一种复合材料层合反射面板的制作方法

本技术涉及航天反射器领域，尤其涉及一种复合材料层合反射面板。

背景技术：

1、碳纤维复合材料具有轻质、高比刚度、尺寸稳定、耐腐蚀等特点，属于典型的高性能材料，用来代替金属材料制造天线反射器结构，不仅可以降低因环境温度变化导致的天线系统精度变化，而且可有效的减小天线反射器结构的系统质量，提高天线系统的可靠性，延长使用寿命，具有显著的应用前景。目前，利用碳纤维复合材料制造的反射器结构的反射面板多为铝蜂窝夹层结构。该结构由碳纤维复合材料蒙皮、胶膜层和金属铝蜂窝三者共固化一体成型。但由于碳纤维复合材料蒙皮、胶膜层和金属铝蜂窝三者共固化时，存在材料热变形不匹配的问题。因此，利用铝蜂窝夹层结构作为反射器的反射面板，最终制作的反射器整体型面精度较差。

2、复合材料层合板的宏观力学性能直接由其铺层方式决定。如果不进行层合板的铺层设计，可能会使得最终固化成型的复合材料层合板在拉-剪、弯-扭或拉-弯等耦合作用下，产生翘曲，进而影响产品的制造精度。此外，如果不进行层合板的特殊铺层优化，会导致层合板的面内刚度以及面外刚度存在各向异性的特征。对于各向异性层合板结构承受外部载荷作用时，如空间热载荷或其他机械载荷等，将会出现复杂的非均匀变形特性以及破坏机理。

3、目前，基于传统的复合材料层合板理论，存在一些针对平面层合板结构通过铺层设计实现准各向同性与准零膨胀的方法。天线反射器的反射面板多为抛物面、球面以及任意不规则赋形曲面。针对任意曲面复合材料层合反射面板，通过铺层方式的设计实现其任意曲面区域内的基本均质同性且准零膨胀的铺层方法未见相关报道。

技术实现思路

1、为了克服上述技术缺陷，本实用新型的目的在于提供一种复合材料层合反射面板。本实用新型所提出的由小块铺片拼接和铺层组成的复合材料层合反射面板，可以是抛物面、球面以及任意不规则赋形曲面。本实用新型提出的复合材料层合反射面板，在任意区域内面内具有准各向同性特性，或面内与面外均具有准各向同性特性，或面内与面外均具有准各向同性特性同时弯-扭耦合效应最小，且任意区域内具有准零膨胀特性。本实用新型所提出复合材料层合反射面板应用为复合材料固面反射器的反射面板时，在固化成型及在轨温度交变情况下，均可保证较高的几何精度，具有显著应用前景。

2、本实用新型提供一种复合材料层合反射面板，所述复合材料层合反射面板具有任意预设的曲面几何形状，其包括：至少一块单向连续纤维增强预浸料制备得到的小块铺片，至少四层由所述小块铺片按照预设的铺层方向和拼接铺贴方式拼接得到的铺层，其中同一层内包含至少两种不同的小块铺片的铺层方向的铺层的数目至少为四层，任意两层铺层具有预设的小块铺片拼接铺贴组合方式，保证拼接铺贴方式不同的铺层的小块铺片的拼缝线相互覆盖或其中一层铺层的拼缝线将另一层铺层的拼缝线部分覆盖；任意铺层区域具有对称均衡的铺层方式且具备准零膨胀特性；任意铺层区域满足面内具备准各向同性特性，或面内与面外均具备准各向同性特性，或面内与面外均具备准各向同性特性且弯-扭耦合效应最小。

3、优选地，上述复合材料层合反射面板中，复合材料层合反射面板的半厚度铺层为[θ]＝[θ(1)，θ(2)，...,θ(p)]，则复合材料层合反射面板的完整铺层为：[θ]s＝[θ(1)，θ(2)，...，θ(p-1),θ(p)，θ(p+1)，θ(p+2)，...,θ(2p-1),θ(2p)]，完整铺层[θ]s为半厚度铺层[θ]的对称集，其中，复合材料层合反射面板的第i层的铺层角度为θ(i)，1≤i≤2p，且i为整数，铺层顺序为第一层至第2p层依次堆叠铺层，第i层与第2p-i+1层互为对称层，互为对称层的两层铺层的铺层角度相同，且两层中的小块铺片的铺层方向、小块铺片的形状和小块铺片拼接铺贴方式均相同。

4、优选地，上述复合材料层合反射面板中，复合材料层合反射面板的半厚度内，任意两层的小块铺片拼接铺贴组合方式中，铺层角度分别为θ(i)和θ(k)，若|θ(i)|≠|θ(k)|，则两层的小块铺片的拼接铺贴方式不同，并且两层的小块铺片的拼缝线相互覆盖或其中一层铺层的拼缝线将另一层铺层的拼缝线部分覆盖；若|θ(i)|＝|θ(k)|，则两层的小块铺片的拼接铺贴方式相同，并且两层的小块铺片拼缝线重合；另外，当复合材料层合反射面板的半厚度铺层中同时包含铺层角度为0°的铺层和铺层角度为90°的铺层时，则铺层角度分别为0°与90°的两层铺层中的小块铺片的拼接铺贴方式相同；当复合材料层合反射面板的半厚度铺层中包含铺层角度为0°的铺层且不包含铺层角度为90°的铺层时，则铺层角度为0°的铺层的小块铺片的拼接铺贴方式任意且该层小块铺片可以覆盖相邻铺层的小块铺片的拼缝线或该层小块铺片的拼缝线可以被相邻铺层小块铺片所覆盖。

5、优选地，上述复合材料层合反射面板中，所述小块铺片为任意多边形形状或任意曲边形形状。

6、优选地，上述复合材料层合反射面板中，对于每层的小块铺片的铺层方向，实现铺层方向轮换；同一层内，相邻小块铺片的铺层方向对应的铺层角绝对值相同且符号相反，相间小块铺片的铺层方向对应的铺层角相同；当复合材料层合反射面板的半厚度铺层中同时包含铺层角度为0°的铺层和铺层角度为90°的铺层时，则铺层角度为0°的铺层和铺层角度为90°的铺层中与铺层角为0°的小块铺片相邻的小块铺片的铺层角为90°，与铺层角为0°的小块铺片相间的小块铺片的铺层角为0°；当复合材料层合反射面板的半厚度铺层中包含铺层角度为0°的铺层且不包含铺层角度为90°的铺层时，则铺层角度为0°的铺层的小块铺片的铺层方向对应的铺层角均为0°，不进行铺层方向轮换。复合材料层合反射面板的半厚度内，任一铺层角度为+|θ(i)|的铺层内不进行小块铺片的铺层方向轮换，则铺层角度为-|θ(i)|的铺层内也不进行小块铺片的铺层方向轮换。当复合材料层合反射面板的半厚度铺层中同时包含铺层角度为0°的铺层和铺层角度为90°的铺层时，若铺层角度为0°的铺层的小块铺片铺层方向不进行轮换，则铺层角度为90°的铺层的小块铺片铺层方向也不进行轮换。复合材料层合反射面板的半厚度铺层内最多包含两层小块铺片的铺层方向不轮换的铺层。

7、优选地，上述复合材料层合反射面板中，复合材料层合反射面板的半厚度铺层选自备选集{θ}，所述备选集{θ}由基本角度集θ的每个元素经过q≥1次复制后，得到的所有元素的全排列组成。

8、优选地，上述复合材料层合反射面板中，复合材料层合反射面板任意区域内的铺层为r＝1,2,...，其为复合材料层合反射面板的半厚度铺层r＝1,2,...的对称集，且半厚度铺层r＝1,2,...中，任意相邻两层的铺层角度的绝对值不相等。

9、优选地，上述复合材料层合反射面板中，复合材料层合反射面板任意区域内的铺层为r＝1,2,...，其为复合材料层合反射面板的半厚度铺层r＝1,2,...的对称集，所述半厚度铺层r＝1,2,...为由备选集{θ}中的所有元素[θr]，r＝1,2,...，的对称集[θr]s进行铺层，得到复合材料层合面板的刚度矩阵[k]，

10、

11、按照下述优化目标函数进行优化，

12、

13、或

14、

15、所获取的半厚度铺层r＝1,2,...或半厚度铺层r＝1,2,...。

16、优选地，上述复合材料层合反射面板中，所所述基本角度集θ的任意元素θ(k)，满足-π/2＜θ(k)≤π/2，其中，k＝1,2,...,n，n≥2，n为整数，

17、当n＝2时，所述基本角度集为另外，当n＝2n且n≥2时，所述基本角度集为θ＝[θ(1)，θ(2)，...,θ(2n)]，且

18、

19、另外，当n＝2n-1且n≥2时，所述基本角度集为θ＝[θ(1)，θ(2)，...,θ(2n-1)]，且

20、

21、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：

22、1.采用小块铺层得到的复合材料层合反射面板，可以是抛物面、球面以及任意不规则赋形曲面；

23、2.通过设定特定的铺层角度和铺层方式，可以保证所得到的复合材料层合反射面板在任意区域内面内具有准各向同性特性，或面内与面外均具有准各向同性特性，或面内与面外均具有准各向同性特性同时弯-扭耦合效应最小，且任意区域内具有准零膨胀特性；