一种便携式、高精度复合材料卫星天线及其制造方法与流程 专利技术说明

塑料加工应用技术1.本发明涉及通信及复合材料成型技术领域，具体涉及一种便携式、高精度复合材料卫星天线及其制造方法。背景技术：2.众所周知，碳纤维复合材料因其极小的线膨胀系数、较高的比强度、高比模量以及其可设计性强、物理、力学性能强等优异的特性,而被广泛应用于航空、航天等领域中。其中：天线反射面作为卫星天线的主要结构功能件，其工作面的型面精度将直接影响天线通讯信号的真实性。因此，天线反射面的高精度要求给复合材料成型工艺带来巨大挑战。3.目前，国内、外在天线反射面制造过程领域，一般采用以下几种制造技术：一、模压冲压制造，此类方法制造的反射面及其笨重且精度难以控制；二、真空热压罐成型工艺，此类方法成本较高，且也无法满足整体大尺寸天线反射面的成型要求。技术实现要素：4.本发明的目的在于：针对现有技术中存在的缺陷，而提供一种便携式、高精度复合材料卫星天线及其制造方法，本发明的方案可使复合材料卫星天线反射面的面精度实现微米级转化，是一种高效率、低成本的生产方式。5.本发明是通过如下技术方案实现的：6.一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法，其特征在于，所述的复合材料卫星天线由若干复合材料天线反射面围合而成；7.所述复合材料卫星天线的制造方法，包括如下步骤：8.s1、模具设计：参照所述复合材料天线反射面进行仿形设计反射面成型模具；9.s2、模具清理：对所述反射面成型模具的成型面进行表面清理，然后涂脱模剂；10.s3、模具预热：对所述反射面成型模具进行预热，并维持成型面预热后的温度；11.s4、外蒙皮预制体制作：根据所述复合材料天线反射面仿真设计铺层角度，进行外蒙皮预浸料铺贴，铺贴后进行预压实，获得外蒙皮预制体；12.s5、外蒙皮制作：将所述外蒙皮预制体采用搭接方式铺贴于预热后的模具成型面上，然后铺真空袋，进行抽真空压实，压实后再进行加热固化；待模具冷却后，脱模，获得复合材料外蒙皮；13.s6、重复步骤s2模具清理和步骤s3模具预热工序；14.s7、内蒙皮预制体制作：根据所述复合材料天线反射面仿真设计铺层角度，进行内蒙皮预浸料铺贴，铺贴后进行预压实，获得内蒙皮预制体；15.s8、内蒙皮制作：将所述内蒙皮预制体铺贴于预热后的模具成型面上，然后铺真空袋，进行抽真空压实，压实后再进行加热固化，获得复合材料内蒙皮；在此步骤中不对复合材料内蒙皮进行脱模处理；16.s9、铝蜂窝加工：数控加工出铝蜂窝；17.s10、铝蜂窝安装：将所述铝蜂窝放置于所述复合材料内蒙皮上，并固定；18.s11、复合材料天线反射面制作：在所述复合材料内蒙皮上以及所述铝蜂窝上铺覆胶膜，在所述胶膜上铺设所述复合材料外蒙皮，然后进行真空压实，加热固化，冷却后脱模，获得净尺寸复合材料天线反射面；19.s12、按上述步骤生产剩余数量复合材料天线反射面；20.s13、将若干复合材料天线反射面进行围合组装，并通过搭扣进行固定，制得便携式、高精度复合材料卫星天线。21.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法：所述的反射面成型模具上设置有若干用于检测成型面加工精度的检测孔。22.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法：步骤s3中的模具预热温度为20-30℃。23.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法：s4、外蒙皮预制体制作：根据所述复合材料天线反射面(1)仿真设计铺层角度，利用自动铺带机下料铺贴外蒙皮预浸料，铺贴3-5层预浸料后进行冷抽预压实，冷抽时真空度不低于0.08mpa，保压时间10-20分钟，获得外蒙皮预制体。24.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法：步骤s5中外蒙皮的制作过程还包括隔离膜和透气毡铺贴工序；具体为：s5、外蒙皮制作：先在预热后的模具成型面上铺设隔离膜，然后将所述外蒙皮预制体采用搭接方式铺贴于所述隔离膜上，然后在所述外蒙皮预制体上依次铺隔离膜、透气毡和真空袋，抽真空至真空度不低于-0.092mpa，进行5-15分钟压实；真空压实后根据铺贴材料参数进行加热固化，固化过程中真空度不低于-0.08mpa；待模具冷却后，拆除真空袋及辅助材料，然后脱模，获得复合材料外蒙皮。具体的，为方便外蒙皮拆分，外蒙皮搭接处采用隔离膜隔开。25.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法：步骤s9、铝蜂窝加工：利用cnc五轴数控机床加工出铝蜂窝。26.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法：步骤s10、铝蜂窝安装：将所述铝蜂窝放置于所述复合材料内蒙皮上，在所述铝蜂窝与复合材料内蒙皮镂空处采用发泡胶或结构胶填充处理，进行固定。27.一种便携式、高精度复合材料卫星天线，其特征在于，采用上述的制备方法制得。28.进一步的，一种便携式、高精度复合材料卫星天线：所述的复合材料卫星天线包括：若干复合材料天线反射面和若干搭扣；所述的复合材料天线反射面包括层叠设置的复合材料内蒙皮、铝蜂窝和复合材料外蒙皮；若干所述的复合材料天线反射面围合形成所述复合材料卫星天线；所述的复合材料天线反射面之间通过所述搭扣进行固定。29.具体的，在本发明的制造方法中：先进行复合材料反射面外蒙皮铺贴、固化、脱模。由于内、外蒙皮曲率半径不同，而又使用相同的工装模具铺贴内、外蒙皮，因此外蒙皮铺贴时需采用搭接方式，并用隔离膜隔开。在外蒙皮脱模后，进行内蒙皮铺贴、固化，由于内蒙皮作为反射面，为保证装配精度和表面质量，内蒙皮固化后，无需脱模。30.在内蒙皮(此时的内蒙皮未脱模)里放置已经加工好的铝蜂窝及其他金属件，由于已成型铝蜂窝可能与蒙皮四周存在空隙，因此需要在空隙处进行填充灌封胶/结构胶灌封处理。31.本发明的有益效果：32.(1)由于整体大尺寸的复合材料卫星天线无论是生产，还是交通运输都存在诸多不变，针对此类问题，本发明制造了分瓣式的复合材料卫星天线结构(如图1所示)，其便于运输和制造。33.(2)本发明中复合材料反射面的内、外蒙皮生产制造采用同一工装模具，大大降低了生产成本；本发明的复合材料反射面采用净尺寸成型工艺，相较于传统工艺，极大地提高了生产效率。34.(3)本发明制造的便携式、高精度复合材料卫星天线是分瓣式复合材料卫星天线结构，并且采用了搭扣连接，搭扣具备定位和锁紧功能且安装方便。35.(4)在本发明的制造方法中为了消除内、外蒙皮曲率不同导致地内应力，外蒙皮生产方式采用搭接方式固化。本发明的制造方法相较与以往传统人工下料铺贴，分瓣式复合材料反射面采用了自动铺带机进行下料铺贴，减少了生产工序及人工。36.(5)在本发明的制造方法中为保证复合材料反射面精度，降低生产过程对反射面精度地影响，在使用同一工装模具的前提下，优先进行外蒙皮的制造，避免了脱模应力对内蒙皮面精度地影响。37.(6)本发明制造的便携式、高精度复合材料卫星天线其型面精度高，卫星信号增益大；本发明所制造的复合材料卫星天线质量轻，采用分瓣组合，更便于运输。38.(7)本发明制造的便携式、高精度复合材料卫星天线刚度大，能更好地保持型面精度，能承受更大的风载和冲击载荷。附图说明39.为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。40.图1为本发明实施例1制造的携式、高精度复合材料卫星天线的结构示意图；41.图2-3为本发明中反射面成型模具的结构示意图；42.图4为复合材料外蒙皮搭接铺贴示意图；43.图5为复合材料反射面的制作示意图。44.图中标记：1复合材料天线反射面、2反射面成型模具、3铝蜂窝、4搭扣、5隔离膜、6透气毡、7真空袋、8复合材料外蒙皮、2-1成型面、2-2检测孔。具体实施方式45.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。46.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含的包括一个或者更多个该特征。而且，术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。47.实施例148.一种便携式、高精度复合材料卫星天线的制造方法，其特征在于，所述的复合材料卫星天线由若干复合材料天线反射面1围合而成；49.所述复合材料卫星天线的制造方法，包括如下步骤：50.s1、模具设计：参照所述复合材料天线反射面1进行仿形设计反射面成型模具2；为实现高精度反射面成型，模具设计需考虑多个定位尺寸，实现模具面精度微米级转化；反射面成型模具如图2-3所示；51.s2、模具清理：对所述反射面成型模具2的成型面2-1进行表面清理，然后涂脱模剂；具体是：用丙酮或酒精等有机溶剂对模具成型面进行表面清洁处理，然后再使用干净地无绒布蘸取脱模剂涂抹在模具的成型面上；52.s3、模具预热：对所述反射面成型模具2进行预热，在铺贴前维持成型面2-1的温度在20-30℃；53.s4、外蒙皮预制体制作：从冷库中取出所需预浸料，在恒温恒湿地清洁间晾料6小时，根据复合材料天线反射面1仿真设计铺层角度，利用自动铺带机下料铺贴外蒙皮预浸料，每下料铺贴三层进行1次冷抽预压实，冷抽时真空度不低于0.08mpa，保压时间不低于10分钟，预压实后获得外蒙皮预制体；54.s5、外蒙皮制作：先在预热后的模具成型面2-1上铺设隔离膜5，然后将所得外蒙皮预制体采用搭接方式铺贴于所述隔离膜5上(如图4所示)，然后在所述外蒙皮预制体上依次铺隔离膜5、透气毡6和真空袋7，抽真空至真空度不低于-0.092mpa，进行5-15分钟压实；将模具推进烘箱加热固化，根据相应材料参数进行升温、加压、保压、保温、卸压、降温，固化过程中全程真空度不得低于-0.08mpa；待模具冷却后，拆除真空袋及辅助材料(包括隔离膜和透气毡)，然后脱模，获得复合材料外蒙皮8；55.s6、重复上述步骤s2模具清理和步骤s3模具预热工序；56.s7、内蒙皮预制体制作：根据所述复合材料天线反射面1仿真设计铺层角度，进行内蒙皮预浸料自动下料铺贴，铺贴后进行冷抽预压实，获得内蒙皮预制体；57.s8、内蒙皮制作：将所得内蒙皮预制体铺贴于预热后的模具成型面2-1上(为保证复合材料反射面型面精度，内蒙皮制作时不进行铺覆隔离膜)，然后铺真空袋，真空检查，进行抽真空压实，压实后再进行加热固化，待模具冷却后，拆除真空袋，获得复合材料内蒙皮；注意：在此步骤s8中不对复合材料内蒙皮进行脱模处理，减少脱模内应力对成型后反射面精度地影响；58.s9、铝蜂窝加工：根据数模参数，利用cnc五轴数控机床加工出铝蜂窝3；59.s10、铝蜂窝安装：将所述铝蜂窝3放置于所述复合材料内蒙皮上，在铝蜂窝3与复合材料内蒙皮镂空处采用发泡胶或结构胶填充处理，进行固定；如图5所示；60.s11、复合材料天线反射面制作：可以根据模具上设计的定位，放置搭扣安装座，搭扣安装座与铝蜂窝镂空处采用发泡胶或结构胶填充处理；在所述复合材料内蒙皮上以及所述铝蜂窝3上铺覆胶膜，在所述胶膜上铺设所述复合材料外蒙皮，然后进行真空压实，加热固化，冷却后脱模，获得净尺寸复合材料天线反射面1；61.s12、按上述步骤生产剩余数量复合材料天线反射面1；62.s13、将若干复合材料天线反射面1进行围合组装，并通过搭扣4进行固定，制得便携式、高精度复合材料卫星天线。63.上述实施例1制造的便携式、高精度复合材料卫星天线，其结构如图1所示：所述的复合材料卫星天线包括：若干复合材料天线反射面1和若干搭扣4；所述的复合材料天线反射面1包括层叠设置的复合材料内蒙皮、铝蜂窝3和复合材料外蒙皮；若干所述的复合材料天线反射面1围合形成复合材料卫星天线，其结构类似于斗笠状；所述的复合材料天线反射面1之间通过所述搭扣4进行固定。64.上述为本发明的较佳实施例仅用于解释本发明，并不用于限定本发明。凡由本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。









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