РЕФЛЕКТОР
REFLECTOR

Изобретение относится к производству изделий из композиционных материалов, а именно конструкциям и способам изготовления прецизионных рефлекторов антенн с отражающей поверхностью, образованной не только кривой второго порядка, но и специальным сложным профилем.
Сущность изобретения заключается в изготовлении отражателя и опорной конструкции в виде монооболочки, которые находятся на некотором расстоянии друг от друга и соединены при помощи пластин и уголков. Техническим результатом является повышение механических характеристик и размерной стабильности рефлектора антенны.
Освоение более высоких диапазонов частот бортовых антенных систем и увеличение мощности бортовых ретрансляторов космических аппаратов позволяет принимать и передавать все большие объемы информационных данных и организовывать высококачественные каналы фиксированной спутниковой связи. Основным элементом антенны является рефлектор. Точность наведения антенны зависит от точности и размеростабильности рефлектора, который подвержен в процессе функционирования по штатному назначению влиянию таких негативных факторов, как экстремальные положительные и отрицательные температуры (с учетом их градиента), вакуум, радиация.
Повышение пропускной способности космического аппарата (КА) и коэффициента усиления в заданной зоне обслуживания может быть обеспечено увеличением площади апертуры рефлектора со специально спрофилированной отражающей поверхностью, формирующей контурную диаграмму направленности антенны. Зона обслуживания таких антенн обычно представляет собой сложный контур в пределах территории определенных стран, видимых с геостационарной орбиты.
Основными требованиями, предъявляемыми к рефлекторам антенн КА, помимо радиотехнических являются:
- точность изготовления отражающей поверхности с отклонениями от номинальной поверхности, не превышающими десятых долей миллиметра;
- стабильность геометрии при эксплуатации на орбите в экстремальных условиях космического пространства;
- высокие удельные характеристики прочности и жесткости.
Известно устройство - рефлектор (патент RU №2070355), являющийся сэндвич-конструкцией, которая состоит из рабочей, тыльной обшивок и сотового заполнителя. Обшивки выложены заготовками композиционного материала в форме криволинейных или правильных многоугольников, уложенных внахлест.
Недостатками данного устройства (рефлектора), выполненного выкладкой многоугольниками внахлест, являются невозможность многократного воспроизведения, сложность выкладки материалов и прогнозирования результата изготовления.
Наиболее близким к заявляемому рефлектору является рефлектор, описанный в «Способе изготовления рефлектора из композиционных материалов» (патент US 2012019430), который содержит отражатель и опорную конструкцию. Отражатель является сэндвич-конструкцией с обшивками из углепластика и сотовым заполнителем в качестве среднего слоя. Опорная конструкция имеет форму шестигранника с меньшим радиальным размером, чем отражатель. Она собрана из шести труб с прямоугольным поперечным сечением и соединительных фитингов. Отражатель и опорную конструкцию соединяют при помощи уголков. Каждый уголок имеет длинную и короткую стороны. Короткой стороной уголок приклеивают к отражателю, а длинной - к скобе, которая приклеена к опорной конструкции. Также рефлектор имеет мембрану из композитной ткани на основе арамидного волокна для придания жесткости периферийной части отражателя, которая крепится к его краю и опорной конструкции. Описанные устройство и способ приняты за прототипы изобретения.
Недостатками данного изобретения являются:
1. Склеенная опорная конструкция, состоящая из отдельных деталей с разными коэффициентами теплового расширения.
2. Неравномерный клеевой шов в области соединения прямой поверхности уголка и криволинейной поверхности отражателя.
3. Установка уголков на скобы только с внешней стороны опорной конструкции.
Вследствие этого, в рефлекторе возможны снижение прочности, размеростабильности, увеличение монтажных напряжений при сборке и усложнение цикла изготовления.
Задачами настоящего изобретения являются повышение точности, размерной стабильности, жесткости конструкции рефлектора.
1. Поставленные задачи решаются за счет того, что в рефлекторе, состоящем из отражателя и опорной конструкции, находящихся на расстоянии друг от друга, для их соединения введены пластины, приклеиваемые частью их поверхности ко внутренней и внешней сторонам опорной конструкции параллельно оси рефлектора, при этом на свободные части пластин с внутренней и внешней сторон через клеевое соединение установлены уголки, к свободным частям которых приклеен отражатель. Опорная конструкция представляет собой монооболочку, выполненную из углепластиковой композиционной ткани с плоскостью установки, перпендикулярной оси рефлектора; отражатель выполнен из препрега на основе углеродного волокна в виде лент, выложенных встык. Уголки предлагается устанавливать с каждой стороны пластины по две штуки.
Заявляемое изобретение поясняется чертежами:
1. На фиг. 1 показан общий вид рефлектора;
2. На фиг. 2а показан увеличенный вид А, на фиг. 2б - установка уголков;
3. На фиг. 3 показан вид рефлектора сбоку;
4. На фиг. 4 показано увеличенное сечение Б-Б;
5. На фиг. 5 показан рефлектор на технологическом приспособлении.
Заявляемый рефлектор конструктивно выполнен в виде сборочной единицы, состоящей из отражателя 1 и опорной конструкции 2, которые находятся на расстоянии друг от друга (фиг. 3). Отражатель 1 соединен с опорной конструкцией 2 при помощи пластин 3 и уголков 4 (фиг. 2) через клеевой слой. Позиционирование опорной конструкции выполняется при помощи приспособления для сборки 6 (фиг. 5) на поверхности прецизионной оправки 5, при этом отражатель 1 не демонтируется с оправки 5 до полного высыхания клеевого соединения (фиг. 5).
Отражатель 1 может быть выполнен как в виде сэндвич-конструкции, так и в виде многослойной конструкции без сотового заполнителя в зависимости от диаметра рефлектора. Опорная конструкция 2 представляет собой монооболочку, выполненную из углепластиковой композиционной ткани. Плоскость установки опорной конструкции перпендикулярна оси рефлектора 7 (фиг. 3).
Способ изготовления рефлектора осуществляется следующим образом:
1. Углепластиковые элементы отражателя 1 (обшивки в случае выполнения отражателя в виде сэндвич-конструкции или полностью отражатель в случае выполнения отражателя в виде многослойной конструкции без сотового заполнителя) изготавливают из заготовок препрега в виде лент, выкладываемых встык.
2. Проводят позиционирование опорной конструкции 2 над отражателем 1 с помощью приспособлений для сборки 6, например стоек и струбцин;
3. Приклеивают пластины 3 частью их поверхности к внутренней и внешней сторонам опорной конструкции 2 параллельно оси рефлектора 7 (фиг. 4). Площадь соединительной и свободной частей пластины определяются результатами механического анализа рефлектора с учетом эксплуатационных требований.
4. На кромке пластины 3 вблизи отражателя 1 устанавливают на клеевое соединение, уголки 4, например по два уголка с внутренней и внешней сторон пластины, к свободным частям которых приклеивают отражатель 1. Установка уголков 4 производится таким образом, чтобы обеспечить максимальное прилегание склеиваемых участков поверхностей отражателя 1 (фиг. 2б) и уголка 4.
5. Демонтаж отражателя 1 с поверхности прецизионной оправки 5 выполняют после полного высыхания клеевых соединений.
Поставленные задачи, такие как увеличение точности, геометрической стабильности и жесткости рефлектора предложенной конструкции, достигаются благодаря:
1. Изготовлению опорной конструкции в виде монооболочки, что приводит к уменьшению цикла изготовления, повышению геометрической стабильности, исключению монтажных напряжений при сборке;
2. Установке пластин с внутренней и внешней сторон опорной конструкции, что позволяет повысить локальную жесткость отражателя;
3. Выкладке отражателя препрегом на основе углеродного волокна заготовками в виде лент встык;
4. Селективному подбору уголков по месту при установке на отражатель с обеспечением максимального прилегания склеиваемых поверхностей, что увеличивает прочность клеевого соединения;
5. Выполнению сборочных операций без демонтажа отражателя с прецизионной оправки.