一种整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器及其制造方法与流程

本发明涉及无线探测、卫星通信、电子测控、电子干扰等领域，特别涉及一种天线反射器。

背景技术：

随着通信、测控等电子技术的不断发展，整体式高精度型面碳纤维复合材料天线反射器由于材料密度小、结构功能一体化优势突出，在雷达轻量化、小型化及满足复杂环境条件的性能突出，有着广泛的应用前景。传统的整体式金属天线反射器采用不锈钢材质背架与扇形防锈铝合金铆接拼装而成，由于材料密度大和结构形式所限，这种反射器的重量是同样口径碳纤维复合材料整体式天线反射器的3～5倍，不利于雷达伺服系统的功率小型化和结构小型化；型面精度均方根大于0.2，与碳纤维复合材料整体式天线反射器的均方根0.05的指标要求差距大，同样口径带有连续金属化反射面的碳纤维复合材料整体式天线反射器电磁波反射聚焦效率更高，可有效实现天线反射器的小型化；金属天线反射器整体线膨胀系数为10^-5米/℃，与碳纤维复合材料的整体线膨胀系数(10^-6米/℃)相差一个数量级，不适用于环境温度变化梯度大的使用环境条件，无法满足天线反射器轻量化、小型化技术的发展需求。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种整体式碳纤维复合材料天线反射器，结构简洁，轻量化，型面精度高，适用于环境温度变化梯度大的使用环境。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器，包括碳纤维复合材料支撑体、连续金属化反射面和安装定位嵌件。

所述的碳纤维复合材料支撑体的夹芯采用正六边形结构的铝合金蜂窝芯材，形成反射器弧面，弧面内外通过非金属织物载体结构胶膜覆盖碳纤维复合材料的蒙皮；所述的连续金属化反射面采用电弧喷涂方法覆盖在碳纤维复合材料支撑体的内蒙皮上；所述的安装定位嵌件部位固连在碳纤维复合材料支撑体的弧面外侧，若干个安装定位嵌件沿碳纤维复合材料支撑体弧面外壁某一等高线圆周均布；固连安装定位嵌件部位的铝合金蜂窝芯材的孔格采用发泡胶填充成为环状补强结构。

所述的铝合金蜂窝芯材、蒙皮、非金属织物载体结构胶膜的原材料均为片状；铝合金蜂窝芯材和蒙皮的片材长度和宽度均不小于天线反射器回转面母线长度。

所述的蒙皮材料采用碳纤维织物增强的树脂基复合材料预浸料制备，所述的碳纤维织物增强不包括纯单向纤维。

所述的非金属织物载体结构胶膜为尼龙网格或玻璃纤维无纺布，厚度不小于0.2毫米。

所述的连续金属化反射面制备时在符合型面精度要求的球墨铸铁材质凸面模表面制备高分子双层隔离膜并晾干，然后在外层隔离膜表面通过电弧喷涂方法形成纯铝或纯锌粉末的等厚度堆积0.2～0.3mm，采用非金属织物载体结构胶膜覆盖粉末堆积层表面，通过真空热固化结成一体。

所述的连续金属化反射面与碳纤维复合材料支撑体内蒙皮的制作过程无间隔，碳纤维复合材料支撑体内蒙皮材料铺敷在非金属织物载体结构胶膜表面，通过同一真空热固化过程，保证连续金属化反射面牢固附着在支撑体的内蒙皮最外层。

所述的高分子双层隔离膜包括一层无硅材质脱模剂和一层改性聚乙烯醇隔离膜，每层厚度为0.015～0.02毫米。

所述的碳纤维复合材料支撑体边缘带有翻边法兰。

本发明还提供上述整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器及其制造方法，包括以下步骤：

(1)将球墨铸铁的凸面回转体毛坯加工成满足精度要求的凸面模具；

(2)裁切耐久铝合金蜂窝芯材、蒙皮材料、非金属织物载体结构胶膜原材料，形成需要的形状和数量；

(3)在模具凸面涂搽脱模剂，晾置20～30min后在脱模剂表面喷涂改性聚乙烯醇隔离膜，晾置20～30min；采用电弧喷涂设备完成纯铝或纯锌的粉状堆积层，完全覆盖模具凸面，厚度0.2～0.3mm；

(4)将裁切好的载体胶膜搭接覆盖于金属粉状堆积层表面，搭接宽度不大于20毫米；将裁切好的内蒙皮材料以模具凸面顶点为中心放射状对接覆，对接缝隙宽度不大于1毫米；真空封装后固化12～18小时；

(5)去除真空封装，在内蒙皮表面将裁切好的载体胶膜搭接覆盖一层，搭接宽度不大于10毫米，将裁切好的耐久铝蜂窝芯材以模具凸面顶点为中心放射状对接覆，对接缝隙处填充发泡胶，真空封装后固化6～8小时；

(6)去除真空封装，在耐久铝蜂窝芯材局部补强部位填充发泡胶，真空封装后固化6～8小时；

(7)去除真空封装，在耐久铝蜂窝芯材表面将裁切好的载体胶膜搭接覆盖一层，搭接宽度不大于10毫米，将裁切好的外蒙皮材料以模具凸面顶点为中心放射状对接覆，铺覆顺序与内蒙皮相反，内外蒙皮铺层结构以耐久蜂窝芯材中心面为对称，真空封装后固化12～18小时；

(8)去除真空封装，将安装定位嵌件安装于碳纤维复合材料支撑体并紧固；

(9)利用胶粘剂将安装定位嵌件底部与碳纤维复合材料支撑体粘接成一体，室温固化24小时；

(10)在胶粘剂中加入短切碳纤维丝配制成模塑料，在安装定位嵌件周边分别围护包裹，安装定位嵌件与碳纤维复合材料支撑体形成半嵌状连接，真空封装室温固化24小时；

(11)去除真空封装，采用胶粘剂和碳纤维进行嵌件连接部位补强，真空封装室温固化24小时；

(12)去除真空封装，整体脱模，整理外观，完成整体式碳纤维复合材料天线反射器的制造。

本发明的有益效果是：

1.本发明实现了整体式天线反射器的碳纤维复合材料化，采用碳纤维复合材料化结构，可以实现轻量化60％～80％；型面精度由均方根0.2毫米提高至均方根0.05毫米，提高了天线反射器的性能，同时消除了环境温度变化对型面精度的影响，有力了支撑天线反射器轻量化、小型化技术的发展。

2.本发明采用电弧喷涂方法制造连续金属化反射层，有效保证了天线反射器的反射效率，此制造方法适用于型面精度不小于0.05毫米的整体式碳纤维复合材料天线反射器的制造。

3.本发明采用非圆芯柱嵌件工装同时安装所有嵌件，实现多个嵌件之间的相对位置唯一，避免装配偏差。

附图说明

图1是本发明的天线结构示意图；

图2是本发明的电弧喷铝示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。

本发明提供一种整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器，该天线反射器为带有翻边法兰的整体式结构，包含带有翻边法兰的碳纤维复合材料支撑体及其凹面最外层的连续金属化反射面、安装定位嵌件。其连续金属化反射面采用电弧喷涂方法制造；其a夹层结构复合材料支撑体内/外蒙皮采用碳纤维复合材料制作，夹芯采用正六边形结构的耐久铝合金蜂窝芯材，通过两层带有非金属织物载体的结构胶膜真空热固化形成稳定的三层结构，其安装嵌件部位的耐久铝合金蜂窝芯材孔格采用发泡胶填充成为环状补强结构；通过非圆芯柱嵌件工装定位粘接，实现四个嵌件在碳纤维复合材料支撑体凸面的安装位置唯一，在四个嵌件安装时均采用半嵌式包围补强(嵌件下表面作为安装面，凸出于外蒙皮。)，有效保证所需的连接强度。

所述整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器整体连同翻边法兰为a夹层结构，包括耐久铝蜂窝芯材和通过载体结构胶膜粘接在其两侧的碳纤维复合材料内、外蒙皮，连续金属化反射面附着在支撑体的凹面最外层，用于反射电磁波并实现聚焦。

所述耐久铝蜂窝芯材、蒙皮材料、非金属织物载体结构胶膜的原材料均为片状，制作天线反射器前需将对应的框型裁切工装按照相应角度放置于原材料表面，裁切出中间部分用于制作支撑体。

所述耐久铝蜂窝芯材是指拉开孔格成正六边形，片材长度和宽度均不小于天线反射器回转面母线长度，符合铝蜂窝芯材规范(hb5443)的产品。

所述蒙皮材料的原材料是指除纯单向纤维以外的其它碳纤维织物增强的树脂基复合材料预浸料片材，片材长度和宽度均不小于天线反射器回转面母线长度，厚度根据天线反射器的设计需要进行选择。

所述非金属织物载体结构胶膜为尼龙网格或玻璃纤维无纺布增强的室温下呈片状薄层的材料，厚度不小于0.2毫米。

所述连续金属化反射面制造，采用电弧喷涂方法完成，喷涂前需要先在制作好的符合型面精度要求的球墨铸铁材质凸面模表面制造完成高分子双层隔离膜并晾干，然后在外层隔离膜表面通过电弧喷涂方法形成纯铝或纯锌的等厚度粉末堆积层(0.2～0.3mm)，最后采用非金属织物载体结构胶膜完全覆盖粉末堆积层表面，通过真空热固化结成一体。

所述连续金属化反射面与碳纤维复合材料支撑体内蒙皮的制作过程无间隔，碳纤维复合材料支撑体内蒙皮材料铺敷在非金属织物载体结构胶膜表面，通过同一真空热固化过程，保证连续金属化反射面牢固附着在支撑体的内蒙皮最外层。

所述高分子双层隔离膜包括一层无硅材质脱模剂和一层改性聚乙烯醇隔离膜(metal-p复合材料金属化转移膜)，每层厚度0.015～0.02毫米，脱模剂采用手工涂搽方式进行，晾干20～30min，形成第一层隔离膜后再喷涂改性聚乙烯醇溶液形成第二层隔离膜，晾干20～30min后即可电弧喷涂作业。

所述内、外蒙皮均采用裁切好的料样以型面母线为基准旋转铺层，内外蒙皮中相同角度料样的铺敷均以耐久铝蜂窝芯材中心面基准形成对称结构。

所述碳纤维复合材料支撑体的材料铺覆及真空热固化分四次进行：包括连续金属化反射面喷涂与碳纤维复合材料支撑体内蒙皮铺覆并真空热固化一次，耐久铝蜂窝芯材粘接并真空热固化一次，耐久铝蜂窝芯材局部填充并真空热固化一次，碳纤维复合材料支撑体外蒙皮铺覆并真空热固化一次。

所述非圆芯柱嵌件工装是指采用矩形截面芯柱与球墨铸铁模具中心位置的矩形孔相互配合，通过四根处于同一平面且尺寸相同的悬臂梁，实现四个嵌件在支撑体凸面的一次性准确定位。

所述嵌件的粘接采用室温固化胶粘剂配成的腻子定位粘接，室温固化24小时；

所述嵌件的局部补强采用室温固化胶粘剂配制碳纤维团状模塑料(纤维长度3～5cm，纤维重量百分比为40～50％)，在嵌件周边形成相同形状和大小的围护，通过真空加压固化实现全部嵌件的粘接补强。

所述整体式高精度碳纤维复合材料天线反射器整体通过整体脱模后清理掉连续金属化反射面残留的电弧喷涂隔离层获得。

本发明实施例提供的天线为带有翻边法兰的整体式结构，包含有连续金属化反射面、碳纤维复合材料a夹层蜂窝结构支撑体，将其连接与雷达连接的定位嵌件；同时包括一种电弧喷涂制备连续金属化反射层方法；一种碳纤维复合材料a夹层结构的蒙皮铺层方法；一种多个嵌件定位粘接的安装方法。

其具体制作过程如下：

(1)将球墨铸铁的凸面回转体毛坯，经数控机械加工中心加工成高精度的凸面模具；

(2)使用框型裁切工装裁切耐久铝蜂窝芯材(lf2y-53-4-0.05)、蒙皮材料(lh-3/u3160)、非金属织物载体结构胶膜(j32-1000)原材料，形成需要的形状和数量。

(3)在模具凸面手工涂搽19w脱模剂，晾置约30分钟后在脱模剂表面喷涂改性聚乙烯醇隔离膜，晾置约30分钟；采用电弧喷涂设备完成纯铝的粉状堆积层，完全覆盖模具凸面，厚度约0.3毫米；

(4)将裁切好的载体胶膜搭接覆盖一层于金属粉状堆积层表面，搭接宽度不大于20毫米；将裁切好的内蒙皮材料以模具凸面顶点为中心放射状对接覆，对接缝隙宽度不大于1毫米；真空封装后固化12～18小时。

(5)去除真空封装，在内蒙皮表面将裁切好的载体胶膜搭接覆盖一层，搭接宽度不大于10毫米，将裁切好的耐久铝蜂窝芯材以模具凸面顶点为中心放射状对接覆，对接缝隙处填充发泡胶，真空封装后固化6～8小时。

(6)去除真空封装，在耐久铝蜂窝芯材局部补强部位填充发泡胶，真空封装后固化6～8小时。

(7)去除真空封装，在耐久铝蜂窝芯材表面将裁切好的载体胶膜搭接覆盖一层，搭接宽度不大于10毫米，将裁切好的外蒙皮材料以模具凸面顶点为中心放射状对接覆，铺覆顺序与内蒙皮相反，内外蒙皮铺层结构以耐久蜂窝芯材中心面为对称，真空封装后固化12～18小时。

(8)去除真空封装，将四个嵌件安装于安装非圆芯柱嵌件工装的悬臂梁对应位置，紧固；将其矩形截面芯模安装于球墨铸铁模具中心位置的矩形孔中，画线确定碳纤维复合材料支撑体上嵌件的安装位置，去除安装位置的相应材料形成安装盲孔。

(9)将j-133胶粘剂配制成腻子状，将四个嵌件底部与碳纤维复合材料支撑体粘接成一体，室温固化24小时。

(10)在j-133胶粘剂中加入短切碳纤维丝配制成模塑料，在四个嵌件周边分别围护包裹，嵌件与碳纤维复合材料支撑体形成半嵌状连接，真空封装室温固化24小时。

(11)去除真空封装，采用j-133胶粘剂+碳纤维进行嵌件连接部位补强，真空封装室温固化24小时。

(12)去除真空封装，整体脱模，整理外观，完成整体式碳纤维复合材料天线反射器的制造。