碳纤维复合材料c波段天线反射面(上)

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1、碳纤维复合材料C波段天线反射面(上)碳纤维复合材料C波段天线反射面（上）????摘要：简述了碳纤维复合材料C波段天线的组成，着重对天线反射面制造工艺过程、材料选择及特性、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择和产品质量控制等内容进行了分析。<>1?前言????碳纤维复合材料是一种新型结构材料，与金属材料相比具有较高的比强度、比刚度、热膨胀系数小、阻尼性能好等优点，且可按制件在不同方位受力大小进行铺层设计，工艺上可以整体成型，减少零件数目，因此近年来在航天器上得到日益广泛的应用。天线是任何卫星都不可缺少的星载设备。天线移种分类方法，按天线形状分类，通常可分为线天线、喇叭天线、反射面天

2、线和阵列天线等。无论是哪种类型的天线，由于其反射面的曲面精度和尺寸稳定性会直接影响天线的增益，因此天线反射面研制过程中一个重要任务是如何来保证反射面的型面精度和尺寸稳定性。本文以我单位研制的C波段天线反射面为例，分别从制造工艺过程、材料选择及特性试验、铺层分析、成型模具设计、固化成型工艺参数选择和产品质量控制等内容进行分析，为确保天线反射面研制质量奠定基础。本研究成果已用于某通信卫星抛物面天线中，经受多次飞行试验考验，取得满意的结果。2.?C波段天线的组成及主要技术指标2.<>1?C波段天线的组成???c波段天线主要由天线反射面、加强筋、角锥喇叭、连接法兰和下法兰组成，见图<>1。其中，

3、天线反射面由碳／环氧面板、铝蜂窝芯和各种预埋件等零件采用真空袋--热压罐法胶接成型工艺复合成蜂窝夹层结构；加强筋、角锥喇叭、连接法兰通过采用碳／环氧预浸料按照铺层设计要求进行手工铺层，然后再按工艺要求进行模压成型；下法兰采用铝金属机加成型。最后，通过组装成型模对天线反射面、加强筋、角锥喇叭、连接法兰和下法兰五个部分定位，采用胶接工艺组成一整体结构。2.2?主要技术指标???c波段天线主要技术指标为：①天线反射面形状法向偏差不大于0.3mm（均方根值）；②确定抛物面焦点位置，实测焦点与理论焦点的空间位置偏差不大于0.5mm；③角锥喇叭每侧面平面度不大于0.2mm；④纤维体积含量63±3%；

4、⑤对复合材料结构进行无损探伤，不允许有气泡、分层和夹杂。3?主要研究内容3.<>1??C波段天线的制造工艺???c波段天线主要由天线反射面及其它支撑结构组成。本文着重介绍其反射面型面精度和尺寸稳定性控制，根据我单位承担某型号任务要求，其天线反射面的制造工艺流程，见图2。3.2?材料的选择及其特性???由于天线反射面必须能够反射电磁波，蜂窝夹层结构复合材料中面板材料必须由导电材料制成。碳纤维具有良好的导电性能，且具有良好的力学性能沿高模量碳纤维轴向的热膨胀系数为-0.7x<>10-6／℃，而其垂直于纤维方向的热膨服系数为23x<>10-6／℃。它具有明显的各向异性特点，可通过工艺设计，满足

5、各种天线反射面的性能要求。实践表明碳纤维是天线反射面面板材料的理想选择之一。Kevlar-49纤维同样具有良好的力学性能，从结构性能角度考虑也是天线面板材料的理想选择。但由于其不导电，当用于天线反射面时，必须对其反射表面进行金属化处理。由此可知，天线反射面的结构设计与所用材料性能有着密切的关系。选用不同的材料会使天线反射面的结构特性有很大的差异，为了满足C波段天线结构的设计要求，在进行了大量的材料性能试验的前提下，最终选用材料的性能测试结果列于表<>1至表5中。3.3?天线反射面面板铺层分析???在传统的蜂窝夹层结构复合材料天线反射面中，碳纤维通常制备成预浸无纬布或平纹织物预浸料使用。由

6、于面板和蜂窝芯子各向异性容易造成反射面在外载荷下产生翘曲变形，所以反射面面板一般按准各向同性铺层设计要求进行选择。预浸无纬布一般选择以[0／±45/90]T或[0/45/90]T铺层形式，有时也选择[0／±60]T的铺层形式；平纹碳布一般选择「0/45」T铺层形式。蜂窝夹层结构还应设计研制成沿中面对称铺层。一般情况下正六边形的蜂窝芯子的各向异性对反射面型面精度的影响是不可忽略的。在研制中一般采取将蜂窝芯子加工成分片结构，然后在专用型面模具上将各片蜂窝芯子进行拼接，其蜂窝夹层结构纵向热膨胀系数为<>1.62×<>10-6／℃，横向热膨胀系数为<>1.84×<>10-6/℃。3.4?天线反射

7、面的成型模具设计???天线反射面的成型模具是根据成型工艺方案和设计图纸要求进行设计的。在研制过程中，又根据实际使用情况作了局部修改，其主要考虑的内容有：①天线反射面结构中面板采用M40/环氧648预浸料铺叠成型，其固化温度与脱模温度（室温）存在较大差异。若固化成型工艺过程中使用模具材料热膨胀系数较大，则会造成面板中存在较大的残余变形，故对一般精度要求的反射面可采用铸铁模具，对精度要求高的反射面则应采用殷钢或复合材料模具；②模具结构要