一种反射器的制备方法及该反射器与流程

本发明涉及反射器的，尤其涉及一种反射器的制备方法及该反射器。

背景技术：

1、目前，用于微波通讯和微波观测的轻质固面反射器的基本结构是在两层复合材料蒙皮(前蒙皮和后蒙皮)中间夹有一层铝蜂窝。铝蜂窝是一种轻质结构材料，它夹于两层蒙皮之间，利用前后蒙皮的面内刚度而形成一个具有大弯曲刚度的结构，称之为蜂窝芯板。而，前蒙皮不与铝蜂窝接触的那一面可作为电磁波的反射面，它的几何形状与所需的几何形状越接近则精度越高，可适用的电波频率也越高。

2、如前所述，现有轻质固面反射器的基本结构是在两层碳纤维复合材料蒙皮中间夹有一层铝蜂窝。导致，很难将反射面的型面精度做高或者将其保持于一个高的型面精度，因此，无法满足当今空间反射器所要求的工作电磁波频率越来越高的发展趋势。这种轻质固面反射器的型面精度做不高和难保持的主要原因如下：

3、1)铝的热膨胀系数远高于碳纤维复合材料，由于卫星的在轨温度周期变化及整星受辐照影响温度梯度较大，铝蜂窝的热胀冷缩极易使反射面的几何形状产生很大的变化，因而难以做到反射器的在轨高精度保持；

4、2)由于工艺限制，铝蜂窝的高度很难做高，使得前蒙皮和后蒙皮之间的距离较小，因而反射器的整体刚度较小，容易变形，影响了反射面的精度；

5、3)将铝蜂窝加工成曲面的工艺过程中不可避免的带有残余弹性变形和残余应力。当反射器加工完毕以后这些残余弹性变形和残余应力会使得反射面变形，使型面精度降低；

6、4)前蒙皮和后蒙皮是两个曲面，现有的生产工艺在前后蒙皮成型过程中采用碳纤维复合材料整体铺层，对铺层的低热膨胀设计不利，而且热膨胀系数在不同的部位的变化较大，降低了反射器在轨精度的可保持性。

7、对于高电波频率的反射器需要在复合材料表面镀金属以保证其工作效率。传统的反射器制作过程是先完成所有的复合材料结构制备，然后用真空镀或离子镀来完成金属镀层。真空镀或离子镀都需要在真空罐内进行，受限于真空罐尺寸和成本，大尺寸的反射器往往无法实现在其表面镀金属。真空镀或离子镀的另外一个问题是镀层与复合材料的结合力不好，容易脱落，且不具备二次精加工的能力。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本发明的目的在于提供一种反射器的制备方法及该反射器。本发明所提供的反射器的制备方法采用金属转移法在反射面板上固定金属反射面、采用子块铺层实现反射面板的制备、整体采用相同的复合材料制备，因此有效避免了材料热膨胀不匹配导致的各种精度问题。

2、本发明一方面在于，提供一种反射器的制备方法，包括以下步骤：制备反射面板的固化成型模具；在所述固化成型模具上形成金属层；采用子块铺层的方式在所述金属层上形成反射面板；采用对称平衡铺层的方式制备复合材料网；将所述复合材料网组装到所述反射面板上；在所述复合材料网上组装增强结构，制备得到所述反射器，其中所述反射面板、复合材料网和所述增强结构均由相同的碳纤维复合材料预浸料制的。

3、优选地，所述反射器的制备方法中，采用迭代精度补偿法计算所述反射面板的固化成型模具的工作面的几何形状。

4、优选地，所述反射器的制备方法中，所述增强结构为t字型结构，所述t字型结构包括腹板和连接于所述腹板的后端板，所述腹板连接于所述复合材料网，所述后端板由一块或多块复合材料面板组成。

5、优选地，所述反射器的制备方法中，所述腹板的前端面连接于所述复合材料网，所述前端面的几何形状与所述复合材料网的面的几何形状一致，采用子块铺层的方式制备所述增强结构的后端板。

6、优选地，所述反射器的制备方法中，将所述复合材料网组装到所述反射面板上的步骤包括：采用对称平衡铺层的方式在所述反射面板上铺设所述复合材料网；将所述反射面板与所述复合材料网共固化；通过共固化，使得所述复合材料网组装至所述反射面板上。

7、优选地，所述反射器的制备方法中，将所述复合材料网组装到所述反射面板上的步骤包括：通过子块铺层的方式制得所述反射面板，并进行固化成型；通过对称平衡铺层的方式制得所述复合材料网，并进行固化成型；通过胶接连接所述复合材料与所述反射面板。

8、优选地，所述反射器的制备方法中，所述迭代精度补偿法的步骤包括：步骤11：根据目标反射面板的几何形状，建立固化成型模具和反射面板的初始有限元模型，其中所述反射面板放置于所述固化成型模具中；步骤12：确定反射面板的材料的固化温度和反射器的装配温度之间的温度差δt；步骤13：降温δt，使所述初始有限元模型发生热变形；步骤14：从热变形后的有限元模型中提取固化反射面板的几何形状和应力分布；步骤15：根据所提取的固化反射面板的几何形状和应力分布得到所述固化反射面板的几何形状；步骤16：比较步骤15中所得到的所述固化反射面板的几何形状与目标反射面板的几何形状，得到几何差值；步骤17：根据所述几何差值，补偿所述固化成型模具的几何形状，得到补偿的固化成型模具的几何形状。

9、优选地，所述反射器的制备方法中，所述步骤17还包括，设置一阈值，将所述几何差值与所述阈值进行比较；当所述几何差值小于或等于所述阈值，根据所述补偿的固化成型模具的几何形状制备反射面板的固化成型模具；当所述几何差值大于所述阈值，根据所述补偿的固化成型模具的几何形状，建立固化成型模具和反射面板的一元有限元模型，其中所述反射面板放置于所述固化成型模具中，并重复步骤12-步骤17。

10、优选的，所述反射器的制备方法中，所述子块铺层的步骤包括：根据所要求的复合材料层合结构的几何形状，将该复合材料层合结构的每层剖分为多个子块；根据剖分得到的所述子块的几何形状，切割预浸料得到所述子块；将所述子块进行拼接和铺层，得到所要求的复合材料层合结构。

11、本发明的另一方面，还在于提供一种反射器，包括反射面板、固定于所述反射面板的反射面上的金属层以及固定于所述反射面板的与所述反射面相背的面上的复合材料网，其中还包括连接于所述复合材料网的增强结构，所述反射面板由多个子块组成，所述复合材料网由对称平衡的多个铺层组成，所述反射面板、复合材料网和所述增强结构由相同的碳纤维复合材料预浸料制备得到。

12、优选地，所述反射器中，所述增强结构为t字型结构，所述t字型结构包括腹板和连接于所述腹板的后端板，所述腹板连接于所述复合材料网，所述后端板由一个或多个复合材料面板组成。

13、优选地，所述反射器中，所述腹板的前端面连接于所述复合材料网，所述前端面的几何形状与所述复合材料网的面的几何形状一致。

14、优选的，所述反射器中，所述反射面板包括多层准各向同性铺层，每层铺层均由多个子块组成，且相邻二层之间的子块的分界线不重合。

15、采用了上述技术方案后，与现有技术相比，具有以下有益效果：

16、1、由于其制造过程中产生的残余应力很小，反射器的型面几何非常稳定。

17、2、整体结构由单一结构材料制成，可避免材料热膨胀不匹配导致的精度问题。

18、3、结构采用平衡、对称和准零热膨胀铺层，几乎完全避免了由在轨热载荷造成的热变形。

19、4、金属层制备不受真空罐等设备尺寸约束，可制备大口径反射器。

20、5、反射面具有非常高的几何精度和非常致密的金属层，在制备最后阶段可进行高精度研磨抛光以进一步提高反射器精度。适用非常高的电磁波频率、并可用于太赫兹甚至于远红外波段。