專利名稱：一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于深空探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種定向天線的結(jié)構(gòu)。
背景技術(shù)：
著陸器定向天線工作時完全暴露在月表環(huán)境下，工作環(huán)境極為惡劣，同時對產(chǎn)品重量、功耗的要求極為苛刻，需要實現(xiàn)定向天線的小型化、輕量化、低功耗設(shè)計，進(jìn)而對各個組件提出了嚴(yán)格的小型化、輕量化設(shè)計要求，特別是反射面天線組件的小型化、輕量化設(shè)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(xiàn)有的定向天線的反射面采用的是蜂窩夾層結(jié)構(gòu)反射面，其示意圖如圖1所示，由外面板7、蜂窩芯子8、內(nèi)面板9和中心預(yù)埋件10組成，這種結(jié)構(gòu)形式本身具有很好的剛性，已經(jīng)多次在軌飛行驗證，但在同等尺寸下重量較大。為了達(dá)到著陸器定向天線小型化、輕量化的設(shè)計目標(biāo)，就要實現(xiàn)定向天線系統(tǒng)中雙軸驅(qū)動組件及反射面天線組件的小型化、輕量化設(shè)計。而要實現(xiàn)雙軸驅(qū)動組件的小型化、輕量化，則要求反射面天線組件的重量盡可能的達(dá)到最小，以減小對驅(qū)動力矩的需求，有利于驅(qū)動機構(gòu)的減重設(shè)計。因此，反射面天線組件的輕量化設(shè)計是著陸器定向天線實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)的首要因素。在保證整體性能的前提下達(dá)到輕量化是對著陸器反射面天線組件的設(shè)計目標(biāo)，
發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本實用新型提供了一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，采用碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(dá)到輕量化的目的。為了達(dá)到上述目的，本實用新型的技術(shù)方案為:一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，包括饋源(I)、反射面(2)、支架(3)，進(jìn)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采用一組螺釘螺母連接；反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面，背部采用背筋；反射面采用碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，編織方式采用TffF編織方式；反射面背部所采用的背筋為長條狀結(jié)構(gòu)，采用碳纖維材料，背筋在反射面背部由旋轉(zhuǎn)拋物面的中心沿徑向呈輻射狀分布。進(jìn)一步地，反射面的背部采用6根背筋。優(yōu)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(zhuǎn)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(wǎng)狀反射面天線，其反射面采用碳纖維材料，能夠使反射面天線組件重量輕，結(jié)構(gòu)可靠性高，為定向天線系統(tǒng)小型輕量化設(shè)計奠定了基礎(chǔ)；2、本實用新型所涉及的一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，其反射面采用TWF編織方式，能夠保證反射面具有面內(nèi)近似各向同性的特征；并在反射面背部設(shè)計了背筋提高了反射面天線的剛度。以上設(shè)計在使反射面天線達(dá)到輕量化目標(biāo)的同時保證了整體的性能。

圖1為蜂窩夾層結(jié)構(gòu)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(nèi)部挖空的倒U型背筋截面示意圖，圖4 (b)為內(nèi)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(wǎng)狀反射面天線，針對現(xiàn)有的反射面天線進(jìn)行改進(jìn):反射面采用碳纖維材料，能夠有效地降低反射面天線的重量；對碳纖維采用TWF(Triaxial Woven Fabric)的編織方式,編織呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)具有面內(nèi)近似各向同性的特征；反射面背筋的設(shè)計提高了反射面的剛性。本實用新型適用于但不僅限于著陸器定向天線。
以下結(jié)合附圖并舉實施例，對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)描述。針對現(xiàn)有的星載反射面天線，經(jīng)過調(diào)研，要實現(xiàn)反射面的輕量化，可采用碳纖維鋪層結(jié)構(gòu)反射面和碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)反射面。它們各自的特點如下:a.碳纖維鋪層結(jié)構(gòu)反射面，這種結(jié)構(gòu)形式剛性較蜂窩夾層結(jié)構(gòu)降低，同時重量也相對減小。要保證面內(nèi)近似各向同性，需要至少4層預(yù)浸料鋪層來實現(xiàn)。此外，該結(jié)構(gòu)形式的環(huán)境適應(yīng)性較差；b.碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)反射面，這種結(jié)構(gòu)形式由于特有的六邊形網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，本身具有面內(nèi)近似各向同性的特征，具有重量最輕、型面精度高和較好的環(huán)境適應(yīng)性等優(yōu)勢。此外，剛性雖在三者中相對較低，但可通過特殊設(shè)計來保證剛度要求。經(jīng)過綜合比較，著陸器定向天線反射面組件采用碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)反射面，可通過必要的結(jié)構(gòu)設(shè)計來保證剛度滿足要求，保證整體性能的前提下達(dá)到輕量化的設(shè)計目標(biāo)?；谝陨险{(diào)研，本實施例對上述星載反射面天線進(jìn)行的改進(jìn)如下:本實施例為一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，包括饋源、反射面、支架，其結(jié)構(gòu)如圖1所示；其中反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面，邊緣處有向外的翻邊；饋源通過旋轉(zhuǎn)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采用一組螺釘螺母連接。在支架上，設(shè)計有與雙軸驅(qū)動機構(gòu)及壓緊釋放機構(gòu)的安裝接口，反射面天線與雙軸驅(qū)動機構(gòu)、壓緊釋放機構(gòu)一起安裝于系統(tǒng)支架上，組成定向天線系統(tǒng)，如圖2所示。反射面采用碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)編織物，采用碳纖維材料，背筋在反射面背部由旋轉(zhuǎn)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；本實施例中反射面采用的材料為碳纖維T300。[0029]反射面所采用的碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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(tǒng)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(nèi)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(shè)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(shè)鉻可以使背筋與反射面的結(jié)合更緊密；由于倒U型結(jié)構(gòu)的內(nèi)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(jìn)一步提高反射面天線的剛性，背筋可以采用填充型倒U型長條結(jié)構(gòu)，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(zhuǎn)拋物面的徑向弧度相一致。背筋截面形狀如圖4所示，所采用的材料為碳纖維材料，本實施例中背筋所采用的材料為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(shè)計了六條背筋，制作背筋時，對背筋與反射面翻邊接觸的一端進(jìn)行切削，使之與反射面翻邊實現(xiàn)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(jìn)行上述改進(jìn)的反射面天線相比于現(xiàn)有技術(shù)具有以下的優(yōu)點:反射面采用的碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)相比，省掉了蜂窩芯、中心預(yù)埋件、一層面板、兩層膠膜的重量，與碳纖維鋪層結(jié)構(gòu)反射面相比，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)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，僅為采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)的反射面重量的四分之一；碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)反射面的電性能指標(biāo)與蜂窩夾層結(jié)構(gòu)反射面基本相當(dāng)，在實現(xiàn)極輕重量的同時具有良好的電性能。反射面采用TWF編織方式，具有面內(nèi)近似各向同性的特征，加之碳纖維本身熱膨脹系數(shù)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(wǎng)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(chǎn)生過大的溫度梯度，具有很好的溫度均勻性，也使熱控硬件的需求量顯著降低，進(jìn)一步減輕了定向天線系統(tǒng)的重量。背筋的應(yīng)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(gòu)解鎖以后，天線在雙軸驅(qū)動機構(gòu)驅(qū)動作用下實現(xiàn)對地數(shù)據(jù)傳輸。本實施例所提出的一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線已經(jīng)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(tǒng)鑒定級力學(xué)環(huán)境試驗，包括:正弦振動、隨機振動、沖擊試驗、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(jié)構(gòu)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，試驗后反射面外觀無異?，F(xiàn)象，且反射面型面精度試驗前后未發(fā)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(guān)電性能測試，力學(xué)試驗、熱真空試驗前后，反射面天線各項性能穩(wěn)定，滿足指標(biāo)要求。綜上所述，以上僅為本實用新型的較佳實施例而已，并非用于限定本實用新型的保護(hù)范圍。凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，包括饋源(I)、反射面(2)、支架(3)，其特征在于，進(jìn)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采用一組螺釘螺母連接； 所述的反射面為旋轉(zhuǎn)拋物面，背部采用背筋；反射面采用碳纖維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，編織方式采用TWF編織方式； 所述的背筋為長條狀結(jié)構(gòu)，采用碳纖維材料，背筋在反射面背部由旋轉(zhuǎn)拋物面的中心沿徑向呈輻射狀分布。
2.如權(quán)利要求1所述的一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，其特征在于: 所述的反射面的背部采用6根背筋。
3.如權(quán)利要求1或2所述的一種星載輕量化網(wǎng)狀反射面天線，其特征在于: 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(zhuǎn)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(wǎng)狀反射面天線，屬于深空探測技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種定向天線的結(jié)構(gòu)。本實用新型針對現(xiàn)有的反射面天線進(jìn)行改進(jìn)反射面采用碳纖維材料，能夠有效地降低反射面天線的重量；對碳纖維采用TWF編織方式，編織呈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)具有近似的各向同性特征；反射面背后背筋的設(shè)計提高了反射面的剛性。本實用新型適用于但不僅限于著陸器定向天線。
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(yōu)先權(quán)日2012年11月13日
發(fā)明者趙香妮, 孫大媛, 智國平 申請人:北京空間飛行器總體設(shè)計部