单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器的制作方法

本实用新型属于航天反射器技术领域，涉及一种单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器。

背景技术：

随着卫星技术的发展，星载超高频微波反射器在卫星通讯及遥感观测中的使用频率越来越高。卫星在轨时，由于太阳辐照、地球对太阳光的反射以及地球红外辐射等外热流会随时间变化，卫星反射器在轨运行过程中会经历较大的温差变化，因此需减少反射器的在轨热变形，以满足反射面电性能的要求。反射器电气性能一般要求反射器型面精度(RMS值)不超过工作频段微波波长的五十分之一，因此，空间超高频遥感反射器(工作频段100GHz-600GHz)要求其反射面RMS≤10μm。

星载超高频微波反射器的反射面多为由碳纤维复合材料制成的抛物面结构，一般采用如图1(a)所示的蜂窝夹层结构和如图1(b)所示的双曲面格栅夹芯结构两种形式。

常规碳纤维复合材料蜂窝夹层结构由上下蒙皮、胶膜和六边形蜂窝构成，其中蒙皮材料一般为高模量碳纤维/树脂复合材料，蜂窝一般有铝蜂窝和Nomex 蜂窝两种。从现有研究结果总结得出，1.2m口径的蜂窝夹层结构反射器热变形达到几十微米量级，因此蜂窝夹层结构存在热变形较大的缺点，不适用于对反射面型面精度要求较高的反射器结构；常规碳纤维复合材料双曲面格栅夹芯结构由上下蒙皮和格栅加强筋构成，现有研究表明双曲面板格栅夹芯结构虽然热变形较小，但有质量较重的缺点。

因此提出本实用新型一种质量小且抗热变形强的适合高精度反射器结构的反射器。

技术实现要素：

本实用新型的目的就是提供一种单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器。

本实用新型包括蒙皮和格栅加强背筋。所述的蒙皮下表面与格栅加强背筋连接，蒙皮上表面作为反射面；蒙皮为抛物面压板，格栅加强背筋沿蒙皮下表面分布，蒙皮与格栅加强背筋均采用零膨胀复合材料。

进一步的，所述的蒙皮为沿经线对称抛物面。

所述的格栅加强背筋由与抛物面经线平行的零度平行格栅、与零度平行格栅呈-60°角的-60°平行格栅和与零度平行格栅呈60°角的60°平行格栅组成；格栅加强背筋与蒙皮连接侧面心同蒙皮面心重合。

作为优选，所述的反射面采用偏馈抛物面，工作温度为-125℃～+125℃。

所述的蒙皮和格栅加强背筋粘连。

所述的零膨胀复合材料沿平面内各向热膨胀系数≤0.5×10^-7/℃。

所述的抛物面为：抛物线x²＝26000z绕中心轴Z旋转成的抛物面，在x轴上距离旋转中心7100mm处用半径R＝1820mm的圆柱截取的抛物面部分。

所述的蒙皮与格栅加强背筋均由高温固化而成。

本实用新型能够满足超高(100GHz-600GHz)微波反射器对于反射面热变形 RMS值小于等于10μm要求。本实用新型相对于常规碳纤维复合材料蜂窝夹层结构反射器能够显著的降低热变形数值(1.2m口径反射器热变形RMS值从几十微米到十微米以下)；相对于常规碳纤维复合材料双曲面格栅夹芯结构，本实用新型创新性的去除了一层蒙皮并采用了零膨胀材料，在保证热变形满足要求的同时，能够降低反射器的质量。本实用新型的热变形特性使之能够应用于卫星通讯、遥感观测等星载超高频微波反射器，有广泛的应用前景。

附图说明

图1(a)为现有超高微波频段反射器蜂窝夹层结构；

图1(b)为现有超高微波频段双曲面格栅夹芯结构；

图2为本实用新型的整体结构示意图；

图3为本实用新型实施中蒙皮的几何构成；

图4为本实用新型实施例中蒙皮的结构示意图；

图5为本实用新型实施例中格栅加强背筋的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的结构形式作进一步的详述。

如图2所示，本实施例中一种单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器口径为 1.82m，反射面采用偏馈抛物面反射面，工作温度为-125℃～+125℃。

单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器包括蒙皮1和格栅加强背筋2，蒙皮和格栅加强背筋粘连；

蒙皮1为抛物面压板，采用零膨胀复合材料；零膨胀复合材料沿平面内各向热膨胀系数(CTE)≤0.5×10^-7/℃。

如图3所示的抛物线x²＝26000z绕中心轴Z旋转成的抛物面，在x轴上距离旋转中心7100mm处用半径R＝1820mm的圆柱截取的抛物面部分即为本实施例反射器的几何构成；

作为优选，本实施例在反射器尺寸、质量和基频条件的限制下，对反射面厚度和加强筋厚度、布置方式及高度进行优化分析：

首先将反射面铺层厚度、加强筋密度、加强筋铺层厚度和加强筋高度作为分析优化的参数，将热变形RMS值、反射器尺寸、刚度要求作为限制条件，质量最轻作为优化目标。然后采用patran/nastran有限元软件建立有限元模型，分别研究各参数对于反射器热变形的影响，分析变化趋势得到以下规律：反射面厚度、加强筋密度、加强筋铺层厚度和加强筋高度四个参数的增大均能够使 RMS值减小，而质量线性增加。

而后考虑质量的因素，对反射面厚度、加强筋布置角度、加强筋密度、加强筋铺层厚度和加强筋高度等参数进行了确定。最终得到了以下方案：

如图4和5所示，反射面厚度为2mm厚，栅格加强背筋的厚度为0.34mm，高度为90mm，蒙皮1关于抛物面经线4对称，面心为3；格栅加强背筋2由与抛物面经线4平行的零度平行格栅6、与零度平行格栅6呈-60°角的-60°平行格栅7和与零度平行格栅6呈60°角的60°平行格栅8组成，一组平行栅格两栅格之间的距离为80mm，与蒙皮1粘连侧面心5同蒙皮面心3重合；

本实施例中1.82m口径单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器通过优化后质量为8.6kg，RMS值为6.1，RMS值≤10μm。满足了100GHz-600GHz空间超高频遥感反射器的型面精度指标要求。

本实用新型的原理为：采用零膨胀复合层压板制作抛物面蒙皮和格栅加强背筋，蒙皮为反射器发射面，加强背筋用于加强反射器的刚度。通过对反射面厚度和加强筋厚度、布置方式及高度的调整，使单蒙皮格栅加强背筋高精度反射器满足空间超高频反射器的各项要求。

上述实施例用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型作出的任何修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。