 мкм, выстланной и приформованной к внутренней поверхности силового несущего материала конструкции волновода в процессе его изготовления, а именно: на жесткую поверхность формообразующей оснастки, покрытую антиадгезионным разделительным составом, выкладывают слой металлической фольги с зачищенными и обезжиренными поверхностями, далее наматывают либо выкладывают вышеуказанный углеродный армирующий материал, далее производят пропитку и отверждение связующего, после чего готовый волновод с фольгой, приформованной в волноводном отверстии, снимают с оснастки. Надежное закрепление металлической фольги к внутренней поверхности углепластикового волновода обеспечивается за счет адгезии используемого в углепластике связующего, выступающего по отношению к металлической фольге в качестве клеевого соединения. Стабильность геометрических размеров и формыThe utility model relates to hollow microwave waveguides, and more particularly to their structures made of polymer composite materials with high weight efficiency and thermal stability for use in rocket and space technology, microwave waveguides with high weight efficiency and thermal stability, as a power-bearing material for the construction of a polymer composite waveguide the material is carbon fiber with a fiber reinforcement structure {0 ° / + 45 ° / -45 ° / 90 °}. Moreover, the orientation angles of the reinforcing in carbon fiber are given relative to the direction of the longest waveguide surface of the waveguide, and the metal coating of the waveguide hole is made of metal foil with a thickness of at least 50 μm, lined and molded to the inner surface of the power bearing material of the waveguide design during its manufacture, namely : on a rigid surface of the forming tooling, covered with release release agent, a layer of metal foil with cleaned and degreased surfaces is formed, then the above carbon reinforcing material is wound or laid out, then the binder is impregnated and cured, after which the finished waveguide with foil molded in the waveguide hole is removed from the snap-in. Reliable fastening of the metal foil to the inner surface of the carbon fiber waveguide is ensured by the adhesion of a binder used in carbon fiber, which acts as an adhesive joint with respect to the metal foil. Stability of geometric dimensions and shape
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к полым СВЧ-волноводам, конкретнее к их конструкциям из полимерных композитных материалов с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для применения в ракетно-космической технике.The utility model relates to hollow microwave waveguides, and more particularly to their structures made of polymer composite materials with high weight efficiency and thermal stability for use in space rocket technology.
Уровень техникиState of the art
Волноводные линии передачи СВЧ-сигнала нашли широкое применение в современных системах электросвязи: радио и телевидении, системах наведения и локации, устройствах связи, навигационных системах, эхолотах и измерительной аппаратуре. Высокие требования, предъявляемые развитием изделий ракетно-космической и специальной техники, предопределяют необходимость совершенствования целевых эксплуатационных и функциональных характеристик волноводов.The waveguide microwave signal transmission lines are widely used in modern telecommunication systems: radio and television, guidance and location systems, communication devices, navigation systems, echo sounders and measuring equipment. High requirements imposed by the development of rocket-space and special equipment products predetermine the need to improve the target operational and functional characteristics of waveguides.
Известны традиционные линии передачи сверхвысоких частот, выполненные по ГОСТ 18238-72 и изготовленные из волноводных медных или латунных труб прямоугольного сечения по ГОСТ 20900-75, их номенклатура соответствует номенклатуре Международной электротехнической комиссией (МЭК) - International Electrotechnical Commission (IEC), а также стандартами, принятыми в США - Energy Information Administration (EIA).Traditional microwave transmission lines are known, made in accordance with GOST 18238-72 and made of waveguide copper or brass tubes of rectangular cross-section in accordance with GOST 20900-75, their nomenclature corresponds to the nomenclature of the International Electrotechnical Commission (IEC), as well as standards adopted in the USA - Energy Information Administration (EIA).
Известны СВЧ-волноводы, использующие полимерные композитные материалы, для применения в ракетно-космической технике в условиях открытого космического пространства и описанные в следующих патентах.Known microwave waveguides using polymer composite materials for use in rocket and space technology in open space and described in the following patents.
«Антенно-фидерное СВЧ-устройство из углекомпозитного материала и способ его изготовления» (патент РФ RU 2577918, МПК H01B 3/00, H01P 11/00, опубликовано: 20.03.2016) описывает волноводный элемент, полностью выполненный из графеносодержащего углекомпозитного материала с высокой электропроводимостью. При этом углеродные волокна расположены в плоскости, перпендикулярной оси волноводного элемента. На внутреннюю часть заготовки волноводного элемента СВЧ-устройства наматывают требуемое число слоев углекомпозитной нити или ткани. В дальнейшем на подготовленное изделие надевают внешнюю часть заготовки-матрицы и в результате нагрева методом вакуумного формования достигают устранение шероховатости поверхности. Отделяют внешнюю и внутреннюю матрицы и получают волноводный элемент. Технический результат - повышение прочности, снижение массогабаритных характеристик, упрощение процедуры изготовления. Характерным признаком заявляемого СВЧ-устройства является материал, из которого оно изготовлено, имеющий высокую электропроводность. Он может обладать анизотропной электропроводностью, позволяющей варьировать параметры устройства.“Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and method of its manufacture” (RF patent RU 2577918, IPC H01B 3/00,
Основной недостаток волновода, описанного в патенте RU 2577918, заключается в том, что он не обладает свойством терморазмеростабильности.The main disadvantage of the waveguide described in patent RU 2577918 is that it does not have the property of thermal stability.
Изобретение «METAL PLATED BODY COMPOSED OF GRAPHITE FIBRE EPOXY COMPOSITE» (патент США US 3982215, МПК H01P 1/208; H01P 1/20; H01P 3/12; H01P 11/00, опубликовано: 1976-09-21) можно считать более близким аналогом предлагаемой полезной модели. В патенте описан волновод из углепластика с эпоксидным связующим и электропроводящими тонкими металлическими слоями на поверхностях тела (силового конструкционного материала) волновода: более тонким слом никеля и утолщенным слоем меди сверху слоя никеля (также еще может быть сверху слоя меди слой из серебра и слой золота сверху серебра). Волновод изготавливают из углепластика, затем гладким поверхностям (внутренним и внешним) углепластикового волновода придают небольшую шероховатость и после этого на эти шероховатые поверхности последовательно наносят металлические электропроводящее слои из никеля и меди электрохимическими способами.The invention "METAL PLATED BODY COMPOSED OF GRAPHITE FIBER EPOXY COMPOSITE" (US patent US 3982215, IPC
Недостатком волновода, описанного в патенте US 3982215, является сложность многослойного металлического покрытия углепластикового тела волновода и технологии его изготовления и сильная зависимость характеристик конечного устройства от режимов технологии и уровня производства. Кроме того, данный волновод не является терморазмеростабильным.A disadvantage of the waveguide described in US Pat. No. 3,982,215 is the complexity of the multilayer metal coating of the carbon fiber body of the waveguide and its manufacturing technology and the strong dependence of the characteristics of the final device on the modes of technology and production level. In addition, this waveguide is not thermally stable.
Изобретение «FIBER REINFORCED PLASTIC COMPOUND AND WAVEGUIDE AND SEAT PLATE FOR TRAVELLING WAVE TUBE USING SAID COMPOUND» (патент Японии JPS 6062703, МПК H01J 23/12; H01P 11/00; H01P 3/12, опубликовано 1985-04-10) можно считать прототипом предлагаемой полезной модели. В данном патенте описан волновод с повышенной весовой эффективностью и долговечностью, силовой конструкционный материал которого выполнен из трехслойного усиленного волокнами (волокнистого) полимерного композиционного материала (включающего усиленный волокнами стеклопластик и смесь этого стеклопластика с графитовыми (угольными) волокнами и арамидными волокнами разных варьируемых длин) с регулируемым градиентным изменением коэффициентов линейного термического расширения (КЛТР), причем КЛТР внутреннего слоя практически равен КЛТР пленочного токопроводящего металлического покрытия во избежание расслаивания слоев волновода и металлического покрытия и его растрескивания от воздействия экстремальных температурных перепадов открытого космоса. В качестве токопроводящего материала волноводного отверстия использовано тонкослойное (толщиной 10-20 мкм) металлическое покрытие из преимущественно меди (или алюминия или серебра), наносимым в отверстие волновода парофазовым способом переноса металла или гальваническим электролизом. Схожие черты изобретения-прототипа (патент JPS 6062703) с предлагаемой полезной моделью заключаются в использовании в качестве силового материала конструкции волокнистого полимерного композиционного материала, а также в использовании в качестве электропроводящего материала волнопроводящего отверстия тонкослойного металлического покрытия.The invention "FIBER REINFORCED PLASTIC COMPOUND AND WAVEGUIDE AND SEAT PLATE FOR TRAVELING WAVE TUBE USING SAID COMPOUND" (Japanese patent JPS 6062703, IPC H01J 23/12;
Однако, для предотвращения расслоения материалов из-за различных температурных деформаций в прототипе использован многослойный материал с градиентными по толщине КЛТР, причем КЛТР внутреннего слоя практически равен КЛТР пленочного токопроводящего металлического покрытия. При этом прототипный волновод является достаточно сложным по конструкции (многослойным) и технологии изготовления и не обладает в достаточной степени свойством терморазмеростабильности.However, to prevent delamination of materials due to various temperature strains, the prototype used a multilayer material with a gradient in thickness of the CTE, and the CTE of the inner layer is almost equal to the CTE of the film conductive metal coating. Moreover, the prototype waveguide is quite complex in design (multilayer) and manufacturing technology and does not possess the property of thermal stability.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Основным отличием предлагаемой полезной модели от приведенных аналогов и прототипа является создание именно терморазмеростабильного волновода (КЛТР углепластика не более 1⋅10-6 К-1)), что достигается путем использования углепластика с оптимизированной, строго определенной угловой структурой армирования; создание же электропроводящей поверхности волноводного отверстия обеспечивается путем использования стандартной (гостированной) металлической фольги из электротехнических сплавов, надежно соединенной с внутренней поверхностью волноводного отверстия посредством приформовывания фольги к внутренней поверхности волновода в процессе его изготовления: на жесткую поверхность формообразующей оснастки, покрытой антиадгезионным разделительным составом послойно выкладывают фольгу, затем - неотвержденный углепластик, после чего производят отверждение и волновод снимают с оправки. Оптимизация структуры армирования углепластика для обеспечения терморазмеростабильности волновода, по мнению авторов, приводит к практическому отсутствию влияния сложных и переменных термических деформаций, возникающих в условиях открытого космоса на электротехнические характеристики волновода.The main difference between the proposed utility model and the above analogues and prototype is the creation of a thermally stable waveguide (CFLR of carbon fiber no more than 1⋅10 -6 K -1 )), which is achieved by using carbon fiber with an optimized, well-defined angular reinforcement structure; the creation of the electrically conductive surface of the waveguide hole is achieved by using a standard (guest) metal foil made of electrical alloys, reliably connected to the inner surface of the waveguide hole by molding the foil to the inner surface of the waveguide during its manufacture: lay out layer-by-layer on a rigid surface of the forming tooling, coated with release agent foil, then - uncured carbon fiber, then production The curing and waveguide are removed from the mandrel. The optimization of the structure of carbon fiber reinforcement to ensure thermal stability of the waveguide, according to the authors, leads to the practical absence of the influence of complex and variable thermal deformations that occur in open space on the electrical characteristics of the waveguide.
При этом также преимущество предлагаемой полезной модели заключается в простоте конструкции и технологии ее изготовления, не требующей множества технологических операций по электрохимическому нанесению покрытий. Кроме того, использование типового элемента - стандартной (гостированной) металлической электротехнической фольги обеспечивает стабильные качественные электротехнические характеристики волновода.Moreover, the advantage of the proposed utility model lies in the simplicity of the design and the technology of its manufacture, which does not require many technological operations for electrochemical coating. In addition, the use of a typical element - a standard (guest) metal electrical foil provides stable high-quality electrical characteristics of the waveguide.
Таким образом, техническим результатом полезной модели является создание волновода с высокой весовой эффективностью, со стабильными в широком интервале эксплуатационных температур геометрическими размерами (терморазмеростабильного волновода) и стабильными электротехническими характеристиками.Thus, the technical result of the utility model is the creation of a waveguide with high weight efficiency, with geometrical dimensions (thermally stable waveguide) stable in a wide range of operating temperatures and stable electrical characteristics.
Технический результат достигается за счет использования в СВЧ-волноводе с высокой весовой эффективностью и терморазмеростабильностью в качестве силового несущего материала конструкции волновода полимерного композиционного материала - углепластика со структурой армирования волокон {0°/+45°/-45°/90°}, причем углы ориентации армирующего в углепластике приведены относительно направления наиболее протяженной волнопроводящей поверхности волновода, а металлическое покрытие волноводного отверстия выполнено фольгой металлической электротехнического назначения с толщиной не менее 50 мкм, выстланной и приформованной к внутренней поверхности силового несущего материала конструкции волновода в процессе его изготовления, а именно: на жесткую поверхность формообразующей оснастки, покрытую антиадгезионным разделительным составом, выкладывают слой металлической фольги с зачищенными и обезжиренными поверхностями, далее наматывают либо выкладывают вышеуказанный углеродный армирующий материал, далее производят пропитку и отверждение связующего, после чего готовый волновод с фольгой, приформованной в волноводном отверстии, снимают с формообразующей оснастки.The technical result is achieved through the use of a polymer composite material — carbon fiber with a fiber reinforcement structure of {0 ° / + 45 ° / -45 ° / 90 °} in a microwave waveguide with high weight efficiency and thermal stability, as a force-bearing material — the angles the orientations of the reinforcing in carbon fiber are given relative to the direction of the longest waveguide surface of the waveguide, and the metal coating of the waveguide hole is made of a metal electrofoil purpose with a thickness of not less than 50 μm, lined and molded to the inner surface of the power bearing material of the waveguide structure during its manufacture, namely: on a rigid surface of the forming tooling, covered with release adhesive release composition, lay a layer of metal foil with cleaned and degreased surfaces, then the above carbon reinforcing material is wound or laid out, then the binder is impregnated and cured, after which the finished waveguide with Olga, integrally formed in the waveguide aperture, is removed from the molding tooling.
В качестве армирующего углеродного материала возможно применение любых непрерывных ориентированных углеродных наполнителей, обеспечивающих необходимую жесткость и прочность материала и конструкции: углеродных нитей, лент либо тканей. Например, возможно применение углеродных волокон марок Torayca, Toho Tenax либо волокон российского производства марки УКН. В качестве связующего материала предусмотрено применение эпоксидного компаунда марки ЭХД-МД или любых других типов связующего, обеспечивающих высокие физико-механические характеристики углепластика в широком интервале рабочих температур. При этом толщина углепластиковых стенок волновода варьируется от 1,0 до 3,5 мм в соответствии с типоразмером волновода.As a reinforcing carbon material, it is possible to use any continuous oriented carbon fillers that provide the necessary rigidity and strength of the material and structure: carbon filaments, tapes or fabrics. For example, it is possible to use carbon fibers of the brands Torayca, Toho Tenax or fibers of Russian manufacture of the UKN brand. The use of epoxy compound of the ЭХД-МД grade or any other type of binder, providing high physicomechanical characteristics of carbon fiber in a wide range of operating temperatures, is provided as a binder material. The thickness of the carbon fiber walls of the waveguide varies from 1.0 to 3.5 mm in accordance with the size of the waveguide.
Металлическая фольга обеспечивает целевые значения электротехнических характеристик токопроводящего скин-слоя, изотропию и однородность этих характеристик, а именно: удельное электрическое сопротивление менее 0,03 (Ом×мм2)/м; относительная магнитная проницаемость 1,06 и менее. В качестве материала используемой фольги могут быть применены стандартные электротехнические сплавы алюминия, меди, серебра, золота, например, фольга СрМ925 0,05×125 P по ГОСТ 24552-2014.The metal foil provides the target values of the electrical characteristics of the conductive skin layer, the isotropy and uniformity of these characteristics, namely: electrical resistivity less than 0.03 (Ohm × mm 2 ) / m; relative magnetic permeability of 1.06 or less. As the material of the used foil, standard electrotechnical alloys of aluminum, copper, silver, and gold can be used, for example, СРМ925 0.05 × 125 P foil according to GOST 24552-2014.
Надежное закрепление металлической фольги к внутренней поверхности углепластикового волновода обеспечивается за счет адгезии используемого в углепластике связующего, выступающего по отношению к металлической фольге в качестве клеевого соединения.Reliable fastening of the metal foil to the inner surface of the carbon fiber waveguide is ensured by the adhesion of a binder used in carbon fiber, which acts as an adhesive joint with respect to the metal foil.
Стабильность геометрических размеров и формы токопроводящей поверхности, образованной металлической фольгой, обеспечивается внешней жесткой и прочной терморазмеростабильной оболочкой из углепластика. Совместная работа углепластика и фольги обеспечивается посредством надежного клеевого соединения, сформировавшегося между приформованной фольгой и углепластиком в процессе пропитки и отверждения связующего. Так, при существенных изменениях температур терморазмеростабильный углепластик сохраняет форму и размеры волновода и токопроводящей поверхности из фольги, т.е. напряженное состояние углепластика может изменяться при практической неизменности геометрических размеров и формы оболочки и фольги, что является залогом терморазмеростабильности всего волновода.The stability of the geometric dimensions and shape of the conductive surface formed by the metal foil is ensured by an external rigid and durable thermally stable casing made of carbon fiber. The joint work of carbon fiber and foil is ensured by a reliable adhesive bond formed between the formed foil and carbon fiber in the process of impregnation and curing of the binder. So, with significant changes in temperature, the thermosize-stable carbon fiber retains the shape and dimensions of the waveguide and the conductive surface of the foil, i.e. the stress state of carbon fiber can vary with the practical geometrical dimensions and shape of the shell and foil, which is the key to thermal stability of the entire waveguide.
Перечень фигурList of figures
Сущность заявленного устройства поясняется графическими материалами:The essence of the claimed device is illustrated by graphic materials:
фиг. 1 - конструкция терморазмеростабильного СВЧ-волновода с высокой весовой эффективностью;FIG. 1 - design of a thermally stable microwave waveguide with high weight efficiency;
фиг. 2. - расчетные зависимости продольного и поперечного КЛТР углепластика от угла взаимной ориентации армирующих волокон;FIG. 2. - calculated dependences of the longitudinal and transverse KLTR carbon fiber versus the angle of mutual orientation of the reinforcing fibers;
фиг. 3 - общий вид и габаритные размеры образца терморазмеростабильного СВЧ-волновода с высокой весовой эффективностью для космической размеростабильной антенны;FIG. 3 is a general view and overall dimensions of a sample of a heat-stable microwave waveguide with high weight efficiency for a space-size stable antenna;
фиг. 4 - общий вид и габариты пространственной композитной конструкции (космической размеростабильной антенны) с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники;FIG. 4 - general view and dimensions of a spatial composite structure (space dimensionally stable antenna) with high weight efficiency and thermal stability for rocket and space technology;
фиг. 5 - увеличенное изображение узла крепления и линия передачи сигнала в составе пространственной композитной конструкций с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники.FIG. 5 is an enlarged image of the attachment site and a signal transmission line as part of a spatial composite structure with high weight efficiency and thermal stability for rocket and space technology.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Создание композитных конструкций (в том числе предлагаемого волновода) с высокой весовой эффективностью и термостабильностью возможно реализовать, например, за счет использования технологии (способа) сухого плетения, либо намотки, либо выкладки совместно с технологией (способом) пропитки RTM (VARTM), либо иных технологий (способов) формования изделий из полимерных композиционных материалов, обеспечивающих необходимое качество: температурный диапазон работоспособности от минус 150°C до плюс 120°C; снижение физико-механических характеристик при температуре плюс 120°C не более 20%; возможность эксплуатации готового изделия в условиях космического вакуума.The creation of composite structures (including the proposed waveguide) with high weight efficiency and thermal stability can be realized, for example, through the use of technology (method) of dry weaving, or winding, or laying out together with RTM (VARTM) impregnation technology (method), or other technologies (methods) of molding products from polymer composite materials providing the required quality: temperature range of working capacity from minus 150 ° C to plus 120 ° C; reduction of physical and mechanical characteristics at a temperature of plus 120 ° C no more than 20%; the ability to operate the finished product in a space vacuum.
На фиг. 1 представлена конструкция терморазмеростабильного СВЧ-волновода с высокой весовой эффективностью, выполненная из терморазмеростабильного углепластика с токопроводящим покрытием волноводного отверстия из металлической электротехнической фольги. Помимо самого волноводного тракта (волновода) также показан присоединительный фланец, форма и размеры которого также являются типовыми и определяются размерами волновода. Типовые размеры волноводных соединительных фланцев приведены в номенклатуре волноводов Международной электротехнической комиссией (МЭК) - International Electrotechnical Commission (IEC), а также стандартами, принятыми в США - Energy Information Administration (EIA).Конкретное исполнение соединительного фланца может быть различным, однако в случае терморазмеростабильного углепластикового волновода, фланец может изготавливаться как единое цельное изделие с волнопроводящим трактом, так и как отдельное изделие, образующее с волнопроводящим трактом разъемное соединение.In FIG. 1 shows the design of a thermally stable microwave waveguide with high weight efficiency, made of thermally stable carbon fiber with a conductive coating of a waveguide hole made of metal electrical foil. In addition to the waveguide path (waveguide), a connecting flange is also shown, the shape and dimensions of which are also typical and are determined by the dimensions of the waveguide. Typical dimensions of waveguide connecting flanges are given in the nomenclature of waveguides by the International Electrotechnical Commission (IEC), as well as the standards adopted in the USA - Energy Information Administration (EIA). The specific design of the connecting flange may be different, but in the case of heat-stable carbon fiber waveguide, the flange can be made as a single integral product with a wave-conducting path, or as a separate product, forming a detachable connection with the wave-conducting path.
Терморазмеростабильный СВЧ-волновод с высокой весовой эффективностью представляет собой волновод, изготовленный из полимерного композиционного материала - углепластика со структурой армирования {0°/+45°/-45°/90°}, за счет чего обеспечивается терморазмеростабильность материала и конструкции волновода, а также весовая эффективность. Данная структура армирования определена в результате расчета коэффициентов термического расширения композиционного материала модели волновода с варьируемыми углами укладки армирующего наполнителя. Иллюстрация результатов данного расчета приведена на фиг. 2, где хорошо видно, что именно при угле взаимной ориентации армирующего равном 45°, продольные и поперечные КЛТР углепластика одновременно близки к нулевому значению (см. точку пересечения обоих графиков КЛТР).A thermo-dimensionally stable microwave waveguide with high weight efficiency is a waveguide made of a polymer composite material - carbon fiber reinforced with a reinforcing structure {0 ° / + 45 ° / -45 ° / 90 °}, which ensures thermal dimensional stability of the material and the waveguide design, as well as weight efficiency. This reinforcement structure is determined as a result of calculating the thermal expansion coefficients of the composite material of the waveguide model with varying laying angles of the reinforcing filler. An illustration of the results of this calculation is shown in FIG. 2, where it is clearly seen that it is precisely at the angle of mutual orientation of the reinforcing that is equal to 45 ° that the longitudinal and transverse CTE of the carbon fiber reinforced plastic are simultaneously close to zero (see the intersection point of both CTE diagrams).
Терморазмеростабильный СВЧ-волновод с высокой весовой эффективностью имеет стандартные геометрические размеры и форму, предусмотренные типовой номенклатурой типоразмеров: ГОСТ 20900-75, номенклатурой Международной электротехнической комиссии (МЭК) - International Electrotechnical Commission (IEC), а также стандартами, принятыми в США - Energy Information Administration (EIA).A thermo-dimensionally stable microwave waveguide with high weight efficiency has standard geometric dimensions and shapes provided for by the standard range of sizes: GOST 20900-75, the range of the International Electrotechnical Commission (IEC), and also the standards adopted in the USA - Energy Information Administration (EIA).
Внутренняя волнопроводящяя поверхность углепластикового волновода выстлана фольгой металлической электротехнического назначения, что обеспечивает целевые значения электротехнических характеристик токопроводящего скин-слоя, изотропию и однородность этих характеристик, а именно: удельное электрическое сопротивление менее 0,03 (Ом×мм2)/м; относительная магнитная проницаемость 1,06 и менее. Толщина используемой фольги должна быть не менее 50 мкм, что обеспечивает технологичность ее использования при изготовлении волновода. Фольгу приформовывают к внутренней поверхности волновода в процессе его изготовления: на жесткую поверхность формообразующей оснастки, покрытую антиадгезионным разделительным составом, выкладывается слой металлической фольги с зачищенными и обезжиренными поверхностями, далее наматывается либо выкладывается углеродный армирующий материал, далее происходит пропитка и отверждение связующего, после чего готовый волновод с приформованной фольгой снимают с оснастки. В качестве материала используемой фольги могут быть применены стандартные электротехнические сплавы алюминия, меди, серебра, золота и других металлов. Надежное закрепление металлической фольги к внутренней поверхности углепластикового волновода обеспечивается за счет адгезии используемого в углепластике связующего, выступающего по отношению к металлической фольге в качестве клеевого соединения. В качестве материала используемой фольги могут быть применены стандартные электротехнические сплавы алюминия, меди, серебра, золота и других металлов, например, использование фольги СрМ925 0,05×125 P по ГОСТ 24552-2014. Стабильность геометрических размеров и формы токопроводящей поверхность, образованной металлической фольгой, обеспечивается внешней жесткой и прочной терморазмеростабильной поверхностью-оболочкой из углепластика. Совместная работа углепластика и фольги обеспечивается посредством клеевого соединения, сформировавшегося между фольгой и углепластиком в процессе пропитки и отверждения связующего. Так, при изменении температур углепластик сохраняет форму и размеры волновода и токопроводящей поверхности из фольги, т.е. напряженное состояние углепластика может изменяться при сохранении геометрических размеров и формы волновода, что является залогом терморазмеростабильности.The inner waveguide surface of the carbon fiber waveguide is lined with metal foil for electrical purposes, which provides the target values of the electrical characteristics of the conductive skin layer, the isotropy and uniformity of these characteristics, namely: specific electrical resistance less than 0.03 (Ohm × mm 2 ) / m; relative magnetic permeability of 1.06 or less. The thickness of the used foil should be at least 50 microns, which ensures the manufacturability of its use in the manufacture of the waveguide. The foil is molded to the inner surface of the waveguide during its manufacture: a layer of metal foil with cleaned and degreased surfaces is laid on the rigid surface of the forming tooling, covered with release adhesive, then carbon reinforcing material is wound or laid out, then the binder is impregnated and cured, and then finished the waveguide with the molded foil is removed from the snap. As the material of the foil used, standard electrotechnical alloys of aluminum, copper, silver, gold and other metals can be used. Reliable fastening of the metal foil to the inner surface of the carbon fiber waveguide is ensured by the adhesion of a binder used in carbon fiber, which acts as an adhesive joint with respect to the metal foil. Standard electrotechnical alloys of aluminum, copper, silver, gold and other metals can be used as the material of the used foil, for example, the use of СРМ925 0.05 × 125 P foil according to GOST 24552-2014. The stability of the geometric dimensions and shape of the conductive surface formed by the metal foil is ensured by an external rigid and durable thermally stable surface-shell made of carbon fiber. The joint work of carbon fiber and foil is ensured by means of an adhesive joint formed between the foil and carbon fiber in the process of impregnation and curing of the binder. So, when temperatures change, carbon fiber retains the shape and dimensions of the waveguide and the conductive surface of the foil, i.e. the stress state of carbon fiber can vary while maintaining the geometric dimensions and shape of the waveguide, which is the key to thermal stability.
Пример осуществления полезной моделиUtility Model Example
Образец устройства полезной модели (терморазмеростабильного СВЧ-волновода с высокой весовой эффективностью) изготовлен и использован при проектировании и создании пространственных композитных конструкций с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники, в рамках работ по Соглашению о предоставлении субсидии №14.577.21.0130 от 28 октября 2014 г. с Министерством образования и науки Российской Федерации. Уникальный идентификатор прикладных научных исследований (проекта) RFMEFI57714X0130.A model of the utility model device (thermally stable microwave waveguide with high weight efficiency) was made and used in the design and creation of spatial composite structures with high weight efficiency and thermal stability for rocket and space technology, as part of the work on the Agreement on the provision of subsidy No. 14.577.21.0130 of 28 October 2014 with the Ministry of Education and Science of the Russian Federation. Unique identifier of applied research (project) RFMEFI57714X0130.
Общий вид используемого терморазмеростабильного СВЧ-волновод с высокой весовой эффективностью показан на фиг. 3. Его габаритные размеры следующие: a=7,1±0,05 мм; b=3,6±0,05 мм; S=1,1±0,15 мм; A=B=27,5±0,5 мм; D=13,0±0,5 мм, L=36±1,0 мм. Волновод имеет следующие эксплуатационные характеристики: рекомендуемый частотный диапазон работы от 26,50 ГГц до 40,00 ГГц; граничные частоты работы от 21,07 ГГц до 42,15 ГГц; при следующих размерах волноводного отверстия: ширина a=7,1±0,05 мм; высота b=3,6±0,05 мм, что обеспечивается полировкой «в размер». В качестве материала силовой формообразующей конструкции волновода был использован углепластик на основе армирующего M46 Torayca и связующего ЭХД-МД.A general view of the thermally stable microwave waveguide with high weight efficiency is shown in FIG. 3. Its overall dimensions are as follows: a = 7.1 ± 0.05 mm; b = 3.6 ± 0.05 mm; S = 1.1 ± 0.15 mm; A = B = 27.5 ± 0.5 mm; D = 13.0 ± 0.5 mm, L = 36 ± 1.0 mm. The waveguide has the following operational characteristics: recommended operating frequency range from 26.50 GHz to 40.00 GHz; cutoff frequencies of operation from 21.07 GHz to 42.15 GHz; with the following dimensions of the waveguide hole: width a = 7.1 ± 0.05 mm; height b = 3.6 ± 0.05 mm, which is ensured by polishing "in size". Carbon fiber based on reinforcing M46 Torayca and a binder ЭХД-МД was used as a material of the power forming structure of the waveguide.
Структурная формула указанного ламинита имеет вид: {0°/+45°/-45°/90°}, данная структура углепластикового ламината обеспечивает терморазмеростабильность конструкции волновода, что способствует стабильности целевых электротехнических характеристик волновода. Использование в качестве материала корпуса волновода углепластика с плотностью 1500±100 кг/м3 обеспечивает облегчение каждого метра волновода как минимум в 5 раз по сравнению с традиционными латунными и медными волноводами, плотность материала которых лежит в диапазоне от 8500 до 8900 кг/м3. В качестве материала волнопроводящего отверстия волновода использована фольга СрМ925 0,05×125 Р по ГОСТ 24552-2014. Для уменьшения коэффициента потерь волновода перед его вводом в эксплуатацию необходима полировка токонесущей поверхности фольги металлической войлочным притиром (войлок технический полугрубошерстный ГОСТ 6308-71), что позволило добиться шероховатости токопроводящей поверхности Ra, равной 0,03 мкм.The structural formula of the specified laminitis is: {0 ° / + 45 ° / -45 ° / 90 °}, this structure of the carbon-plastic laminate provides thermal stability of the waveguide design, which contributes to the stability of the target electrical characteristics of the waveguide. The use of carbon fiber with a density of 1500 ± 100 kg / m 3 as the body material of the waveguide provides a lightening of each meter of the waveguide by at least 5 times in comparison with traditional brass and copper waveguides, the material density of which lies in the range from 8500 to 8900 kg / m 3 . As a material of the waveguide hole of the waveguide, a CPM925 0.05 × 125 P foil was used in accordance with GOST 24552-2014. To reduce the loss factor of the waveguide before putting it into operation, it is necessary to polish the current-carrying surface of the foil with metal felt grinding (technical semi-coarse felt GOST 6308-71), which made it possible to achieve a surface roughness Ra of 0.03 μm.
Пример конкретного использования данного образца терморазмеростабильного СВЧ-волновода в составе пространственной композитной конструкций с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники приведен на фиг. 4 и фиг. 5. На фиг. 4 приведены общий вид и габариты пространственной композитной конструкций с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники, где 1 - пространственная композитная конструкция; 2 - параболический антенный рефлектор; 3 - элемент силовой пространственной фермы, предназначенный для крепления волновода. На фиг. 5 увеличенно изображен узел крепления и линия передачи сигнала в составе пространственной композитной конструкций с высокой весовой эффективностью и термостабильностью для ракетно-космической техники: позиция 3 - элемент силовой пространственной фермы, предназначенный для крепления волновода; 4 - переходная пластина-крепление; 5 - приемопередающее устройство (диод Ганна); 6 - терморазмеростабильный СВЧ-волновод с высокой весовой эффективностью.An example of the specific use of this sample of a thermally stable microwave waveguide as part of a spatial composite structure with high weight efficiency and thermal stability for rocket and space technology is shown in FIG. 4 and FIG. 5. In FIG. 4 shows a general view and dimensions of a spatial composite structure with high weight efficiency and thermal stability for rocket and space technology, where 1 is a spatial composite structure; 2 - parabolic antenna reflector; 3 - an element of the power spatial truss intended for mounting the waveguide. In FIG. 5 shows an enlarged view of the attachment point and signal transmission line as part of a spatial composite structure with high weight efficiency and thermal stability for rocket and space technology: position 3 is an element of a power spatial truss designed to mount a waveguide; 4 - adapter plate-mount; 5 - transceiver device (Gunn diode); 6 - thermally stable microwave waveguide with high weight efficiency.
Claims (3)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127250U RU168639U1 (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | High-weight thermally stable microwave waveguide |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127250U RU168639U1 (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | High-weight thermally stable microwave waveguide |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU168639U1 true RU168639U1 (en) | 2017-02-13 |
Family
ID=58450488
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127250U RU168639U1 (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | High-weight thermally stable microwave waveguide |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU168639U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804270C1 (en) * | 2023-04-18 | 2023-09-26 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for manufacturing waveguide with complex geometry from polymer composite material |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6062703A (en) * | 1983-09-16 | 1985-04-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fiber reinforced plastic compound and waveguide and seat plate for travelling wave tube using said compound |
JPS6066503A (en) * | 1983-09-22 | 1985-04-16 | Toshiba Corp | Production for waveguide |
JPS60200601A (en) * | 1984-03-26 | 1985-10-11 | Toshiba Corp | Manufacture of waveguide |
JP2002076755A (en) * | 2000-08-28 | 2002-03-15 | Nec Eng Ltd | Solid waveguide structure such as guidehorn or waveguide |
RU2577918C1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-20 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method |
-
2016
- 2016-07-06 RU RU2016127250U patent/RU168639U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6062703A (en) * | 1983-09-16 | 1985-04-10 | Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> | Fiber reinforced plastic compound and waveguide and seat plate for travelling wave tube using said compound |
JPS6066503A (en) * | 1983-09-22 | 1985-04-16 | Toshiba Corp | Production for waveguide |
JPS60200601A (en) * | 1984-03-26 | 1985-10-11 | Toshiba Corp | Manufacture of waveguide |
JP2002076755A (en) * | 2000-08-28 | 2002-03-15 | Nec Eng Ltd | Solid waveguide structure such as guidehorn or waveguide |
RU2577918C1 (en) * | 2014-09-09 | 2016-03-20 | федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский радиофизический институт" | Antenna-feeder microwave device made of carbon composite material and its manufacturing method |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2804270C1 (en) * | 2023-04-18 | 2023-09-26 | Акционерное общество "Информационные спутниковые системы" имени академика М.Ф. Решетнёва" | Method for manufacturing waveguide with complex geometry from polymer composite material |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10090715B2 (en) | System and method for transmitting data or power across a structural component | |
JP2935569B2 (en) | High thermal conductivity non-metallic honeycomb | |
US20120034096A1 (en) | Incorporation of functional cloth into prepreg composites | |
CN111417063B (en) | Carbon fiber dome, preparation method thereof and loudspeaker | |
US10392548B2 (en) | Composite material part having a thermally and electrically conductive portion, and a method of fabricating such a part | |
US4255752A (en) | Lightweight composite slotted-waveguide antenna and method of manufacture | |
CN103296437A (en) | Manufacturing method for metamaterial board, metamaterial antenna housing and manufacturing method for metamaterial antenna housing | |
US9991588B2 (en) | Highly conductive fiber reinforced antennas | |
CN105473301A (en) | Method for producing non-metal self-heatable molds | |
RU168639U1 (en) | High-weight thermally stable microwave waveguide | |
US20150123760A1 (en) | Method and design for stabilizing conductors in a coil winding | |
CN112829400A (en) | Structure/stealth integrated composite material and preparation method thereof | |
CN105322276A (en) | Weaving method of woven spacer fabric structural antenna | |
CN107253330B (en) | A kind of preparation method of carbon fiber waveguide | |
CN106340722A (en) | Antenna shell group and manufacturing method thereof | |
CN105437569B (en) | A kind of forming method of composite reflector | |
CN204717238U (en) | A kind of ultralight high strength ventilating and thermal insulating pipeline | |
WO2013023431A1 (en) | Antenna, antenna housing and antenna housing sheet | |
CN109468852A (en) | A kind of preparation method of fiber prepreg material, fiber prepreg plate and fiber prepreg material | |
CN215040968U (en) | Structure/stealth integrated composite material and aircraft skin or ship deck structure | |
CN110911160B (en) | Three-dimensional coil manufacturing method | |
CN106340715B (en) | Antenna device and manufacturing method thereof | |
CN211208674U (en) | Wave-transparent antenna housing | |
CN109581556B (en) | Preparation process of carbon fiber composite reflector | |
JP2992938B2 (en) | Molds made of fiber reinforced composite |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC91 | Official registration of the transfer of exclusive right (utility model) |
Effective date: 20181217 |
|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190707 |