一種星載輕量化網狀反射面天線的製作方法

2023-07-04 17:18:31

專利名稱：一種星載輕量化網狀反射面天線的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於深空探測技術領域，具體涉及一種定向天線的結構。
背景技術：
著陸器定向天線工作時完全暴露在月表環境下，工作環境極為惡劣，同時對產品重量、功耗的要求極為苛刻，需要實現定向天線的小型化、輕量化、低功耗設計，進而對各個組件提出了嚴格的小型化、輕量化設計要求，特別是反射面天線組件的小型化、輕量化設計成為首要前提。定向天線反射面天線組件主要由三部分組成，分別是反射面、饋源和支架；現有的定向天線的反射面採用的是蜂窩夾層結構反射面，其示意圖如圖1所示，由外面板7、蜂窩芯子8、內面板9和中心預埋件10組成，這種結構形式本身具有很好的剛性，已經多次在軌飛行驗證，但在同等尺寸下重量較大。為了達到著陸器定向天線小型化、輕量化的設計目標，就要實現定向天線系統中雙軸驅動組件及反射面天線組件的小型化、輕量化設計。而要實現雙軸驅動組件的小型化、輕量化，則要求反射面天線組件的重量儘可能的達到最小，以減小對驅動力矩的需求，有利於驅動機構的減重設計。因此，反射面天線組件的輕量化設計是著陸器定向天線實現設計目標的首要因素。在保證整體性能的前提下達到輕量化是對著陸器反射面天線組件的設計目標，
發明內容有鑑於此，本實用新型提供了一種星載輕量化網狀反射面天線，採用碳纖維網狀結構反射面，通過背筋保證剛度滿足實際要求，能夠在保證整體性能的前提下達到輕量化的目的。為了達到上述目的，本實用新型的技術方案為:一種星載輕量化網狀反射面天線，包括饋源(I)、反射面(2)、支架(3)，進一步包括與反射面一體化模壓成型的背筋；其中饋源、反射面、和支架的連接方式為採用一組螺釘螺母連接；反射面為旋轉拋物面，背部採用背筋；反射面採用碳纖維網狀結構，編織方式採用TffF編織方式；反射面背部所採用的背筋為長條狀結構，採用碳纖維材料，背筋在反射面背部由旋轉拋物面的中心沿徑向呈輻射狀分布。進一步地，反射面的背部採用6根背筋。優選地，背筋是截面為倒U型的長條、倒U型底部兩端有外沿；長條形背筋的沿長度方向呈弧狀，弧度與旋轉拋物面的徑向弧度相一致。有益效果:1、本實用新型所涉及的一種星載輕量化網狀反射面天線，其反射面採用碳纖維材料，能夠使反射面天線組件重量輕，結構可靠性高，為定向天線系統小型輕量化設計奠定了基礎；2、本實用新型所涉及的一種星載輕量化網狀反射面天線，其反射面採用TWF編織方式，能夠保證反射面具有面內近似各向同性的特徵；並在反射面背部設計了背筋提高了反射面天線的剛度。以上設計在使反射面天線達到輕量化目標的同時保證了整體的性能。

圖1為蜂窩夾層結構反射面示意圖；圖2為反射面天線組件示意圖；圖3為TWF的纖維排列方式示意圖；圖4為反射面背筋截面示意圖；其中圖4 (a)為內部挖空的倒U型背筋截面示意圖，圖4 (b)為內部填充型的倒U型背筋截面示意圖。
具體實施方式
本實用新型提供了一種星載輕量化網狀反射面天線，針對現有的反射面天線進行改進:反射面採用碳纖維材料，能夠有效地降低反射面天線的重量；對碳纖維採用TWF(Triaxial Woven Fabric)的編織方式,編織呈網狀結構,該結構具有面內近似各向同性的特徵；反射面背筋的設計提高了反射面的剛性。本實用新型適用於但不僅限於著陸器定向天線。
以下結合附圖並舉實施例，對本實用新型進行詳細描述。針對現有的星載反射面天線，經過調研，要實現反射面的輕量化，可採用碳纖維鋪層結構反射面和碳纖維網狀結構反射面。它們各自的特點如下:a.碳纖維鋪層結構反射面，這種結構形式剛性較蜂窩夾層結構降低，同時重量也相對減小。要保證面內近似各向同性，需要至少4層預浸料鋪層來實現。此外，該結構形式的環境適應性較差；b.碳纖維網狀結構反射面，這種結構形式由於特有的六邊形網格結構，本身具有面內近似各向同性的特徵，具有重量最輕、型面精度高和較好的環境適應性等優勢。此外，剛性雖在三者中相對較低，但可通過特殊設計來保證剛度要求。經過綜合比較，著陸器定向天線反射面組件採用碳纖維網狀結構反射面，可通過必要的結構設計來保證剛度滿足要求，保證整體性能的前提下達到輕量化的設計目標。基於以上調研，本實施例對上述星載反射面天線進行的改進如下:本實施例為一種星載輕量化網狀反射面天線，包括饋源、反射面、支架，其結構如圖1所示；其中反射面為旋轉拋物面，邊緣處有向外的翻邊；饋源通過旋轉拋物面的中心與支架相連接；饋源、反射面和支架的連接方式為採用一組螺釘螺母連接。在支架上，設計有與雙軸驅動機構及壓緊釋放機構的安裝接口，反射面天線與雙軸驅動機構、壓緊釋放機構一起安裝於系統支架上，組成定向天線系統，如圖2所示。反射面採用碳纖維網狀結構編織物，採用碳纖維材料，背筋在反射面背部由旋轉拋物面的中心沿徑向呈輻射狀分布，背筋的截面如圖4所示；本實施例中反射面採用的材料為碳纖維T300。[0029]反射面所採用的碳纖維網狀結構編織物，其編織方式為TWF編織方式。TWF是一種新型織物，與傳統的平紋、鍛紋織物不同，TWF沒有相互正交的纖維排列，而是以相互呈60°夾角的方式排列，這就使單層TWF織物具備了近似的面內近似各向同性的特性，圖3為TffF的纖維排列方式示意圖。反射面的背面設計了背筋，背筋為截面是倒U型的長條、倒U型底部兩端有外沿，外沿的設鉻可以使背筋與反射面的結合更緊密；由於倒U型結構的內部挖空，如圖4 (a)所示，可減輕反射面天線的總體重量；若為進一步提高反射面天線的剛性，背筋可以採用填充型倒U型長條結構，其截面如圖4 (b)所示；長條形背筋的沿長度方向呈弧狀，弧度與旋轉拋物面的徑向弧度相一致。背筋截面形狀如圖4所示，所採用的材料為碳纖維材料，本實施例中背筋所採用的材料為T700 ;綜合考慮到反射面的重量以及對反射面剛度的要求，反射面背面設計了六條背筋，製作背筋時，對背筋與反射面翻邊接觸的一端進行切削，使之與反射面翻邊實現平滑過渡。反射面與背筋通過模具一體模壓成型，高溫固化，成型工藝簡單，可靠性高，可承受150°C高溫和_170°C低溫。進行上述改進的反射面天線相比於現有技術具有以下的優點:反射面採用的碳纖維網狀結構，與蜂窩夾層結構相比，省掉了蜂窩芯、中心預埋件、一層面板、兩層膠膜的重量，與碳纖維鋪層結構反射面相比，網狀結構具有更小的面密度，最大限度地降低了反射面的重量，反射面僅重0.12kg，僅為採用蜂窩夾層結構的反射面重量的四分之一；碳纖維網狀結構反射面的電性能指標與蜂窩夾層結構反射面基本相當，在實現極輕重量的同時具有良好的電性能。反射面採用TWF編織方式，具有面內近似各向同性的特徵，加之碳纖維本身熱膨脹係數極低，因此溫度變化對型面精度的影響基本可以忽略，此外，反射面的六邊形網格孔洞可使太陽光投射過反射面，保證了在反射面上不會產生過大的溫度梯度，具有很好的溫度均勻性，也使熱控硬體的需求量顯著降低，進一步減輕了定向天線系統的重量。背筋的應用，大幅提高了反射面的剛性，同時可有效抑制反射面的翹曲變形，保證型面精度。工作方式:在月表工作階段，壓緊釋放機構解鎖以後，天線在雙軸驅動機構驅動作用下實現對地數據傳輸。本實施例所提出的一種星載輕量化網狀反射面天線已經通過以下地面(含真空條件下)試驗，驗證了本實用新型的各項性能:①通過了定向天線系統鑑定級力學環境試驗，包括:正弦振動、隨機振動、衝擊試驗、加速度試驗。反射面天線組件能夠承受上述試驗載荷的考核，結構無異常變化；②通過了反射面天線組件熱試驗，試驗溫差為_175°C 150°C，試驗後反射面外觀無異常現象，且反射面型面精度試驗前後未發生明顯變化，均滿足電性能要求；③完成了反射面組件的相關電性能測試，力學試驗、熱真空試驗前後，反射面天線各項性能穩定，滿足指標要求。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，並非用於限定本實用新型的保護範圍。凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護範圍之內。
權利要求1.一種星載輕量化網狀反射面天線，包括饋源(I)、反射面(2)、支架(3)，其特徵在於，進一步包括與反射面一體化模壓成型的背筋； 所述的饋源、反射面、和支架的連接方式為採用一組螺釘螺母連接； 所述的反射面為旋轉拋物面，背部採用背筋；反射面採用碳纖維網狀結構，編織方式採用TWF編織方式； 所述的背筋為長條狀結構，採用碳纖維材料，背筋在反射面背部由旋轉拋物面的中心沿徑向呈輻射狀分布。
2.如權利要求1所述的一種星載輕量化網狀反射面天線，其特徵在於: 所述的反射面的背部採用6根背筋。
3.如權利要求1或2所述的一種星載輕量化網狀反射面天線，其特徵在於: 所述的背筋是截面為倒U型的長條，倒U型底部兩端有外沿； 長條形背筋的沿長度方向呈弧狀，弧度與旋轉拋物面的徑向弧度相一致。
專利摘要本實用新型提供了一種星載輕量化網狀反射面天線，屬於深空探測技術領域，具體涉及一種定向天線的結構。本實用新型針對現有的反射面天線進行改進反射面採用碳纖維材料，能夠有效地降低反射面天線的重量；對碳纖維採用TWF編織方式，編織呈網狀結構，該結構具有近似的各向同性特徵；反射面背後背筋的設計提高了反射面的剛性。本實用新型適用於但不僅限於著陸器定向天線。
文檔編號H01Q19/10GK202977737SQ20122059754
公開日2013年6月5日 申請日期2012年11月13日 優先權日2012年11月13日
發明者趙香妮, 孫大媛, 智國平 申請人:北京空間飛行器總體設計部