СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МНОГОСЛОЙНОГО АНТЕННОГО РЕФЛЕКТОРА Российский патент 2001 года по МПК H01Q15/16 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при создании прецизионных рефлекторов из полимерных композиционных материалов для бортовых антенн миллиметрового диапазона волн космических аппаратов.

Известен способ изготовления параболической антенны из пластмассы, включающий выполнение параболической внутренней поверхности антенны термоотверждением на форме первого гельного слоя, нанесение первого слоя буферного материала с наполнителем в виде жидкой смолы с термоотверждением, нанесение на него отражающего слоистого материала в виде отражающей сетки и электропроводного наполнителя, содержащего стекловолокно, нанесение на отражающий слой второго слоя буферного материала в виде жидкой смолы и термоотверждение, нанесение на второй слой буферного материала листового профилированного материала, покрытие формы сопряженной внешней формой с нанесенным на нее вторым гельным слоем с термоотверждением, нагревание форм под давлением для отверждения материалов и слоев (патент США N 4647329, H 01 Q 15/16).

Недостатком способа является пониженная точность параболической внутренней, или рабочей, поверхности антенны относительно начальной точности рабочей поверхности формы, вследствие ее изменения при нагреве формы и технологических остаточных напряжений в антенне, возникающих при окончательном термоотверждении под давлением материалов и слоев антенны и дополнительно проявляющихся в формоизменении антенны при эксплуатации в условиях открытого космоса.

Указанный недостаток частично устраняется в способе изготовления антенного отражателя, включающем расположение на металлической форме полотна, выполненного на основе армирующего волокна, с последующей его пропиткой адгезионной смолой, повторение этих процессов с целью формования тыльного армирующего материала, термоотверждение полученной структуры на форме и съем ее с формы, накладывание на эту же форму другого полотна и повторение операций, но без снятия с формы, с целью получения лицевого армирующего материала, наложение сотовой структуры на лицевой армирующий материал, а поверх сотовой структуры - тыльного армирующего материала, помещение полученного отражателя вместе с формой в вакуумный мешок, обеспечение с помощью высокого давления полного прижатия отражателя к форе и термоотверждение смолы пропитанного полотна (патент Японии N 62-118611, H 01 Q 15/14).

Однако и этому способу изготовления многослойного антенного отражателя путем автономного (раздельного) формования тыльного и лицевого армирующего материала присуща пониженная точность его отражающей поверхности относительно начальной точности рабочей поверхности формы, вследствие ее изменения при нагреве формы, а также частичного исключения технологических остаточных напряжений в отражателе в режиме его окончательного термоотверждения по причине неполного отверждения тыльного и лицевого армирующих материалов при их формовании.

Задачей настоящего изобретения является существенное в 5-7 раз повышение функциональной (в условиях открытого космоса) точности отражающих поверхностей антенных рефлекторов относительно достигнутой в настоящее время и необходимой для перспективных бортовых коротковолновых антенн космических аппаратов.

При этом основными составляющими функциональной точности отражающих поверхностей антенных рефлекторов бортовых антенн, полученных по известным способам, являются:
- погрешности формы рабочей поверхности оправки после изготовления,
- погрешности формы рабочей поверхности вследствие термодеформаций оправки при горячем отверждении рефлектора,
- погрешности формы отражающей поверхности рефлектора вследствие технологических остаточных напряжений,
- погрешность формы отражающей поверхности вследствие термодеформаций рефлектора при его эксплуатации в составе бортовой антенны космического аппарата с учетом дополнительного проявления технологических остаточных напряжений.

Поставленная задача достигается тем, что в способе изготовления многослойного антенного рефлектора, включающем раздельное термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев волокнистого наполнителя, на оправке, соединение тыльной и отражающей обшивок через сотозаполнитель и отверждение, термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев углеволокнистого наполнителя, предварительно пропитанного органическим связующим, ведут на промежуточной оправке под давлением, при этом каждую из обшивок подвергают термоциклированию при температуре выше температуры термоформования без применения давления, затем отражающую обшивку устанавливают на финишную прецизионную оправку, после чего на отражающую обшивку через клеевой состав устанавливают сотозаполнитель, а на поверхность сотозаполнителя через клеевой состав устанавливают тыльную обшивку, после чего обеспечивают полное прилегание отражающей обшивки к рабочей поверхности финишной прецизионной оправки с применением давления на тыльную обшивку и проводят холодное отверждение многослойного антенного рефлектора при том же давлении.

Термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев углеволокнистого наполнителя, предварительно пропитанного органическим связующим, на промежуточной оправке под давлением позволяет исключить пропитку обеих на промежуточной оправке, сокращая этим трудоемкость и цикл изготовления обшивок, и получить обшивки в окончательном виде с использованием промежуточной оправки, выполненной без традиционно высоких требований к точности изготовления промежуточной оправки и ее деформациям при термоформовании.

Термоциклирование каждой из обшивок при температуре выше температуры термоформования без применения давления, установка отражающей обшивки на финишной прецизионной оправке, установка на отражающую обшивку через клеевой состав сотозаполнителя, установка на поверхность сотозаполнителя через клеевой состав тыльной обшивки, обеспечение полного прилегания отражающей обшивки к рабочей поверхности финишной прецизионной оправки с применением давления на тыльную обшивку, проведение холодного отверждения многослойного антенного рефлектора при том же давлении позволяет при экономически целесообразной точности изготовления финишной прецизионной оправки (отклонение рабочей поверхности не > 0,2 км) исключить влияние на функциональную точность рефлекторов бортовых антенн космических аппаратов термодеформаций оправки и технологических остаточных напряжений в рефлекторе, уменьшить термодеформации рефлектора при его эксплуатации до двух раз и, как следствие, в совокупности повысить функциональную точность рефлектора, изготовленного по заявляемому способу, в 5-7 раз.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг. 1 показана структура многослойного антенного рефлектора, расположенного на финишной прецизионной оправке, изготовленного согласно заявляемому способу.

Способ осуществляют следующим образом.

1. Подготавливают и обезжиривают рабочую поверхность промежуточной параболической симметричной оправки и наносят на нее через смазку ЦИАТИМ-221 слой фторопластовой ленты с нахлестом 3-5 мм.

2. Раскраивают при помощи шаблонов углеволокнистый Слопрег-4Л в виде ленты с продольным расположением волокон наполнителя на определенное число секторных заготовок с продольным и поперечным расположением волокон наполнителя.

3. Выкладывают на промежуточную оправку отражающую обшивку в виде 8 слоев секторных заготовок (4 слоя из заготовок с продольным и 4 слоя из затотовок с поперечным расположением волокон) определенным образом чередуя и смещая слои относительно друг друга по круговому расположению относительно продольной оси оправки. Закрывают сборку вакуумным чехлом и приклеивают его к промежуточной оправке по ее периферии.

4. Проводят ступенчатый нагрев сборки до 165^oC и выдерживают ее при этой температуре в течение 6 ч при давлении 7,8•10⁴ Па создаваемом вакуумной системой.

5. Охлаждают сборку до (40-60)^oC, проводят демонтаж оснастки и подрезают обшивку по заданному наружному контуру.

6. Изготавливают тыльную обшивку аналогично отражающей.

7. Подготавливают поверхность промежуточной оправки аналогично п.1.

8. Устанавливают отражающую обшивку на промежуточную оправку и выкладывают на ее выпуклую поверхность слой фторопластовой ленты с нахлестом 3-5 мм и устанавливают поверх ленты тыльную обшивку.

9. Проводят термоциклирование обшивок по режиму:
- поднимают температуру в печи до (200 ± 5)^oC за 3- 3,5 ч,
- выдерживают сборку при (200±5)^oC в течение 6 ч,
- охлаждают сборку в печи до (40±5)^oC.

10. Устанавливают на финишную прецизионную оправку 1 с кольцевым основанием 2 отражающую обшивку 3 (фиг. 1)
11. Готовят клеевой состав ВК-9.

12. Выкладывают на выпуклую поверхность отражающей обшивки и вогнутую поверхность тыльной обшивки по слою стеклоткани Э2-62, пропитанной клеевым составом ВК-9.

13. Выкладывают сотозаполнитель 4 (фиг. 1) на выпуклую поверхность отражающей обшивки.

14. Помещают тыльную обшивку 5 (фиг. 1) на сотозаполнитель.

15. Выкладывают на сборку четыре слоя дренажной ткани КТ-11.

16. Закрывают сборку вакуумным чехлом 6 (фиг. 1) и приклеивают его к финишной прецизионной оправке по ее периферии.

17. Обеспечивают давление на сборку 1,2•10⁵ Па включением вакуумной системы.

18. Выдерживают сборку при температуре цеха не менее 24 часов.

19. Отключают вакуум, проводят демонтаж оснастки и снимают антенный рефлектор с финишной прецизионной оправки.

20. Проводят внешнюю доводку многослойного антенного рефлектора, дефектоскопию, контроль отклонений его отражающей поверхности от теоретической.

Используется при создании прецизионных рефлекторов из полимерных композиционных материалов для бортовых антенн миллиметрового диапазона волн космических аппаратов. Техническим результатом является повышение точности отражающей поверхности. Способ изготовления многослойного антенного рефлектора включает раздельное термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев волокнистого наполнителя, на оправке, соединение тыльной и отражающей обшивок через сотозаполнитель и отверждение, при этом термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев углеволокнистого наполнителя, предварительно пропитанного органическим связующим, ведут на промежуточной оправке под давлением, каждую из обшивок подвергают термоциклированию при температуре выше температуры термоформования без применения давления, затем отражающую обшивку устанавливают на финишную прецизионную оправку, после чего на отражающую обшивку через клеевой состав устанавливают сотозаполнитель, а на поверхность сотозаполнителя через клеевой состав устанавливают тыльную обшивку, после чего обеспечивают полное прилегание отражающей обшивки к рабочей поверхности финишной прецизионной оправки с применением давления на тыльную обшивку и производят холодное отверждение многослойного антенного рефлектора при том же давлении. 1 ил.

Способ изготовления многослойного антенного рефлектора, включающий раздельное термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев волокнистого наполнителя, на оправке, соединение тыльной и отражающей обшивок через сотозаполнитель и отверждение, отличающийся тем, что термоформование тыльной и отражающей обшивок, выполненных из слоев углеволокнистого наполнителя, предварительно пропитанного органическим связующим, ведут на промежуточной оправке под давлением, при этом каждую из обшивок подвергают термоциклированию при температуре выше температуры термоформования без применения давления, затем отражающую обшивку устанавливают на финишную прецизионную оправку, после чего на отражающую обшивку через клеевой состав устанавливают сотозаполнитель, а на поверхность сотозаполнителя через клеевой состав устанавливают тыльную обшивку, после чего обеспечивают полное прилегание отражающей обшивки к рабочей поверхности финишной прецизионной оправки с применением давления на тыльную обшивку и проводят холодное отверждение многослойного антенного рефлектора при том же давлении.