靜電成形薄膜反射面拼接模具及靜電成形薄膜反射面拼接方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于雷達(dá)天線技術(shù)領(lǐng)域，具體提供了一種靜電成形薄膜反射面拼接模具及靜電成形薄膜反射面拼接方法，該方法首先制作一種利用真空負(fù)壓吸附原理的高精度反射面的拼接模具，即薄膜反射面拼接系統(tǒng)MRAS，其由上拋物表面、下密封蓋、內(nèi)六角圓柱頭螺釘組成；然后在此基礎(chǔ)上制作出預(yù)成形具有一定焦徑比的高精度薄膜反射面。本發(fā)明專利技術(shù)的原理可靠、操作簡(jiǎn)便，提供了從反射面模具設(shè)計(jì)到拼接制作等完整的制作大口徑薄膜反射面的方法，通過(guò)該方法可制作出高精度的預(yù)成形拋物面，為原理樣機(jī)的制備提供技術(shù)支撐。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于雷達(dá)天線
，涉及星載靜電成形薄膜反射面可展開天線薄膜反射面制作、拼接模具設(shè)計(jì)以及粘接方法，具體是一種，用于制作出具有一定焦徑比的高精度薄膜反射面。
技術(shù)介紹
隨著航天科技活動(dòng)的快速發(fā)展，對(duì)星載可展開天線也提出了越來(lái)越高的要求，具體表現(xiàn)在大口徑和高精度兩個(gè)方面。例如，NASA的下一代星載氣象雷達(dá)要求口徑達(dá)到35m，頻率高達(dá)35GHz天線，在軌形面精度要求達(dá)到0.17mm。而未來(lái)通信、對(duì)地遙感探測(cè)等領(lǐng)域也對(duì)大口徑、高精度的星載天線有著潛在的需求。然而目前發(fā)展較為成熟的星載反射面天線都難以同時(shí)滿足大口徑、高精度的要求。為此，出現(xiàn)了靜電成形薄膜反射面、充氣壓電薄膜反射面以及形狀記憶聚合物充氣混合可展開天等多種新概念天線。靜電成形薄膜反射面可展開天線，在面密度、展開性能以及在軌熱環(huán)境下的面形維持等方面，具有突出的優(yōu)勢(shì)，因此受到了眾多國(guó)際宇航研究機(jī)構(gòu)的高度關(guān)注和廣泛研究。靜電成形薄膜反射面天線是通過(guò)分布高壓電極和接地鍍金屬薄膜之間形成靜電場(chǎng)，由靜電力控制薄膜反射面表面形狀的一種主動(dòng)反射面。自上世紀(jì)70年代末以來(lái)，國(guó)內(nèi)外很多研究機(jī)構(gòu)都已開展了對(duì)靜電成形薄膜反射面天線的研究。2004年，美國(guó)SRS.technologys公司和Northrop Grumman公司首次進(jìn)行了應(yīng)用性研究，并制作了口徑5m的原理樣機(jī)，完成了對(duì)樣機(jī)的測(cè)試，對(duì)靜電成形理論進(jìn)行了驗(yàn)證。靜電成形薄膜反射面可展開天線，由astromesh結(jié)構(gòu)、薄膜支撐環(huán)、鋪設(shè)在astromesh結(jié)構(gòu)前索網(wǎng)上的高壓控制電極、接地薄膜和多通道供電系統(tǒng)組成。由于現(xiàn)如今大面積回轉(zhuǎn)曲面薄膜制作技術(shù)發(fā)展的不成熟的現(xiàn)狀，限制了大口徑薄膜反射面整體成形的發(fā)展，目前均是通過(guò)拼接來(lái)實(shí)現(xiàn)大口徑薄膜反射面的制作的。為了滿足薄膜反射面高的形面精度要求，就需要在初始放樣曲面上制作出高精度的拼接模具，以及研究制作反射面方法。為此，提出了一種拼接模具設(shè)計(jì)、反射面制作的方法，對(duì)于工程樣機(jī)的研制具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，基于薄膜反射面放樣曲面，利用真空負(fù)壓吸附薄膜的原理設(shè)計(jì)制作出高精度反射面的拼接模具，并在此基礎(chǔ)上制作出預(yù)成形具有一定焦徑比的高精度薄膜反射面。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提供了一種，其技術(shù)方案是:靜電成形薄膜反射面拼接模具，該靜電成形薄膜反射面拼接模具是由上拋物表面、下密封蓋、連接螺釘、連接抽氣管接頭和真空栗組成的一整套稱為薄膜反射面拼接系統(tǒng)的拼接模具。所述拼接模具中，其上拋物表面內(nèi)部做成空腔型的，并在上拋物表面上打細(xì)光孔;在下密封蓋上設(shè)接入真空栗的螺紋孔；所述靜電成形薄膜反射面拼接模具的制作步驟為:步驟101:首先制作出焦徑比為D/f的預(yù)成形薄膜反射面，即上拋物表面;其中:D為薄膜反射面口徑，f為焦距；步驟102:將所制作的上拋物表面實(shí)體做成空腔，其壁厚為20mm;其空腔用車床銑出，空腔輪廓曲線的方程采用插值方法得到，該方程形式為y = ao+a1X+a2X2;上拋物表面要和下密封蓋配合，并且拼接模具口徑可以擴(kuò)大；其中，為插值函數(shù)系數(shù)，X表示從拋物面頂點(diǎn)沿徑向距離，y為拋物面距頂點(diǎn)高度；步驟103:上拋物表面與下密封蓋連接并密封，在上拋物表面外緣四周均布設(shè)置螺紋孔；步驟104:在模具上打細(xì)光孔，不要在膜片拼接處打孔；步驟105:制作下密封蓋，并在臺(tái)階處做倒角處理；步驟106:通過(guò)下密封蓋上的螺紋孔連接真空栗，該螺紋孔設(shè)于下密封蓋的中心位置；步驟107:在下密封蓋四周與上拋物表面外緣四周的螺紋孔對(duì)應(yīng)處打臺(tái)階光孔。上述靜電成形薄膜反射面拼接模具的裝配包括以下步驟:步驟201:將下密封蓋放置在事先安置好的試驗(yàn)臺(tái)上；步驟202:將上拋物面小心放置在下密封蓋上方，并將上拋物表面四周螺紋孔和下密封蓋四周臺(tái)階光孔對(duì)齊；步驟203:用連接螺釘將兩者連接牢固，并在兩者相接觸的地方涂抹密封膠進(jìn)行密封；步驟204:通過(guò)下密封蓋上的螺紋孔安裝上接頭和真空栗；步驟205:完成靜電成形薄膜反射面拼接模具組裝。—種靜電成形薄膜反射面拼接方法，基于所述拼接模具，拼接制作出表面均方根值誤差在幾十微米級(jí)的預(yù)成形靜電成形薄膜反射面，具體包括如下步驟:步驟301:按照裁剪片的展平邊界加工制造用于裁剪的三角扇形模板，其中模板用于和薄膜接觸的一面要求加工光滑，以便于和薄膜接觸;模板的另一面設(shè)置把手，使模板方便易拿；步驟302:將薄膜放置在工作臺(tái)面上，確保薄膜片與臺(tái)面貼合；步驟303:將裁剪模板光滑的一面放到薄膜上，然后裁剪出三角扇形膜片；步驟304:將裁剪下來(lái)的膜片依次鋪設(shè)在拼接模具上拋物表面；步驟305:打開真空栗開關(guān)，用軟毛刷輕輕擦拭三角扇形膜片表面，使膜片和拼接模板能夠完好的貼合；步驟306:用聚酰亞胺膠帶將各三角扇形膜片進(jìn)行粘接；步驟307:增加薄膜邊界裙邊、索套、環(huán)向索和徑向索；步驟308:完成整個(gè)薄膜反射面的制作。本專利技術(shù)的有益效果:本專利技術(shù)包括步驟:1)由薄膜應(yīng)力釋放分析得到無(wú)應(yīng)力狀態(tài)的放樣曲面，設(shè)計(jì)一種利用真空負(fù)壓吸附的薄膜反射面拼接模具;2)依據(jù)現(xiàn)有的薄膜裁剪、展平方法加工制作出薄膜裁剪模具，用該模具裁剪出薄膜片并在拼接模具上進(jìn)行粘接，制作完整的薄膜反射面天線。本專利技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于:1、充分考慮到了柔性薄膜反射面拼接制作的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出拼接模具和合理的制作方法。2、由于薄膜的應(yīng)力測(cè)量比較困難，利用曲面展平和應(yīng)力釋放原理，從平面無(wú)應(yīng)力狀態(tài)下裁剪薄膜，可有效控制薄膜的制作裁剪精度。再在拼接模具上進(jìn)行粘接，有效的保證了初始設(shè)計(jì)拋物面精度。3、本專利技術(shù)的原理可靠、操作簡(jiǎn)便，提供了從反射面模具設(shè)計(jì)到拼接制作等完整的制作大口徑薄膜反射面的方法，通過(guò)該方法可制作出高精度的預(yù)成形拋物面，為原理樣機(jī)的制備提供技術(shù)支撐。以下將結(jié)合附圖對(duì)本專利技術(shù)做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。【附圖說(shuō)明】圖1靜電成形薄膜反射面拼接模具總體流程圖；圖2靜電成形薄膜反射面制作方法總體流程圖；圖3上拋物表面半剖視圖；圖4是圖3的局部放大圖；圖5下密封蓋半剖視圖；圖6是圖5的局部放大圖；圖7薄膜反射面拼接模具裝配圖；圖8薄膜反射面拼接模具裝配局部放大圖；圖9上拋物表面打孔示意圖；圖10薄膜反射面拼接制作示意圖；圖11薄膜反射面拼接制作整體示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明:1、空腔;2、空腔輪廓曲線；3、螺紋孔;4、配合公差;5、英制螺紋孔；6、臺(tái)階光孔;7、倒角；8、內(nèi)六角圓柱頭螺釘;9、接觸處；10、裙邊；11、索套；12、索；13、環(huán)向索；14、徑向索；15、拼接模具;16、聚酰亞胺膠帶；17、氣管；18、真空栗。【具體實(shí)施方式】靜電成形薄膜反射面可展開天線要達(dá)到較高的形面精度，只通過(guò)調(diào)整是無(wú)法做到的，只能通過(guò)制作預(yù)成形具有較高精度的拋物面來(lái)實(shí)現(xiàn)。制作出高精度的拼接模具和合理地制作方法是制作高精度薄膜反射面的前提。薄膜拼接模具設(shè)計(jì)方案見(jiàn)下述內(nèi)容:下面均以2m薄膜反射面天線原理樣機(jī)的制作為例來(lái)說(shuō)明。大口徑的薄膜反射面是通過(guò)平面膜片在模具上拼接制作而成的，膜片與模具完好的貼合是制作高精度薄膜反射面的關(guān)鍵，據(jù)此本專利技術(shù)利用真空負(fù)壓吸附薄膜的原理提供了。本專利技術(shù)原則上可以用于制作任意口徑天線，但考慮到加工機(jī)床有尺寸等限制，因此可是在此基礎(chǔ)上向外擴(kuò)寬、組裝成大口徑拼接模具，這就有裝配要求。本專利技術(shù)提供的這種，其靜電成形本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
靜電成形薄膜反射面拼接模具，其特征是：該靜電成形薄膜反射面拼接模具是由上拋物表面、下密封蓋、連接螺釘、連接抽氣管接頭和真空泵組成的一整套稱為薄膜反射面拼接系統(tǒng)的拼接模具；所述拼接模具中，其上拋物表面內(nèi)部做成空腔型的，并在上拋物表面上打細(xì)光孔；在下密封蓋上設(shè)接入真空泵的螺紋孔；所述靜電成形薄膜反射面拼接模具的制作步驟為：步驟101：首先制作出焦徑比為D/f的預(yù)成形薄膜反射面，即上拋物表面；其中：D為薄膜反射面口徑，f為焦距；步驟102：將所制作的上拋物表面實(shí)體做成空腔，其壁厚為20mm；其空腔用車床銑出，空腔輪廓曲線的方程采用插值方法得到，該方程形式為y＝a0+a1x+a2x2；上拋物表面要和下密封蓋配合，并且拼接模具口徑可以擴(kuò)大；其中，a0、a1、a2為插值函數(shù)系數(shù)，x表示從拋物面頂點(diǎn)沿徑向距離，y為拋物面距頂點(diǎn)高度；步驟103：上拋物表面與下密封蓋連接并密封，在上拋物表面外緣四周均布設(shè)置螺紋孔；步驟104：在模具上打細(xì)光孔，不要在膜片拼接處打孔；步驟105：制作下密封蓋，并在臺(tái)階處做倒角處理；步驟106：通過(guò)下密封蓋上的螺紋孔連接真空泵，該螺紋孔設(shè)于下密封蓋的中心位置；步驟107：在下密封蓋四周與上拋物表面外緣四周的螺紋孔對(duì)應(yīng)處打臺(tái)階光孔。...

【技術(shù)特征摘要】

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：姜文明，杜敬利，谷永振，秦東賓，張逸群，張樹新，楊癸庚，李軍，謝靚，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：陜西;61