[发明专利]一种复合材料卫星天线反射面及其制造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及通信及测控技术领域，特别是涉及一种复合材料卫星天线反射面及其制造工艺。

背景技术

碳纤维复合材料(CFRP)以其极小的线膨胀系数、很高的比强度、比弹性模量，以及物理、力学性能的可设计性而倍受航空、航天部门的青睐。同时因其弹性模量与密度、线膨胀系数之积的比值远远高于金属材料，而被天线专家们誉为理想的天线结构材料。

随着宇航技术的不断进步，工业比较发达的国家早在70年代就开发了CFRP的成型技术，CFRP被广泛地应用在空间飞行器，目前星载天线的结构材料已是CFRP一统天下。随着人们对通信质量的要求越来越高，CFRP抛物面天线已被用于地面各种口径的毫米波、亚毫米波的高精度、高稳定性的卫星天线。CFRP的广泛应用和对其应用技术的研究，推动了高精度抛物面天线的进一步发展。

复合材料天线反射面的结构形式基本上可以分为两种：一种是薄壳结构，另一种是夹层结构。不论采用什么结构形式，都是以保证天线具有较高的型面精度，满足服役环境所要求的强度和刚度等技术指标为前提的。薄板式结构的碳纤维复合材料天线反射面板薄，导热快，阳光不均匀照射所造成的面、背和侧面的温度梯度小，热应力变形小，更有利于恶劣环境下型面精度的保持，但薄壳式天线反射面成型过程中技术难度比较大，阻碍了薄壳式复合材料天线反射面的发展。夹层结构的天线是以一定厚度的内外蒙皮与轻质的蜂窝或泡沫材料为夹芯而形成截面较厚的结构，其特点是质轻，刚性好，有较好的抵御应变变形的能力，是保障天线型面精度较好的结构形式之一。

目前的夹层结构复合材料天线面的芯材主要分为泡沫夹芯和蜂窝夹芯。泡沫夹芯可以是在反射面薄壳成型完成之后，在向薄壳结构内注入树脂和发泡剂进行发泡得到泡沫夹芯结构，也可以通过事先将泡沫芯材制作完毕，然后进行后加工，再放入薄壳结构中，用胶黏剂将泡沫与薄壳黏合在一起得到泡沫夹芯结构。前者易出现发泡不均匀，并且成型加工完成之后易发生二次发泡，导致天线反射面型面精度的降低，影响通信质量。后者在泡沫芯材的二次加工过程中，很难将芯材加工到与薄壳相吻合，从而导致夹芯复合材料结构出现缺陷。

采用蜂窝夹芯的复合材料天线面具有很高的整体刚度，目前被广泛地应用到复合材料天线面领域，但是由于铝蜂窝夹芯生产加工困难，其芯材需要经过表面处理和印胶等繁琐的工艺，并且由于铝蜂窝在制作曲面结构时存在很大的难度，特别是在制作大曲面的卫星天线反射面时，必须采用分块铝蜂窝进行拼接，这样导致了在蜂窝夹芯复合材料内部出现了结构缺陷，虽然在铝蜂窝接头之间进行了胶结，但用于碳纤维复合材料的线膨胀系数极低，而往往胶黏剂的线膨胀系数都比较大，这很可能会使反射面蒙皮因为热胀冷缩而发生变形，降低型面精度，影响通信质量。

发明内容

鉴于以上缺陷，本发明的目的在于提供一种复合材料卫星天线反射面及其制造工艺，该制造工艺简单，所制得的复合材料卫星天线反射面其型面精度高，整体刚度高，通过该制造工艺还能非常容易地制造大口径的天线反射面。

为了达到以上目的，本发明提供的该种复合材料卫星天线反射面，其即为采用3D玻璃纤维毡为芯材，采用碳纤维复合材料作为蒙皮的夹层型复合材料卫星天线反射面。

其中所述碳纤维复合材料为碳纤维与树脂的组合物，而所述碳纤维可为碳纤维织物或单向碳纤维等，所述树脂可为环氧树脂、不饱和聚酯树脂、双马来酰亚胺树脂或氰酸酯树脂等树脂的其中一种或几种。

3D编织玻璃纤维毡是近来出现的一种新型的复合材料芯材，国内外只有少数人将其应用在高速列车和游艇的制造中，其特殊的结构和优异的性能赋予了用其作为夹芯的复合材料许多特点，也解决了许多其他芯材无法解决的问题。本发明采用该种3D玻璃纤维毡作为芯材，获得了型面精度高，整体刚度高的复合材料卫星天线反射面。

本发明还提供了该种复合材料卫星天线反射面制造工艺，其主要包括以下步骤：

a.制造天线反射面模具；

b.将预先裁剪好的碳纤维铺敷在模具表面，然后在其上面铺敷脱模布、导流布和真空袋等，并用胶带将真空袋与模具黏结；

c.用真空泵将真空袋里面的空气尽量抽出，维持5至10分钟后，将添加有固化剂的树脂通过管道注入真空袋中，当整个真空袋中均充满树脂后，切断树脂供应管道和真空管道，保持真空袋内压力；

d.将模具推入固化间，固化间温度控制在40-80℃，加热固化2-8小时后再推出固化间，冷却后脱去上述真空袋、导流布和脱模布，得到碳纤维复合材料蒙皮；