[发明专利]一种基于形状记忆聚合物的可展开天线反射面及其骨架结构的制作方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种可展开天线反射面及骨架结构的制作方法。

背景技术

在现有航天技术下，由于航天运载飞行器的空间限制，航天天线反射器在发射前必须折叠，当在轨工作时需自动展开；由于载重的限制，航天用天线反射器必须尽可能降低其重量；另外，还应保证天线反射器高可靠性等性能。随着航天技术、卫星通信、射电天文以及雷达技术的快速发展。因此，航天天线反射器需求一种小体积、轻质且高性能的可展开技术。

近几年来，智能材料的迅猛发展为可展开天线反射面提供了广阔的发展空间。其中，形状记忆聚合物性能独特，当对其加热至材料相变温度时，形状记忆聚合物模量大幅度下降，并开始展现形状记忆效应。基于此种材料制成的可展开天线反射面，可在操作前后控制自身的模量。天线反射面变形前，将天线反射发射面升温至玻璃化转变温度以上，天线反射面模量降低，利于天线反射面的可展开变形。变形之后，将天线反射发射面降温至形状记忆材料的玻璃化转变温度以下，天线反射面自身模量上升，天线反射面的强度与刚度增大，提高天线反射面稳定性与可靠性。形状记忆聚合物同时提供驱动与刚性支撑。

在中国专利200710072028.6中提出了一种可展开固体表面天线反射面，所述的可展开天线反射面采用形状记忆聚合物材料作为展开驱动和刚性支撑的环向加强件和纵向加强件，能够根据加热的温度，控制形状记忆聚合物材料的形态。但是，环向加强件和纵向加强件采用机械驱动的方式驱动反射表面，存在着可展开天线反射面折叠不方便的缺陷。

发明内容

本发明为了解决现有的航天用可展开天线重量大、体积大、结构复杂并且存在展开和收缩不平稳的问题，提出一种基于形状记忆聚合物的可展开天线反射面及其骨架结构的制作方法。

一种基于形状记忆聚合物的可展开天线反射面，它由环向动力件、环向加强件、径向加强件和反射表面组成，所述的反射表面是一个底部置有圆形开口的环形抛物面体，在反射表面的凸抛物面的上边缘固定连接有环向动力件，在反射表面的凸抛物面的下边缘固定连接有环向加强件，环向动力件和环向加强件之间的反射表面表面设置有圆周方向排列的径向加强件，所述径向加强为照抛物线形的条状片，所述环向动力件、环向加强件、径向加强件和反射表面均由形状记忆聚合物材料制成。

用于一种基于形状记忆聚合物的可展开天线反射面的骨架结构的制作方法，具体过程如下：

步骤一、设计模具：根据反射表面的环形抛物面体的形状及其内径大小设计用于制作环向动力件、环向加强件和径向加强件的闭合模具；

步骤二、配制形状记忆聚合物材料：将高分子聚合物和固化剂按28：（1~5）的质量比配成形状记忆聚合物材料；

步骤三、使用形状记忆聚合物材料涂敷纤维增强材料：将步骤二获得的形状记忆聚合物材料与纤维增强材料按（0.67～99）：1的质量比称取，将所述形状记忆聚合物材料涂敷在纤维增强材料的上、下面上；

步骤四、灌模：将步骤三获得的上、下面涂敷有形状记忆聚合物材料的纤维增强材料置于步骤一中设计的闭合模具内，再使用步骤三的形状记忆聚合物材料将闭合模具内的空隙灌满，即形成未固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯；

步骤五、固化：将步骤四中所述的内部填充有未固化的纤维增强形状记忆聚合物毛坯的闭合模具放置在加热箱内加热，加热温度为70~100℃，加热时间为16~24小时；

步骤六、脱模：从加热箱中取出步骤五中所述的闭合模具，对所述的闭合模具进行脱模处理后，即得到以纤维增强形状记忆聚合物为材料的环向动力件、环向加强件和径向加强件。

采用本发明具有以下特点：

1、使用相对于传统金属密度较低的形状记忆复合材料同时作为展开驱动和刚性支撑装置，既降低了天线的重量，同时保证了天线的刚度要求和稳定性要求。材料依靠自身的热临界自激发（玻璃化转变）实现展开的启动和运动的整个过程，输出展开力能满足系统要求，展开运动过程平缓。同时，在天线反射面展开后工作过程中对结构起到刚性支撑作用，维持反射面的表面形状和整个系统的工作。

2、当形状记忆复合材料温度达到玻璃化转变温度以上时具有较大的阻尼，依靠此特性能缓慢、平稳的驱动实现整个天线反射器系统的展开。同时，形状记忆材料的可展开天线反射面使得可展开天线反射器结构较为简单，系统结构和控制环节少，系统工作的可靠性高。

3.形状记忆复合材料高的折叠可回复应变，使可展开天线反射器具有较大展开与收缩的体积比。