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)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達天線技術(shù)領(lǐng)域，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)計以及粘接方法，具體是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，用于制作出具有一定焦徑比的高精度薄膜反射面。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著航天科技活動的快速發(fā)展，對星載可展開天線也提出了越來越高的要求，具體表現(xiàn)在大口徑和高精度兩個方面。例如，NASA的下一代星載氣象雷達要求口徑達到35m，頻率高達35GHz天線，在軌形面精度要求達到0.17mm。而未來通信、對地遙感探測等領(lǐng)域也對大口徑、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，因此受到了眾多國際宇航研究機構(gòu)的高度關(guān)注和廣泛研究。
[0003]靜電成形薄膜反射面天線是通過分布高壓電極和接地鍍金屬薄膜之間形成靜電場，由靜電力控制薄膜反射面表面形狀的一種主動反射面。自上世紀70年代末以來，國內(nèi)外很多研究機構(gòu)都已開展了對靜電成形薄膜反射面天線的研究。2004年，美國SRS.technologys公司和Northrop Grumman公司首次進行了應(yīng)用性研究，并制作了口徑5m的原理樣機，完成了對樣機的測試，對靜電成形理論進行了驗證。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。
[0004]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，目前均是通過拼接來實現(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、反射面制作的方法，對于工程樣機的研制具有重要的現(xiàn)實意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明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，利用真空負壓吸附薄膜的原理設(shè)計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。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明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，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光孔;在下密封蓋上設(shè)接入真空栗的螺紋孔；
[0007]所述靜電成形薄膜反射面拼接模具的制作步驟為:
[0008]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；
[0009]步驟102:將所制作的上拋物表面實體做成空腔，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大；
[0010]其中，為插值函數(shù)系數(shù)，X表示從拋物面頂點沿徑向距離，y為拋物面距頂點高度；
[0011]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；
[0012]步驟104:在模具上打細光孔，不要在膜片拼接處打孔；
[0013]步驟105:制作下密封蓋，并在臺階處做倒角處理；
[0014]步驟106:通過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；
[0015]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應(yīng)處打臺階光孔。
[0016]上述靜電成形薄膜反射面拼接模具的裝配包括以下步驟:
[0017]步驟201:將下密封蓋放置在事先安置好的試驗臺上；
[0018]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階光孔對齊；
[0019]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行密封；
[0020]步驟204:通過下密封蓋上的螺紋孔安裝上接頭和真空栗；
[0021]步驟205:完成靜電成形薄膜反射面拼接模具組裝。
[0022]—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的預(yù)成形靜電成形薄膜反射面，具體包括如下步驟:
[0023]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；
[0024]步驟302:將薄膜放置在工作臺面上，確保薄膜片與臺面貼合；
[0025]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；
[0026]步驟304:將裁剪下來的膜片依次鋪設(shè)在拼接模具上拋物表面；
[0027]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；
[0028]步驟306:用聚酰亞胺膠帶將各三角扇形膜片進行粘接；
[0029]步驟307:增加薄膜邊界裙邊、索套、環(huán)向索和徑向索；
[0030]步驟308:完成整個薄膜反射面的制作。
[0031 ]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明包括步驟:1)由薄膜應(yīng)力釋放分析得到無應(yīng)力狀態(tài)的放樣曲面，設(shè)計一種利用真空負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行粘接，制作完整的薄膜反射面天線。本發(fā)明的優(yōu)點在于:
[0032]1、充分考慮到了柔性薄膜反射面拼接制作的特點，設(shè)計出拼接模具和合理的制作方法。
[0033]2、由于薄膜的應(yīng)力測量比較困難，利用曲面展平和應(yīng)力釋放原理，從平面無應(yīng)力狀態(tài)下裁剪薄膜，可有效控制薄膜的制作裁剪精度。再在拼接模具上進行粘接，有效的保證了初始設(shè)計拋物面精度。
[0034]3、本發(fā)明的原理可靠、操作簡便，提供了從反射面模具設(shè)計到拼接制作等完整的制作大口徑薄膜反射面的方法，通過該方法可制作出高精度的預(yù)成形拋物面，為原理樣機的制備提供技術(shù)支撐。
[0035]以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
【附圖說明】
[0036]圖1靜電成形薄膜反射面拼接模具總體流程圖；
[0037]圖2靜電成形薄膜反射面制作方法總體流程圖；
[0038]圖3上拋物表面半剖視圖；
[0039]圖4是圖3的局部放大圖；
[0040]圖5下密封蓋半剖視圖；
[0041 ]圖6是圖5的局部放大圖；
[0042]圖7薄膜反射面拼接模具裝配圖；
[0043]圖8薄膜反射面拼接模具裝配局部放大圖；
[0044]圖9上拋物表面打孔示意圖；
[0045]圖10薄膜反射面拼接制作示意圖；
[0046]圖11薄膜反射面拼接制作整體示意圖。
[0047]附圖標(biāo)記說明: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。
【具體實施方式】
[0048]靜電成形薄膜反射面可展開天線要達到較高的形面精度，只通過調(diào)整是無法做到的，只能通過制作預(yù)成形具有較高精度的拋物面來實現(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)計方案見下述內(nèi)容:下面均以2m薄膜反射面天線原理樣機的制作為例來說明。
[0049]大口徑的薄膜反射面是通過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)此本發(fā)明利用真空負壓吸附薄膜的原理提供了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。本發(fā)明原則上可以用于制作任意口徑天線，但考慮到加工機床有尺寸等限制，因此可是在此基礎(chǔ)上向外擴寬、組裝成大口徑拼接模具，這就有裝配要求。
[0050]本發(fā)明提供的這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，其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;基于該拼接模具，拼接制作出表面均方根值誤差在幾十微米級的預(yù)成形靜電成形薄膜反射面。
[0051 ]本發(fā)明具體內(nèi)容及實現(xiàn)步驟如下:
[0052]1、首先介紹拼接模具的設(shè)計
[0053]—種利用真空負壓吸附薄膜反射面的拼接模具，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，這樣一整套裝置稱為薄膜反射面拼接系統(tǒng)(MRAS)。
[0054]MRAS中，為了實現(xiàn)真空吸附，上拋物表面做成空腔型的，并在表面上按一定規(guī)律打豎直細光孔。為了和下密封蓋配合，并且模具口徑可以擴大，就要考慮留出配合公差4的問題，詳細內(nèi)容見附圖4。為了接入真空栗，在下密封蓋下方要留有英制螺紋孔5，詳細內(nèi)容見圖5。
[0055]參見圖1，薄膜反射面拼接模具設(shè)計步驟為:
[0056]步驟101:如圖3所示，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。
[0057]步驟102:為了達到真空負壓吸附的目的，就要將所設(shè)計的上拋物表面實體做成空腔1，如圖3所示?？紤]到在施加壓力時保持不變形，滿足高度要求，就要將上表面保留一定壁厚，一般在20_左右為宜。車床要銑出空腔來，空腔輪廓曲線2的方程采用插值方法得到，該方程形式為y = ao+aix+a2X2 ；
[0058]其中，為插值函數(shù)系數(shù)，x表示從拋物面頂點沿徑向距離，y為拋物面距頂點高度。
[0059]步驟