雷达碳纤维天线结构

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1、雷达碳纤维天线结构摘要球载雷达对球上设备重量要求较高，为了达到设计指标，天线采用轻质碳纤维复合材料以减轻重量。利用HYPEMESH和ANSYS对天线骨架进行力学分析，在力学分析的基础上，充分利用复合材料的可设计性，设计出符合要求的轻质碳纤维复合材料天线。同时总结了大尺寸、轻质碳纤维复合材料天线一些设计经验。关键词球载雷达；碳纤维天线；复合材料；ANSYS分析；HYPEMESH分析DesignofModemRadarAerostatsCompositeMaterialsAntennaAbstract：Theweightofradarinmodernradaraeros

2、tatsisstrictlimited,Inordertoreachthestandofdesign,theradarantennamadeofcarbonfibercompositematerialtoreducetheweightofantenna.ThispapermakemechanicsanalysisontheantennabyHYPEMESHandANSYS,onthebaseofmechanicsanalysisandtakefulladvantageofcarbonfibercompositematerial,theregularantennawe

3、redesign.Atlast,theauthorgivesomeadviceabouthowtodesignthelightcompositematerialantenna.Keywords：Radaraerostats；Carbonfibercompositeantenna；Compositematerials；mechanicsanalysis1引言球载雷达为悬挂结构，雷达自身平衡和轻型化是结构设计重点。结构总体设计时需要充分考虑体积、重量等条件的约束，进行综合优化设计。由于重量的限制和雷达自身平衡，必须进行轻型化设计，通过采用轻质碳纤维复合材料制备实现轻型化

4、设计的要求和解决自身平衡的问题。同时在总体结构设计时进行了电子机架与天线背筋框架一体化设计，这就对碳纤维复合材料天线要求具有较好的刚度和强度。2碳纤维天线骨架结构设计根据雷达系统的总体要求，对天线结构总体方案进行设计。天线结构技术要求，主要有以下几方面组成：图1碳纤维天线骨架三维效果图2.1天线形状和重量要求天线反射面为双弯曲赋形反射面，天线外轮廓用椭圆截取。天线总重量小于115kg（含馈源托盘和支杆）。2.2天线分块设计和精度指标分配天线分成3块，中块宽度2000mm，两边块宽度1600mm。天线反射面误差分配：中块反射面均方根误差σ≤0.5mm，两侧边块σ≤0.

5、8mm，在加载情况下，拼装后的反射面的总精度σ≤1.0mm，拼接缝隙w≤1.0mm。2.3机械性能的设计天线分块拼接及天线与电子设备机架连接的每处均能够承受40kg的拉力，装配后满足整体精度指标要求，天线自重110kg可以承受过载3g。综合分析以上系统要求，确定结构方案选定复合材料，进行力学分析。由于复合材料性能受原材料及工艺过程的影响比较大，在确定材料型号和结构形式以后，先制作试验件，对其进行各项性能指标的测试，确定工艺过程。以测出的各项试验数据作为力学分析的参数，在分析计算的基础上对天线结构进行优化设计，加工成形以后进行个各种指标的测试，以对设计进行验证。原材料

6、选择铺层性能确定性能要求载荷情况环境条件形状限制层合板设计反射面设计背筋框架结构设计碳纤维天线整体结构设计有限元应力与应变分析失效分析设计定型图2.碳纤维天线结构设计流程图3碳纤维天线骨架复合材料设计3.1原材料的选择以天线结构力学分析为设计依据，考虑现有材料的性能和天线结构形式本身的特点，决定天线骨架复合材料采用泡沐夹层结构，以提高天线骨架的整体刚度和稳定性。两个边块蒙皮采用T300环氧树脂预浸料，厚度为0.17mm，复合材料为5层。天线和电子机架相连接处是天线的受力集中点，对力学性能要求较高，蒙皮采用高模量M40J/3236预浸料，厚度为0.17mm，复合材料为

7、5层，在复合材料中预先预埋铝块作为天线与电子机架连接过渡结构。增强材料纤维和基体的性能见表1和表2。表1增韧环氧树脂性能密度g/cm3拉伸强度MPa拉伸模量GPa弯曲强度MPa弯曲模量GPa泊松比1.2352.84.071084.30.33表2几种增强纤维的性能纤维牌号密度（g.cm-3）拉伸性能（Mpa）拉伸模量（Mpa）断裂伸长率（%）T3001．7429002301．7T700S1．7649002302．1T8001．8154902941．9T1000G1．8263702942．2M40J1．8041204750．8M551．8040205400．83.2