專利名稱：一種高精度天線反射面面板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信、無線電測控、深空探測、大型射電望遠鏡等領(lǐng)域中的一種高 精度天線反射面面板及其制造方法，特別適用于工作在Ka頻段和Q頻段以上的高精度天線 面板的反射面批量制造。
背景技術(shù)：
隨著通信、測控技術(shù)的迅速發(fā)展，工作頻段越來越高，不僅大中型天線的需求越來 越廣泛，而且對天線反射面的精度提出了更高的要求。大中型天線主反射面由幾十塊甚至 數(shù)千塊單塊反射面板構(gòu)成，單塊天線反射面板的精度是天線主反射面精度的基礎(chǔ)。目前高 精度的天線反射面面板的制造方法主要有傳統(tǒng)機械加工制造方法、傳統(tǒng)鉚接和蜂窩夾層結(jié) 構(gòu)相結(jié)合的高精度面板制造方法、蜂窩夾層結(jié)構(gòu)高精度面板制造方法等，這三種制造方法 在性能和操作上存在某些缺陷傳統(tǒng)的機械加工制造方法主要適用于小型高精度天線反射面的制造，而大中型天 線的制造多是延續(xù)飛機蒙皮的制造工藝，其單塊反射面一般采用先在拉伸模上拉伸成型 后，再在包絡(luò)鉚裝夾具上鉚接成型的工藝方案，其存在鉚接應力大、變形不易控制等缺點， 反射面精度低。傳統(tǒng)鉚接和蜂窩夾層結(jié)構(gòu)相結(jié)合的高精度面板制造方法在工程應用中難以 實現(xiàn)；蜂窩夾層結(jié)構(gòu)高精度面板制造方法所制造的面板雖可達到較高的精度，但存在面板 使用壽命偏低的缺陷。中國專利號200610012581. 6、名稱為《一種無蜂窩夾層的高精度天線反射面制造 方法》專利中公開了一種利用傳統(tǒng)鉚接工藝做好的天線面板表面再粘接一層高精度蒙皮的 天線反射面制造方法，該方法雖然目前能制造出較大口徑天線的高精度反射面，但其反射 面的制造存在以下不足1.傳統(tǒng)的鉚裝工藝在加工過程中存在的應力變形大，所得天線面板表面精度低， 與吸附在模具上的高精度蒙皮相比，貼合情況很差，由于存在粘接面積較大、中間膠層厚度 不均勻的問題，導致其粘接完畢后有較多的內(nèi)應力，存在變形隱患。2.傳統(tǒng)鉚裝工藝做好的面板由于其Z型筋是由Z型材通過拉彎工藝所得，其自身 存在應力，在鉚裝工藝過程中也存在應力，這就造成其自身內(nèi)應力較大，存在變形隱患。3.傳統(tǒng)的飛機蒙皮淬火拉伸工藝在制造面積大、曲率平緩的蒙皮過程中存在較大 的難度，蒙皮拉伸完后存在鼓包多、貼模情況很差等缺點，需要大量的人工校型，難以實現(xiàn) 高精度蒙皮。4.該發(fā)明工藝實施性差，大面積高厚度的膠粘劑層擠出困難，且容易包裹氣泡，存 在膠粘質(zhì)量隱患，還存在工藝復雜，加工周期長，成本高，不適于批量生產(chǎn)等缺點。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于避免上述背景技術(shù)中的不足之處而提供一種用常規(guī)的、成熟的 天線反射面加工工藝制造的精度高、重量輕、彎曲剛度大、比強度大、比剛度大的筋開槽膠
3粘結(jié)構(gòu)高精度天線反射面面板及其制造方法，并且本發(fā)明方法制造的天線反射面具有精度 高、剛度大、特別適用于大中型反射面天線，還具有反射面結(jié)構(gòu)簡單、加工工藝簡單、性能穩(wěn) 定可靠、制造成本低廉、生產(chǎn)環(huán)境易于實現(xiàn)、能夠批量生產(chǎn)等特點。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是一種高精度天線反射面面板，包括蒙皮和支撐筋，蒙皮的正反兩個面分別為反射 面和支撐面，支撐面固裝在支撐筋上，其特征在于所述蒙皮為扇形，在蒙皮的兩側(cè)徑向不 同位置上自邊緣向內(nèi)各開設(shè)有多個相對的周向蒙皮槽口 ；所述的支撐筋包括Z型材環(huán)筋梁 和Z型材縱筋梁，Z型材環(huán)筋梁為周向設(shè)置，Z型材縱筋梁為徑向設(shè)置。在所述Z型材環(huán)筋 梁和Z型材縱筋梁上與蒙皮支撐面相接觸一端自邊緣向內(nèi)分別開設(shè)有多個槽口。作為對本發(fā)明的改進，Z型材環(huán)筋梁與蒙皮上的槽口的位置相對應。作為對本發(fā)明的改進，在所述Z型材環(huán)筋梁和Z型材縱筋梁設(shè)有多個槽口的端面 上分別固裝有壓板條，在所述ζ型材環(huán)筋梁和Z型材縱筋梁連接處設(shè)有L型彎角件。筋開槽膠粘結(jié)構(gòu)的高精度天線反射面單元的蒙皮厚度為0. 5至2毫米，蒙皮開縫， 長度為100至1000毫米；Z型材環(huán)筋梁、Z型材縱筋梁的板材厚度為1. 5至3. 5毫米，筋梁 高度為100至200毫米，可用板材開縫折彎構(gòu)成，也可用Z型材開槽構(gòu)成；彎角件的板材厚 度為2. 0至4. 0毫米；壓板條的板材厚度為1. 5至2. 5毫米。本發(fā)明的一種高精度天線反射面面板的制造方法，包括步驟①建立天線蒙皮曲面數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學模型設(shè)計反射面單元模具；②根據(jù)蒙皮曲面數(shù)學模型建立展開料數(shù)學模型，確定展開料外形尺寸和開槽口尺 寸，采用鋁合金板材經(jīng)機械加工工藝構(gòu)成蒙皮；③設(shè)計Z型材環(huán)筋梁、Z型材縱筋梁，采用鋁合金板材經(jīng)機械加工工藝構(gòu)成Z型材 環(huán)筋梁、Z型材縱筋梁；④根據(jù)反射面單元模具，Z型材環(huán)筋梁、Z型材縱筋梁，設(shè)計固定工裝；⑤在反射面單元模具上，通過機械加工工藝校型，使Z型材環(huán)筋梁和Z型材縱筋梁 貼模；⑥先將Z型材環(huán)筋梁固定在反射面單元模具上，然后在Z型材環(huán)筋梁的兩端上表 面涂覆膠粘劑層，通過固定工裝將Z型材環(huán)筋梁和Z型材縱筋梁組合定位在反射面單元模 具上，固化構(gòu)成反射面單元筋梁骨架；
0022]⑦用膠帶密封蒙皮，采用真空負壓工藝使其貼覆在反射面單元模具上，在蒙皮外 凸曲面上標記粘接面外形線，在粘接面上涂覆膠粘劑層，將Z型筋骨架定位壓置在蒙皮上 進行粘接固化，固化工藝過程結(jié)束后去除膠帶、釋放真空負壓，完成整體筋開槽膠粘結(jié)構(gòu)高 精度天線反射面單元的制造。還包括步驟根據(jù)Z型材環(huán)筋梁和Z型材縱筋梁設(shè)計制作彎角件和壓板條，在彎 角件的外凸平面和壓板條的內(nèi)面涂覆膠粘劑層，將彎角件和壓板條分別粘接在Z型材環(huán)筋 梁和Z型材縱筋梁上。由于采用了上述技術(shù)方案，本發(fā)明所取得的技術(shù)進步在于1.本發(fā)明采用了筋開槽校型工藝方案，Z型筋的剛度主要與型材高度有關(guān)，高度增 加剛性變大，其變形和回彈應力也相應變大，開槽后剛性變差，通過校型容易達到與模具貼 附，通過與蒙皮粘接成為整體后，恢復了大剛度，與拉彎的筋條相比回彈變形更小，最大限度的降低了內(nèi)部應力，在成型Z型材環(huán)筋梁、Z型材縱筋梁過程中，有效的實現(xiàn)了高貼模精度。2.本發(fā)明克服了傳統(tǒng)制造工藝的不足，在制造面積大、曲率平緩的蒙皮時，傳統(tǒng)的 淬火拉伸工藝存在鼓包多、貼模差等缺點，即使通過校型修整也很難達到高貼模精度，采用 鋁合金板材開縫工藝方案，通過開縫工藝，最大限度的釋放了鋁板由平面變?yōu)榍娴膬?nèi)部 應力，實現(xiàn)了貼模效果良好的蒙皮。3.本發(fā)明所設(shè)計的彎角件和壓板條，通過膠粘劑層與Z型材環(huán)筋梁、Z型材縱筋梁 粘接在一起，增加了 Z型筋骨架的強度和剛度，彎角件可通過計算不同面板環(huán)筋與縱筋之 間的角度進行折彎，可得到很高的貼合精度，壓板條通過校型也能夠與Z型材筋梁良好貼 合，該工藝過程簡單方便，膠層厚度均勻，粘接應力小，能夠?qū)崿F(xiàn)精度較高的Z型筋骨架。4.本發(fā)明以高精度反射面單元模具為基礎(chǔ)，采用真空負壓工藝，通過膠粘劑層， 以開縫蒙皮為反射面單元的工作面，與型材骨架粘接固化成型為高精度天線反射面單元構(gòu) 成本發(fā)明的核心技術(shù)特點。本發(fā)明中的Z型材開槽和蒙皮開縫技術(shù)可實現(xiàn)良好的貼模精 度，同時在實施過程中膠粘劑層厚度比較均勻，在各環(huán)節(jié)上都最大限度的降低了內(nèi)部應力， 為實現(xiàn)高精度面板提供了良好的基礎(chǔ)，與拉伸工藝相比，減少了 Z型材拉彎模具的制造和 拉彎工序，減少了蒙皮拉伸工序，不僅工藝實施性簡單，而且大大降低了制造成本，該天線 反射面不但精度高，剛度大，可靠性高，而且操作工序簡單，環(huán)境易于實現(xiàn)，非常適合批量生 產(chǎn)，具有廣泛的工程應用價值。


圖1是蒙皮的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是Z型材環(huán)筋梁與Z型材縱筋梁的位置關(guān)系示意圖；圖3是Z型材縱筋梁與壓板條的結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是Z型材環(huán)筋梁與壓板條的結(jié)構(gòu)示意圖；圖5是彎角件的結(jié)構(gòu)示意圖；圖6是反射面面板的剖視結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是圖6的A-A剖視示意圖8是反射面面板組裝天線的示意圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明如圖1至圖7所示，本發(fā)明的天線反射面面板包括蒙皮1、4個Z型材環(huán)筋梁2-1和 2個Z型材縱筋梁2-2組成的支撐筋框架；蒙皮1為扇形，蒙皮1的正反兩個面分別為反射 面和支撐面，Z型材環(huán)筋梁2-1沿蒙皮1周向設(shè)置，Z型材縱筋梁2-2沿蒙皮1徑向設(shè)置，由 5個Z型材環(huán)筋梁和2個Z型材縱筋梁組成的支撐筋框架與蒙皮1的支撐面形狀相對應，兩 者用通過膠粘劑粘接固化成為一整體；在蒙皮1兩側(cè)的徑向不同位置上自邊緣向內(nèi)各開設(shè) 有相對的3個周向的蒙皮槽口 5，3個Z型材環(huán)筋梁從支撐面粘附在這三個蒙皮槽口 5上。在所述Z型材環(huán)筋梁和Z型材縱筋梁上與蒙皮支撐面相接觸一端自邊緣向內(nèi)分別 開設(shè)有多個槽口 6，在此槽口 6的端面上分別粘接有壓板條3。在5個Z型材環(huán)筋梁2-1的 兩端上表面涂覆膠粘劑，將2個Z型材縱筋梁2-2壓置在Z型材環(huán)筋梁2-1上，在Z型材環(huán)
5筋梁和Z型材縱筋梁連接處粘接有L型彎角件4。本發(fā)明中蒙皮1的厚度為0. 5至1. 5毫米，蒙皮槽口 5長度為100至1000毫米；Z 型材筋梁的板材厚度為1. 5至3. 5毫米，筋梁高度為100至200毫米，槽口 6的深度為15至 50毫米；彎角件3的板材厚度為2. 0至4. 0毫米；壓板條4的板材厚度為1. 5至2. 5毫米，蒙 皮1、Z型材環(huán)筋梁2-1、Z型材縱筋梁2-2、彎角件3、壓板條4均采用鋁合金材料制造。本發(fā)明一種高精度天線反射面面板的制造方法的最佳實施例如附圖所示，包括下 列步驟(1)建立天線蒙皮曲面數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學模型設(shè)計反射面面板模具。天線反射 面面板蒙皮1曲面為整個天線曲面的一個單元，同一種反射面單元采用同一個拉伸模具制 造。實施例反射面面板模具采用鑄鐵材料，表面經(jīng)數(shù)控加工成為高精度的包絡(luò)面；(2)根據(jù)蒙皮曲面數(shù)學模型建立展開料數(shù)學模型，確定展開料外形和蒙皮槽口 5 尺寸，采用鋁合金板材經(jīng)機械加工工藝構(gòu)成蒙皮1。它作為高精度反射面面板，鋁合金板材 的厚度為0. 5至2毫米，蒙皮槽口 5的位置可根據(jù)Z型材環(huán)筋梁2-1的設(shè)計而定，實施例采 用1. 5毫米厚的鋁合金板材，經(jīng)數(shù)控加工制作而成；(3)設(shè)計反射面面板的Z型材環(huán)筋梁2_1、Z型材縱筋梁2-2，采用鋁合金板材經(jīng)機 械加工工藝構(gòu)成Z型材環(huán)筋梁2-1、Ζ型材縱筋梁2-2。反射面面板的剛度主要與Z型材環(huán) 筋梁2-1和Z型材縱筋梁2-2的高度有關(guān)，Z型筋板材厚度為1. 5至3. 5毫米，高度為100 至200毫米，槽口 6的深度為15至50毫米，實施例采用2. 5毫米厚的鋁合金板材，經(jīng)開槽 和折彎后制作而成，開槽深度為30毫米，Z型材環(huán)筋梁2-1高度為150毫米，Z型材縱筋梁 2-2高度為153毫米；(4)設(shè)計彎角件4和壓板條3，采用鋁合金板材經(jīng)機械加工工藝構(gòu)成L型彎角件4 和壓板條3。彎角件4的板材厚度為2. 0至4. 0毫米；壓板條3的厚度為1. 5至2. 5毫米， 實施例彎角件4采用厚度為3. 0毫米的鋁合金板材經(jīng)下料切割和折彎制作而成，壓板條3 采用厚度為2. 5毫米的鋁合金板材經(jīng)下料切割制作而成；(5)根據(jù)反射面面板模具、Z型材環(huán)筋梁2-1、Z型材縱筋梁2-2、彎角件4和壓板 條3設(shè)計固定工裝。固定工裝起到對Z型材環(huán)筋梁2-1、Z型材縱筋梁2-2、彎角件4和壓 板條3的定位作用，在粘接固化過程中還起到施加壓力的作用；(6)在反射面單元模具2上，通過機械加工工藝校型，使Z型材環(huán)筋梁2-1的粘接 面與模具曲面貼附，使Z型材縱筋梁2-2的粘接面與模具曲面貼附，壓板條3的粘接面與模 具曲面貼附；(7)通過固定工裝將Z型材環(huán)筋梁2-1固定在反射面單元模具上；在Z型材環(huán)筋梁 2-1的兩端上表面涂覆膠粘劑層，將Z型材縱筋梁2-2壓置在Z型材環(huán)筋梁2-1上；在彎角 件4的外凸平面涂覆膠粘劑層，將彎角件4貼附在Z型材筋梁2-1、2-2的接合部；在壓板條 3的內(nèi)凹曲面涂覆膠粘劑層，將壓板條3壓置在Z型材環(huán)筋梁2-1和Z型材縱筋梁2-2開槽 部分的上表面；通過固定工裝施加接觸壓，固化構(gòu)成反射面單元筋梁骨架；(8)用膠帶密封蒙皮1，采用真空負壓工藝使其貼覆在反射面單元模具上，在蒙皮 1外凸曲面上標記粘接面外形線，在粘接面上涂覆膠粘劑層，將Z型材環(huán)筋梁2-1與Z型材 縱筋梁2-2構(gòu)成的骨架定位壓置在蒙皮1上進行粘接固化，固化工藝過程結(jié)束后去除膠帶、 釋放真空負壓，完成高精度天線反射面面板的制造。
權(quán)利要求
一種高精度天線反射面面板，包括蒙皮(1)和支撐筋，蒙皮(1)的正反兩個面分別為反射面和支撐面，支撐面固裝在支撐筋上，其特征在于所述蒙皮(1)為扇形，在蒙皮(1)的兩側(cè)徑向不同位置上自邊緣向內(nèi)各開設(shè)有多個相對的周向蒙皮槽口(5)；所述的支撐筋包括Z型材環(huán)筋梁(2 1)和Z型材縱筋梁(2 2)，Z型材環(huán)筋梁(2 1)為周向設(shè)置，Z型材縱筋梁(2 2)為徑向設(shè)置；在所述Z型材環(huán)筋梁(2 1)和Z型材縱筋梁(2 2)上與蒙皮(1)支撐面相接觸一端自邊緣向內(nèi)分別開設(shè)有多個槽口(6)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度天線反射面面板，其特征在于Z型材環(huán)筋梁 (2-1)上的槽口(6)與蒙皮⑴上的蒙皮槽口(5)的位置相對應。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種高精度天線反射面面板，其特征在于在所述Z型材環(huán) 筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)設(shè)有多個槽口(6)的端面上分別固裝有壓板條(3)，在所 述Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)連接處設(shè)有L型彎角件(4)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種高精度天線反射面面板，其特征在于Z型材環(huán)筋梁 (2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)的高度為100至200毫米，槽口(6)的深度為15至50毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高精度天線反射面面板的制造方法，其特征在于包括步驟①建立天線蒙皮(1)曲面數(shù)學模型，根據(jù)數(shù)學模型設(shè)計反射面單元模具；②根據(jù)蒙皮(1)曲面數(shù)學模型建立展開料數(shù)學模型，確定展開料外形尺寸和開槽口尺 寸，采用鋁合金板材經(jīng)機械加工工藝構(gòu)成蒙皮；③設(shè)計Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)，采用鋁合金板材經(jīng)機械加工工藝構(gòu) 成Z型材環(huán)筋梁(2-1)、Z型材縱筋梁(2-2)；④根據(jù)反射面單元模具、Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)，設(shè)計固定工裝；⑤在反射面單元模具上，通過機械加工工藝校型，使Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋 梁(2-2)貼模；⑥先將Z型材環(huán)筋梁(2-1)固定在反射面單元模具上，然后在Z型材環(huán)筋梁(2-1)的 兩端上表面涂覆膠粘劑層，通過固定工裝將Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)組 合定位在反射面單元模具上，固化構(gòu)成反射面單元筋梁骨架；⑦用膠帶密封蒙皮(1)，采用真空負壓工藝使其貼覆在反射面單元模具上，在蒙皮(1) 外凸曲面上標記粘接面外形線，在粘接面上涂覆膠粘劑層，將Z型筋骨架定位壓置在蒙皮 (1)上進行粘接固化，固化工藝過程結(jié)束后去除膠帶、釋放真空負壓，完成整體筋開槽膠粘 結(jié)構(gòu)高精度天線反射面單元的制造。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種高精度天線反射面面板的制造方法，其特征在于包括步 驟根據(jù)Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)設(shè)計制作彎角件(4)和壓板條(3)，在 彎角件⑷的外凸平面和壓板條⑶的內(nèi)面涂覆膠粘劑層，將彎角件⑷和壓板條⑶分 別粘接在Z型材環(huán)筋梁(2-1)和Z型材縱筋梁(2-2)上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種高精度天線反射面面板及其制造方法，它涉及衛(wèi)星通信、無線電測控、深空探測、大型射電望遠鏡等領(lǐng)域中的一種天線反射面單元制造技術(shù)。它采用校型開槽的Z型材來實現(xiàn)筋梁的成形，采用鋁合金板材開槽來實現(xiàn)蒙皮的成形，通過密封和真空裝置施加負壓，使Z型材筋梁和蒙皮等分離組件壓貼在模具上并由膠粘劑粘接固化成型為一個整體，釋放真空負壓后形成高精度筋開槽膠粘結(jié)構(gòu)天線反射面單元。本發(fā)明具有精度高、重量輕、剛度大、強度大、加工工藝簡單、性能穩(wěn)定可靠、制造成本低廉、生產(chǎn)環(huán)境易于實現(xiàn)、能夠批量生產(chǎn)等優(yōu)點，特別適用于應用在高頻段的大中型高精度天線反射面的制造。
文檔編號H01Q15/14GK101938041SQ201010214168
公開日2011年1月5日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月1日
發(fā)明者寧曉磊, 張萬才, 李金良, 王海東, 鄭元鵬, 郭海鷹, 金超 申請人:中國電子科技集團公司第五十四研究所