某碳纤维天线的结构设计及模态分析

《某碳纤维天线的结构设计及模态分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、万方数据第38卷第2期(总第148期)2009年6月火控雷达技术FireControlRadarTechnologyV01．38No．2(Serise148)June2009文章编号：1008-8652(2009)02-079-03某碳纤维天线的结构设计及模态分析张盛华(西安电子工程研究所西安710100)【摘要】从保证天线的强度、刚度以及反射面精度等几个方面，介绍了某碳纤维复合材料天线的结构设计，并用有限元分析软件ANSYSl0．0对该雷达天线进行了模态分析，得到了该天线的固有频率，确保满足系统对该天线抗振性能的要求。关键词：碳纤维复合材料；结构设计；雷达天

2、线；模态分析中图分类号：TN82文献标识码：AStructureDesignandModalAnalysisofaCarbonFiberAntennaZhangShenghHa(Xi7anElectronicEngineeringResearchInstitute，Xi’an710100)Abstract：Thestructuredesignofacarbonfibercompositematerialantennaispresentedfromaspectofensuringstrengthandrigidityoftheantennaaswellasacc

3、uracyofthereflector．Thefiniteelementanalysis80ftwareANSYS10．0isusedtodomodalanalysisofthisradarantenna．Theinherentfrequencyofthisantennaisobtained，whichcanensuresatisfyingrequirementsofthesystemfortheantennaantishockperformance．Keywords：carbonfibercompositematerial；structuredesign；r

4、adarantenna；modalanalysis1引言碳纤维复合材料具有比强度高、比模量高、低比重、抗疲劳、线胀系数低和成形工艺简单等优点，可以保证制品尺寸的稳定性，是制作高精度天线的理想材料。用它制作的天线具有质轻、高强度、高刚度、高精度、耐腐蚀等特点，其热稳定性也较金属天线好。因此碳纤维复合材料天线已广泛应用于飞机、卫星、导弹和各种雷达产品。随着碳纤维石墨化程度的提高，碳纤维导电性能也显著增加，高模量系列碳纤维在导电性能上基本接近金属的导电性能。所以用高模量碳纤维制作天线可以满足雷达天线电性能的指标要求。本文从保证天线的强度、刚度以及反射面精度等几个方面

5、，介绍了某雷达天线的结构设计，并用有限元分析软件ANSYSl0．0对该碳纤维复合材料天线进行了模态分析。2天线结构性能指标要求天线系统的结构设计要求如下：a．天线尺寸：系统要求采用圆抛物面天线，口径≤1300mm，高度4660mm；b．反射顽精度要求：系统要求天线形面均方根误差<0．23mm；e．天线重量要求：系统要求天线总重量<11kg；d．抗振陛能：系统要求，该天线固有频率五>70Hz。3天线的结构设计3．1设计原则满足性能指标要求的前提下，结构形式力求适合使用，简单、轻巧，采用直观的三维造型软件Pro／E进行结构设计，便于交流、检查，提高设计效率。3．2

6、天线总体结构设计该雷达天线由天线反射面、馈源、馈源座及其支收稿日期：2009—01—14作者简介：张盛华。男，1977年生，助理工程师(硕士)。研究方向为天线结构设计。万方数据火控雷达技术第38卷撑杆、连接波导、波导夹以及天线座等部分组成，其结构形式和布局如图1所示。图l雷达天线结构形式及布局示意图3．3天线组成结构设计3．3．1天线面体结构设计天线面体结构设计遵循以下原则：a．结构件采用热胀系数很小的碳纤维复合材料，无维布对称铺层，不采用长的、连续的金属结构件以减少形面的热变形；b．选择高模量纤维作增强材料确保高的比刚度，选择高阻尼的结构材料改善结构件的动力

7、学特性。同时局部用金属接头加强的预埋技术，确保集中力可靠地传递，在连接开口处以胶接为主，辅以螺钉连接确保整体连接刚度。这样天线结构质轻且有好的强度和刚度；’c．采用先进的加工成形工艺，借鉴已成功常用的碳纤维复合材料加强技术。比如，无维布铺层面板的蜂窝夹芯结构、预埋和后埋技术等，这样在保证产品质量条件下，降低成本、缩短周期。反射面必须具有足够的曲面精度及抗变形能力，所以面板采用高模量高强度的M40J碳纤维作为增强材料，改性环氧树脂EP作为基体树脂。由于碳纤维轴向和径向的线胀系数相差较大，只有采用准各向同性铺层，利用碳纤维轴向负的线胀系数抵消树脂正的线胀系数，才能

8、使各方向的线胀系数接近于零，因此按(+