RU2560798C2

RU2560798C2 - Fabrication of precision antenna reflector

Info

Publication number: RU2560798C2
Application number: RU2013140139/08A
Authority: RU
Inventors: Нина Викторовна Филенкова; Кирилл Арнольдович Пасечник; Антон Юрьевич Власов
Priority date: 2013-08-28
Filing date: 2013-08-28
Publication date: 2015-08-20
Also published as: RU2013140139A

Abstract

FIELD: process engineering.

SUBSTANCE: invention relates to aerospace engineering and can be used for production of complex parts of composites, particularly, precision stable-size articles of complex shape, for example, millimetre-band antenna reflectors. Proposed process comprises assembly of thin shell from plies of high-modulus fibres impregnated with thermosetting binder supported from rear side by stiffness ribs and their further moulding. Note here that moulding is executed separately for shell and stiffness ribs with partial polymerization of sibs support zones. Then, they are connected and heated to complete hardening of the binder.

EFFECT: higher precision and stable sizes.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области авиационно-космической техники, в частности к изготовлению изделий из полимерных композиционных материалов, и может быть использовано при разработке технологий изготовления прецизионных размеростабильных изделий сложных геометрических форм, например антенных рефлекторов.The invention relates to the field of aerospace engineering, in particular to the manufacture of products from polymer composite materials, and can be used in the development of manufacturing technologies for precision dimensionally stable products of complex geometric shapes, such as antenna reflectors.

Известен способ изготовления многослойного антенного рефлектора (патент №2168820 RU), который включает раздельное термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев углеволокнистого наполнителя, пропитанного органическим связующим, дальнейшее соединение обшивок через сотозаполнитель и отверждение. При этом термоформирование тыльной и отражающей обшивок ведут на промежуточной оправке под давлением. Каждую из обшивок подвергают термоциклированию, затем отражающую обшивку устанавливают на финишную прецизионную оправку, после чего на отражающую обшивку через клеевой состав устанавливают сотозаполнитель, а на поверхность сотозаполнителя размещают тыльную обшивку, затем обеспечивают полное прилегание отражающей обшивки к финишной прецизионной оправке и производят холодное отверждение многослойного антенного рефлектора.A known method of manufacturing a multilayer antenna reflector (patent No. 2168820 RU), which includes separate thermoforming of the back and reflective skins made of layers of carbon fiber filler impregnated with an organic binder, further connecting the skins through a honeycomb and curing. In this case, the thermoforming of the back and reflective skins is carried out on an intermediate mandrel under pressure. Each of the casing is subjected to thermal cycling, then the reflective casing is installed on the finishing precision mandrel, after which the honeycomb is installed on the reflective casing through the adhesive composition, and the rear casing is placed on the surface of the honeycomb, then the reflective casing is completely adhered to the finishing precision mandrel and made reflector.

Недостатком данного способа является многоступенчатость изготовления антенного рефлектора, что приводит к накоплению технологических дефектов и ведет к снижению точности геометрических параметров, а также увеличивает производственный цикл и себестоимость изготовления.The disadvantage of this method is the multi-stage manufacturing of the antenna reflector, which leads to the accumulation of technological defects and leads to a decrease in the accuracy of geometric parameters, and also increases the production cycle and the cost of manufacturing.

Известно размеростабильное интегральное изделие из композиционных материалов, способ его изготовления и форма для осуществления способа (патент №2230406 RU). Данное изобретение включает тонкую оболочку и ребра жесткости с ее тыльной стороны, выполненные из одного материала в виде монолитной конструкции за один цикл термокомпенсационным методом в комбинации с вакуумным формованием. Изготовление изделий производят на металлической форме, выполненной с температурным отверждением. Принцип такой комбинации заключается в том, что формование пакета композита во взаимно перпендикулярных плоскостях осуществляется давлением вакуумной оснастки или избыточным давлением в автоклаве и упругой деформацией терморасширяющихся силиконовых оправок, помещенных во внутренних полостях изделия.Known dimensionally stable integral product from composite materials, the method of its manufacture and the form for implementing the method (patent No. 2230406 RU). This invention includes a thin shell and stiffeners on its back, made of one material in the form of a monolithic structure in one cycle by the thermal compensation method in combination with vacuum molding. The manufacture of products is carried out on a metal mold made with temperature curing. The principle of this combination is that the molding of the composite package in mutually perpendicular planes is carried out by the pressure of a vacuum tool or by excessive pressure in an autoclave and the elastic deformation of thermally expanding silicone mandrels placed in the internal cavities of the product.

Использование силиконовых оправок увеличивает трудоемкость и снижает размеростабильность итогового изделия, что является существенным при изготовлении изделий космической техники и приводит к увеличению себестоимости изделия.The use of silicone mandrels increases the complexity and reduces the dimensional stability of the final product, which is essential in the manufacture of space technology products and leads to an increase in the cost of the product.

Задача предлагаемого изобретения: повышение прецизионности и размеростабильности, снижение себестоимости изделия.The objective of the invention: increasing precision and dimensional stability, reducing the cost of the product.

Поставленная задача решается тем, что в способе изготовления антенного рефлектора, включающем сборку из слоев высокомодульного волокна, пропитанного термореактивным связующим, тонкую оболочку, подкрепленную с тыльной стороны ребрами жесткости, и их последующее формование путем отверждения связующего, причем оболочка и ребра жесткости представляют монолитную конструкцию. Новым является то, что формование проводят отдельно для оболочки и ребер жесткости с частичной полимеризацией зон подкрепления ребер. Частичная полимеризация достигается с помощью системы отвода тепла, которая встроена в оснастку для формования непосредственно над зонами подкрепления ребер. Конечная сборка антенного рефлектора производится присоединением ребер жесткости и тонкой оболочки по неполимеризованным зонам. Затем проводится нагрев всей конструкции до полного отверждения связующего.The problem is solved in that in a method for manufacturing an antenna reflector, comprising assembling from layers of a high modulus fiber impregnated with a thermosetting binder, a thin shell reinforced with stiffeners from the back, and their subsequent molding by curing the binder, the shell and stiffeners being a monolithic structure. New is that the molding is carried out separately for the shell and stiffeners with partial polymerization of the zones of reinforcement of the ribs. Partial polymerization is achieved using a heat dissipation system, which is integrated into the molding tool directly above the reinforcement zones of the ribs. The final assembly of the antenna reflector is made by joining stiffeners and a thin shell along unpolymerized zones. Then the whole structure is heated until the binder is completely cured.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 - общий вид рефлектора, на фиг.2 - схема компоновки оснастки, обеспечивающей частичную полимеризацию.The invention is illustrated by drawings, where in Fig. 1 is a general view of a reflector, in Fig. 2 is a layout diagram of a tooling providing partial polymerization.

Рефлектор состоит из тонкой оболочки 1 и ребер жесткости 2, а схема компоновки оснастки пояснена следующими позициями: пуансон 3, радиатор 4, изделие 5, теплоизоляционный кожух 6 теплообменника, входные и выходные патрубки 7 системы охлаждения.The reflector consists of a thin shell 1 and stiffeners 2, and the equipment layout diagram is explained by the following positions: punch 3, radiator 4, product 5, heat-insulating casing 6 of the heat exchanger, inlet and outlet pipes 7 of the cooling system.

Способ изготовления антенного рефлектора (фиг.1) осуществляется в следующей последовательности:A method of manufacturing an antenna reflector (figure 1) is carried out in the following sequence:

1. Изготавливаем две отдельные герметичные оснастки:1. We make two separate tight equipment:

- оснастка для тонкой оболочки антенного рефлектора, имеющая два варианта ответных частей: с системой отвода тепла для частичной полимеризации зон установки подкрепляющих ребер и без системы отвода тепла для фиксации на тонкой оболочке подкрепляющих ребер;- equipment for the thin shell of the antenna reflector, which has two versions of the counterparts: with a heat removal system for partial polymerization of the installation areas of the reinforcing ribs and without a heat removal system for fixing on the thin shell of the reinforcing ribs;

- оснастка для ребер жесткости с системой отвода тепла.- rigging for stiffeners with heat removal system.

2. Подготавливаем и обезжириваем рабочую поверхность оснастки и наносим на нее разделительный слой.2. We prepare and degrease the working surface of the equipment and apply a separation layer on it.

3. Производим точный раскрой при помощи специализированного плоттера.3. We make precise cutting using a specialized plotter.

4. Выкладываем на оснастку заданное число слоев высокомодульного волокна. Закрываем верхнюю крышку герметичной оснастки с системой теплоотвода (фиг.2), которая обеспечивает температуру зон подкрепления ребер формуемого рефлектора в 30°C при общем прогреве до 120°C.4. We lay out on a snap the specified number of layers of high-modulus fiber. We close the top cover of the sealed equipment with a heat sink system (Fig. 2), which provides the temperature of the zones of reinforcement of the ribs of the formed reflector at 30 ° C with general heating to 120 ° C.

5. Методом VRTM проводим формование, т.е. вакуумной системой создаем давление в форме 8·10⁴ Па и проводим инжекцию цианат-эфирным связующим.5. The VRTM method is used for molding create a pressure in the form of 8 · 10 ⁴ Pa with a vacuum system and carry out the injection with a cyanate-ether binder.

6. Помещаем в печь и производим нагрев оснастки тонкой оболочки при температуре до 120°C в течение 3 часов.6. We put it in the oven and heat the equipment of the thin shell at a temperature of up to 120 ° C for 3 hours.

7. Охлаждаем сборку до 40-60°C.7. Cool the assembly to 40-60 ° C.

8. Изготавливаем аналогично ребра жесткости антенного рефлектора.8. Similarly, we produce stiffeners for the antenna reflector.

9. Снимаем верхнюю крышку оснастки и присоединяем ребра жесткости 2 к тонкой оболочке 1 по неполимеризованным зонам.9. Remove the top cover of the snap and attach the stiffeners 2 to the thin shell 1 in unpolymerized zones.

10. Закрываем оснастку ответной частью без системы теплоотвода.10. We close the equipment with a mating part without a heat sink system.

11. Помещаем оснастку в печь и производим нагрев сборки, состоящей из тонкой оболочки и подкрепленных ребер жесткости, при температуре до 160°C в течение 5 часов.11. We place the equipment in the furnace and heat the assembly, consisting of a thin shell and reinforced stiffeners, at a temperature of up to 160 ° C for 5 hours.

12. Вынимаем из печи и снимаем антенный рефлектор с оснастки, изготовленный за один цикл полной полимеризации.12. We take out of the furnace and remove the antenna reflector from the snap, made in one cycle of complete polymerization.

13. Проводим обрезку кромок, дефектоскопию и контроль отклонений отражающей поверхности от теоретической.13. We carry out edge trimming, flaw detection and control of deviations of the reflecting surface from the theoretical one.

Изготовление антенного рефлектора за один цикл в виде монолита позволяет получить равнопрочную конструкцию с минимальными внутренними напряжениями.The manufacture of an antenna reflector in a single cycle in the form of a monolith allows to obtain an equal-strength construction with minimal internal stresses.

Данный способ позволяет получать антенные рефлектора со следующими техническими характеристиками:This method allows to obtain antenna reflectors with the following technical characteristics:

- повышение размеростабильности и расширение температурного диапазона устойчивости изделий в условиях эксплуатации в диапазоне температур от минус 160°C до плюс 140°C;- increasing dimensional stability and expanding the temperature range of stability of products under operating conditions in the temperature range from minus 160 ° C to plus 140 ° C;

- снижение массы готового изделия за счет уменьшения массы элементов, изготовленных из композитных деталей до 5%;- reduction of the mass of the finished product by reducing the mass of elements made from composite parts up to 5%;

- поверхностная масса рефлектора (отнесенная к диаметру апертуры) 1,0-2,5 кг/м²;- surface mass of the reflector (referred to the diameter of the aperture) 1.0-2.5 kg / m ² ;

- отклонение от теоретического профиля при изготовлении СКО≤0,07 мм.- deviation from the theoretical profile in the manufacture of RMS ≤0.07 mm.

Достижение вышеперечисленных технических характеристик снижает себестоимость изготовления антенного рефлектора на 20%.Achieving the above technical characteristics reduces the cost of manufacturing an antenna reflector by 20%.

Claims

A method of manufacturing a precision antenna reflector, comprising assembling from layers of a high modulus fiber impregnated with a thermosetting binder, a thin shell reinforced from the back with stiffeners, and subsequent molding by curing the binder, characterized in that the molding is carried out separately for the shell and stiffeners with partial polymerization of the zones reinforcements of the ribs, then they are connected and heated until the binder is completely cured.