碳纖維復(fù)合材料在天線上的應(yīng)用

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1、------------------------------------------------------------------------------------------------碳纖維復(fù)合材料在天線上的應(yīng)用第38卷第2期電　訊　技　術(shù)　　.38No.2Vol1998年4月　　TELECOMMUNICATION　ENGINEERINGApr.1998●學(xué)術(shù)論文與技術(shù)報(bào)告3,碳纖維復(fù)合材料,應(yīng)用11蜂窩夾層結(jié)構(gòu)形式一、前　　言碳纖維復(fù)合材料(CFRP)具有重量輕、模量高、熱膨脹系數(shù)低等特點(diǎn)。近年來

2、在制造長期工作在高真空、強(qiáng)紫外線、帶電粒子輻射、激烈高低溫交變的空間環(huán)境下的航天器天線方面具有較大的優(yōu)勢,得到了廣泛應(yīng)用。隨著原材料價(jià)格和制作成本的降低,它也應(yīng)用于工作在各種惡劣環(huán)境條件下的航空、地面、艦載天線。現(xiàn)在隨著電子產(chǎn)品向小型化、輕型化、高精度方向發(fā)展,碳纖維復(fù)合材料正在逐步取代金屬材料成為制作天線的主要材料。采用蜂窩夾芯結(jié)構(gòu),可增加天線結(jié)構(gòu)的剛性和穩(wěn)定性,所以這是一種被廣泛采用的天線結(jié)構(gòu)形式。例如美國制造的“海盜”飛行器的拋—————————————————————————————————————

3、—------------------------------------------------------------------------------------------------物面天線直徑為1147m,蒙皮為高模量的石墨纖維??環(huán)氧復(fù)合材料,蜂窩夾芯材料為鋁合金。21薄殼結(jié)構(gòu)形式這種結(jié)構(gòu)形式的剛性和抗變形能力較蜂窩夾層結(jié)構(gòu)差,但天線制作工藝較蜂窩夾層結(jié)構(gòu)簡單,多用于制作小口徑天線。西德環(huán)氧MBB公司曾研制了一種全部采用石墨??材料的薄殼結(jié)構(gòu)天線。31網(wǎng)格結(jié)構(gòu)形式二、天線典型結(jié)構(gòu)形式近年來,

4、國外航天器天線廣泛采用碳纖維復(fù)合材料,下面重點(diǎn)介紹幾種有代表性的結(jié)構(gòu)形式。3本文于1998年2月13日收到。33電子工業(yè)部第十研究所美國休斯公司研制了一系列的網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的固定天線,已用于“兄弟”,“西聯(lián)星”、“電星”等諸衛(wèi)星上。41可展開天線結(jié)構(gòu)形式可展開天線在衛(wèi)星上用得極為廣泛。直徑從數(shù)米到數(shù)十米。它有纏繞肋(柔性肋)、徑向肋、環(huán)-柱形、花瓣形、構(gòu)架式數(shù)種結(jié)構(gòu)形式。材料主要選擇碳纖維復(fù)合材料。?41?51其它天線結(jié)構(gòu)形式度、鋪層次序、層數(shù)等。11材料選擇———————————————————————————

5、———————————------------------------------------------------------------------------------------------------線天線常采用振子天線和螺旋天線形式。國外已有用碳纖維復(fù)合材料制作的螺旋天線應(yīng)用在衛(wèi)星上。我所“八五”期間開展了用碳纖維復(fù)合材料制作振子天線的研究,并做出了成品。該振子天線電性能與銅振子天線相當(dāng),但重量只有銅振子的1??5,而且還克點(diǎn)。從目前使用先進(jìn)復(fù)合材料制作衛(wèi)星天線的情況來看,、高強(qiáng)度、。??環(huán)

6、氧復(fù)。(碳纖維品種很多,性能不一,有高強(qiáng)型,高模型,高強(qiáng)高模型。纖維的選擇關(guān)系到碳纖維復(fù)合材料的熱膨脹系數(shù)和力學(xué)性能,從而最終關(guān)系到產(chǎn)品性能。選擇纖維的標(biāo)準(zhǔn)如下:①比模量;②比強(qiáng)度;③層厚度;④價(jià)格。對(duì)天線而言,通常是作為一種功能件使用,而不是結(jié)構(gòu)件。我們關(guān)心的是它的曲面精度和抗變形能力,所以天線設(shè)計(jì)要解決的主要問題,是在滿足強(qiáng)度條件下,主要解決剛度問題。所以,纖維的模量是選擇纖維的首要依據(jù)。、決定天線性能的因素是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料性能。材料性能將直接影響天線的熱變形、結(jié)構(gòu)剛度、重量和增益。纖維復(fù)合材料的最大優(yōu)

7、點(diǎn)就是材料的可設(shè)計(jì)性。先進(jìn)的設(shè)計(jì)方法,一般是先用特定的計(jì)算機(jī)程序?qū)Y(jié)構(gòu)進(jìn)行模態(tài)分析,找出載荷條件下可能的應(yīng)力分布,依次進(jìn)行材料設(shè)計(jì),用計(jì)算法確定材料的取向角天線材料性能表材——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------　料石墨纖維??環(huán)氧短纖維單　向維??環(huán)氧同　性玻璃纖單　向維??環(huán)氧同

8、　性鋁鈹殷鋼鎂鈦密度彈性模量ΘE33(×10kg??m)(×102GPa)1161161161161161141142102102181188101184141142014921711101018801740127015501200171219114701451112破壞強(qiáng)度Ρ??Θ(MPa)816277408147131200100816265343275245220898比強(qiáng)度Ρ??Θ(×103m)51171