寧曉磊，楊文寧，王海東

(中國電子科技集團公司 第五十四研究所，河北 石家莊　050081)

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一種新型車載碳纖維反射體研制

寧曉磊，楊文寧，王海東

(中國電子科技集團公司 第五十四研究所，河北 石家莊050081)

摘要:針對目前中型車載天線高機動性、高精度等要求，本文突破傳統(tǒng)設計方法，在“一體化”結構理念指導下，大量采用具有高比模量和比強度、抗疲勞強度好、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好等特性的碳纖維復合材料及其結構，設計和制造了3.2m反射體，反復拆裝精度不超過0.16mm，且外觀優(yōu)良、重量輕、拆裝便捷，能夠滿足車載Ka頻段使用。

關鍵詞:碳纖維；反射體；高精度；高機動性

與固定站天線相比，車載天線正朝著小型化、自動化、高機動性方向發(fā)展，這就對天線的重量、架設時間等與天線機動性能密切相關的結構指標提出了更高的要求。但目前該類天線的結構設計技術成熟度差，在結構設計時，需對反射面的分塊方式、連接方式、裝配方式、折疊機構、型面的保型機構等方面細化論證，設計難度較大。

在裝備輕量化需求背景下，碳纖維復合材料以其高的比模量和比強度、抗疲勞強度好、耐腐蝕、尺寸穩(wěn)定性好等特性正在逐步替代鋁合金。對于反射面的分塊方式，無論是鋁合金材質還是碳纖維復合材料，目前常見的有“花瓣”式結構和平行分塊折疊結構。其不足之處就是反射體重量大、裝配復雜、機動性差、反射面精度有瓶頸[1,2]。

本文在前人研究工作基礎之上，充分利用碳纖維復合材料性能優(yōu)勢，優(yōu)化結構設計、分塊方式、保型機構，保證天線滿足車載環(huán)境和高精度指標要求。

1天線結構設計

1.1一體化結構設計

本文以3.2m標準拋物面反射體為例，將反射面分為5塊，中心面板投影尺寸為2m×2m，面積為4.22m2，側面板面積為1.22m2，如圖1所示。該設計摒棄了傳統(tǒng)的結構樣式，從反射器整體的“一體化”設計為出發(fā)點，去除了天線的中心體結構，使天線反射器的各個分塊部分獨自成為具有背部支撐結構的結構剛體，大大簡化了天線組裝復雜性。

(a)正面 (b)中心剖視圖 (c)背面圖1　3.2m反射體示意圖

(1)中心面板結構設計

中心面板主要由反射面板、8條加強筋、過度筒、天線連接座組成。反射面板采用1mm厚碳纖維復合材料蒙皮、厚耐久型鋁蜂窩夾芯、鋁合金接口埋件整體膠粘結構形式；加強筋采用2mm厚碳纖維復合材料蒙皮、36mm泡沫夾芯、鋼質接口埋件整體膠粘結構形式，外形采用了流線設計既保證了剛度又提高了美觀度；過度筒采用純碳纖維復合材料與鋼質天線連接板整體膠粘結構。

(2)側面板結構設計

側面板由反射面板、加強筋組成，其結構形式與中心面板相同，加強筋在結構上與中心面板呈連續(xù)流線設計。

1.2反射體保型設計

反射體型面精度直接影響天線的電氣性能，除了要保證單塊面板的精度，更要在面板連接方式上做足功課，保證面板在反復拆裝使用過程中始終能保持良好的精度。筆者在面板和連接方式上設計如下：

(1)在碳纖維天線中采用面板翻邊設計，翻邊總厚度為5mm，使得天線面板由傳統(tǒng)板式結構變?yōu)榘胂涫浇Y構，大大提高了自身的剛強度。翻邊與面板整體成型，既保證了面板自身的精度，也滿足連接強度設計要求。

(2)面板與面板連接設計。在加強筋連接處采用面+銷連接定位方式，如圖2所示；面板翻邊處通過錐銷+螺連相結合，如圖3所示，采用過定位方式在每條邊上均勻布置4組連接件。

圖2　加強筋連接方式 圖3　定位組件結構

2天線加工工藝

2.1復合材料構件加工工藝

產品所采用的復合材料為碳纖維斜紋編織布環(huán)氧樹脂中溫固化預浸料，通過熱壓罐工藝固化成型。具體實施工藝如下：

圖4　模具示意圖

(1)模具設計。該類天線模具既要能在面板加工時使用，又要在整體裝配時起到裝配工裝的作用，還要運輸方便，因此設計了一套尺寸為Φ3.2m×2.4m的模具，如圖4所示。

(2)面板成型工藝。面板蒙皮通過熱壓罐中溫固化工藝預制，再采用低溫固化膠膜將蒙皮、蜂窩、預埋件在熱壓罐內90℃整體固化成型。由于所選膠膜固化溫度低，降低了碳纖維蒙皮和模具、預埋件之間的溫差，有助于提高面板精度。所得到中心面板均方根精度為0.151mm，側面板均方根精度分別為0.092mm、0.085mm、0.105mm、0.09mm。

(3)加強筋成型工藝。加強筋采用閉模工藝，將碳纖維蒙皮、膠粘劑、泡沫夾芯、預埋件中溫固化整體成型。

(4)碳纖維過度筒與鋼質天線連接板在熱壓罐內中溫固化整體成型。

通過上述成型工藝，得到了剛性和精度優(yōu)良的面板、加強筋、過度筒，為整體性能的實現(xiàn)奠定了基礎。

2.2裝配工藝

裝配工藝是否得當，直接體現(xiàn)在產品性能上，因此裝配是最后也是非常關鍵的一步，本研究采用了如下裝配工藝：

第一步：裝配中心面板+2塊側面板。首先將3塊面板按模具刻線放置好，并在面板側面與模具之間布置真空袋真空負壓。該操作可將面板和模具之間空氣抽走，使面板緊緊貼附在模具上，有助于提高裝配精度。采用室溫固化糊狀膠配粘過度筒(含連接板)、加強筋、定位組件，整個操作過程環(huán)境溫度控制在20℃-30℃之間，固化溫度不超過50℃。

第二步：將中心面板旋轉90°，按上述裝配工藝裝配中心面板和另外2塊側面板所需加強筋和定位組件。

第三步：裝配側面板之間的4組定位組件。

2.3測試結果及分析

采用碳纖維復合材料的某3.2m天線體實物如圖5所示?？梢钥闯?，該天線體外觀質量優(yōu)良，結構簡潔，拼裝后整體性好，輪廓過渡圓滑。借助攝影測量手段，其面精度均方根值實測值為0.147mm。同時對整個反射體進行了稱重檢測，其中金屬件重量約為58kg，復合材料及其結構重量約為74kg，總重量只有132kg，與目前同口徑反射體相比，無論在重量還是精度上都有明顯優(yōu)勢。

經過200km跑車和數次拆裝后，精度一直維持在0.16mm以內，而且每次拆裝時間不超過8分鐘，完全滿足Ka頻段及高機動性使用要求。

圖5　3.2m反射體實物圖

3結束語

針對車載天線高機動性、高精度指標要求，基于“一體化”設計理念，研制出具有外觀優(yōu)良、拆裝便捷、精度高的碳纖維復合材料中型口徑反射體，可為近似口徑反射體的設計和制造提供一定的技術參考。

參考文獻：

[1]馬萬壘.2.4mKa天線輕型化設計及力學分析[J].河北省科學院學報,2013,30(4)：44-49.

[2]牛忠文.大口徑高精度航管雷達天線結構設計與應用[J].雷達科學與技術,2015,(1):103-112.

Research and production of a new type vehicle CFRP reflector

NING Xiao-lei，YANG Wen-ning，WANG Hai-dong

(The54thResearchInstituteofCETC,ShijiazhuangHebei050081,China)

Abstract:Aiming to requirement，such as high accuracy and high mobility,of the present medium-size vehicle antenna,a new design method that breaks through the traditional technipue and adopts the “integration” structure designing idea is proposed.Using a large number of CFRP and its structure,which has high specific modulus and specific strength,well fatigue resistance,corrosion resistance,nice dimensional stability,a 3.2m reflector is devised and manufactured.Its repeated dismount accuracy couldn’t scale out 0.16mm.This reflector，which has nice outward,low weight and is easy to tear open outfit,completely meet the vehicle’s and Ka-band’s demand.

Keywords:CFRP；Reflector；High accuracy；High mobility

中圖分類號：TN820.8

文獻標識碼：A

文章編號：1001-9383(2016)01-0027-04

作者簡介:寧曉磊(1983-),男，河北邯鄲人，碩士，工程師，研究方向先進復合材料在電子工程方面的應用.

收稿日期：2015-12-24