一种高精度碳纤维环焦天线副反射面的制造方法与流程

本发明涉及通信领域中的一种高精度碳纤维环焦天线副反射面的制造方法。特别适用于车载、船载等移动载体上环焦天线副反射面的批量制造。

背景技术：

天线副反射面的精度对于天线增益和效率的影响巨大，随着副反射面表面精度的降低，天线增益和效率也会降低。因此，提高副反射面的刚度和精度在天线副反射面设计中非常重要。随着副反射面的重量增加，从而引起的自重变形也会增加，如何提高精度及刚度，降低自重变形是我们要解决的问题。

传统环焦副反射面生产工艺步骤较多，其结构为铸铝合金结构，为了防止腐蚀，制作完成后还需要发泡对其进行填充，因铝合金的膨胀系数较大，在温度区间变化较大时，易产生变形，导致精度不稳定。

碳维复合材料制作而成的副反射面，一般可以采用碳纤维夹芯结构或蒙皮+加强筋结构形式，蜂窝芯是最常用的夹层结构芯材，一般常用的有铝蜂窝和芳纶纸蜂窝。铝蜂窝由铝箔制成，刚度好，抗剪能力高，但铝蜂窝与碳纤维复合材料热膨胀系数相差两个数量级，成型时易产生较大的应力，芳纶纸蜂窝密度小，有较高的压缩强度和剪切强度，与碳纤维组装时易协调，但是对于本文所述的环焦副反射面曲率变化较大，不易于成型，并且若使用芳纶纸蜂窝还需预先对其进行固化，成型步骤复杂。

碳纤维环焦天线副反射面成型技术的关键点及难点是凸尖的成型，第一，成型凸尖的模具不易于加工，第二，成型凸尖时，若压力传递不到位，易形成凸尖部分与模具虚贴情况，第三，成型后，若用力不当或操作不正确，脱模时易损坏凸尖。

技术实现要素：

本发明的目的在于克服上述传统副反射面加工的缺点及难点，提供一种碳纤维复合材料外蒙皮、碳纤维复合材料上蒙皮，填充夹芯材料一体成型的环焦天线副反射面的制造方法。通过本发明实现副反射面生产工艺流程的简化，本发明还具有精度高、刚度大、强度大、变形小、抗震性好、加工工艺简单、适合批量生产等优点。

本发明所采取的技术方案为：

提供了一种高精度碳纤维环焦天线副反射面的制造方法，其中包括以下步骤：

S1.制备模具：建立模具的数学模型，根据模具的数学模型制备模具，

S2.建立副反射面的数学模型：根据模具的数学模型，建立所需的副反射面的数学模型，副反射面的数学模型由凸尖部分和主体部分组成；

S3.制备夹芯：建立夹芯材料的数学模型，根据夹芯材料的数学模型制备夹芯；

S4.制备金属层：在S1中得到的模具内喷涂金属材料制备金属层；

S5.制备副反射面凸尖：

①测量S2中夹芯部分的外表面尺寸，根据该尺寸制备对应的圆形的外层预浸料；

②根据外层预浸料的所占凸尖部分的填充体积测量凸尖的剩余体积，根据凸尖的剩余体积制备多层直径递减的圆形的内层预浸料；

③按照直径由大至小的放置方式依次将外层预浸料和各个内层预浸料置入模具内，保证多层预浸料同心并使用工装压实以制备副反射面凸尖；

S6.合型：在模具内铺设外蒙皮，将夹芯置入外蒙皮中调整夹芯底部平面使其与副反射面凸尖的上表面相对接；

S7.成型：将S6中合型完毕的材料置入热压罐中进行成型。

进一步的，所述的S5中第③步的具体步骤为：按照直径由小至大的排列方式将外层预浸料和多层内层预浸料上下依次排列，每三层预浸料之间铺设一层胶膜，并按照由大至小的放置方式依次将铺设完毕胶膜的外层预浸料和内层预浸料置入模具内，保证多层预浸料同心并使用工装压实以制备副反射面凸尖。

进一步的，在S6步骤中，铺设外蒙皮的具体步骤为，在S3中得到的金属层外位于凸尖上方铺覆碳纤维预浸料，碳纤维预浸料的中央形成圆形开口，碳纤维预浸料中央的圆形开口与副反射面凸尖的外缘相搭接。

进一步的，调整碳纤维预浸料中央的圆形开口与副反射面凸尖的外缘相搭接后，在夹芯的上表面中央开始埋设预埋件，预埋件埋设完毕后在夹芯的上表面铺设作为上蒙皮的碳纤维预浸料，当上蒙皮铺覆完毕将外蒙皮、夹芯和上蒙皮调整至外缘齐平。

进一步的，所得到的外蒙皮的边缘设有弯折的翻边。

进一步的，所述的外蒙皮的内表面和上蒙皮的下表面都铺设有粘接用胶膜。

进一步的，所述的S3步骤中的夹芯均分为四瓣，各瓣之间皆铺设有粘接用胶膜。

进一步的，所述的S4步骤中在模具的内表面上先喷涂脱模剂再喷涂金属铝，以得到金属层；

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1.采用碳纤维泡沫芯结构，为其余副反射面夹芯材料的选取提供参考；

2.一体成型技术的应用，副反射面材料选用碳纤维泡沫夹芯结构较金属副反射面减重≥64.9％，较碳纤维预浸料(蒙皮+加强筋)副反射面减重≥41.3％，从而可达到对副反射面支撑，电机等进行轻量化的连带设计，降低成本；

3.一体成型技术的应用，减少了零件在装配时产生的累积误差。

4.针对碳纤维环焦天线副反射面采用一体成型技术时，成型凸尖的模具不易于加工；若压力传递不到位，易形成凸尖部分与模具虚贴情况；成型后，若用力不当或操作不正确，脱模时易损坏凸尖等问题，通过本技术的实施，克服了以上问题，研制出的碳纤维环焦天线副反射面型面精度优于0.05mm(r.m.s)，满足设计要求，电性能测试效果良好。

5.本发明采用碳纤维复合材料，其热膨胀系数低，所得到的高精度碳纤维环焦副反射面热稳定性好，在极地等环境温差很大地区，比金属反射面保精度能力强。

6.本发明采用转移法得到的金属反射面，可得到与金属一样的反射效率，不会受碳纤维复合材料电阻大的影响。

7.本发明与传统制作环焦天线副反射面相比，简化了成型步骤，降低了制作成本。

附图说明

图1是本发明爆炸视图

图2是本发明剖视结构示意图；

具体实施方式

结合图1和图2，下面对本发明作进一步说明。

提供了一种高精度碳纤维环焦天线副反射面，包括凸尖1，外蒙皮2，夹芯3，金属预埋件4，上蒙皮5，所述的凸尖1由金属反射层和多层直径递减的圆形的内碳纤维预浸料复合在一起形成锥形体。所述的外蒙皮2包括复合在一起的金属反射层和外蒙皮碳纤维预浸料铺覆层，在外蒙皮中位于凸尖上方设有夹芯材料3，夹芯材料为泡沫，所述的上蒙皮5覆盖在夹芯材料3上方，上蒙皮为碳纤维预浸料铺覆层，夹芯的底面为平面，所述的凸尖的顶面刚好可以对接在夹芯的底面处形成外壁为弧形的锥体。

所述的凸尖1，外蒙皮2，夹芯3，金属预埋件4，上蒙皮5通过胶膜进行缝隙填充，采用热压工艺制作为一体成型结构。

以下根据附图对发明的制作工艺做进一步说明：

所述的高精度碳纤维环焦天线副反射面的制作具体步骤如下：

第一步：建立环焦副反射面的曲面数学模型，根据数学模型设计加工环焦副反射面成型模具，副反射面的数学模型由凸尖部分和主体部分组成：采用铸铁材料制作模具，模具为凹模，型面经数控加工成为环焦副反射面模具，所述模具为分体结构，易于成型和脱模，所述模具包含埋件定位工装，易于金属预埋件4定位；

第二步：制作金属反射层：在环焦副反射面模具上先喷涂脱模剂再喷涂金属铝，以得到金属层，在喷涂金属铝以前，保证模具顶点脱膜剂清理干净；

第三步：制备副反射面凸尖：①通过软件测量凸尖的外表面尺寸，根据该尺寸制备一层或者多层等体积的对应的圆形的外层预浸料；②根据外层预浸料的所占凸尖部分的填充体积测量凸尖的剩余体积，根据凸尖的剩余体积制备多层直径递减的圆形的内层预浸料；③按照直径由小至大的排列方式将外层预浸料和多层内层预浸料上下依次排列，每三/四层预浸料之间铺设一层胶膜，并按照直径由大至小的放置方式依次将外层预浸料和内层预浸料置入模具的金属层上方，保证多层预浸料同心，并使用工装在模具的凸尖制备处压实以制备副反射面凸尖；

第四步：铺覆外蒙皮：本发明采用将4层碳纤维预浸料，各层以搭接方式按0°、22.5°、45°、67.5°方向依次铺贴，在S3中得到的金属层外位于凸尖上方铺覆碳纤维预浸料，碳纤维预浸料的中央形成圆形开口，碳纤维预浸料中央的圆形开口与副反射面凸尖的外缘相搭接

第五步：铺覆加厚边：在外蒙皮的外沿处铺覆加厚边，加厚边的材料为碳纤维预浸料，按加厚边的高度进行下料铺覆形成外蒙皮翻边；

第六步：铺覆夹芯材料：建立夹芯材料的数学模型，夹芯材料通过数控加工成型，在外蒙皮的内表面上铺覆一层胶膜，调整外蒙皮中央的圆形开口与副反射面凸尖的外缘相搭接后，在夹芯的上表面中央开始埋设预埋件，预埋件埋设完毕后在夹芯的上表面铺设作为上蒙皮的碳纤维预浸料，当上蒙皮铺覆完毕将外蒙皮、夹芯和上蒙皮调整至外缘齐平；

第七步：金属预埋件定位：采用工装定位金属预埋件；

第八步：铺覆上蒙皮：在夹芯材料上铺覆一层胶膜，在胶膜上铺覆4层金属埋件加固层，而后将3层碳纤维预浸料以搭接方式按60°、30°、0°方向依次铺贴，形成上蒙皮。

第九步：将制备完毕的副反射面组件，送入热压罐中，通过热压罐固化工艺进行固化。