双曲高性能雷达天线罩的研制
摘要：主要介绍了蜂窝夹层结构的双曲高性能雷达天线罩选用的材料体系、成型工艺和制造技术，着重论述了模具结构的选择、蒙皮的装配和下料问题；研制的天线罩较好地通过了力学、电学性能测试和无损检测。
1 前 言
雷达天线罩是集电气性能、结构强度、刚度、气动外形和特殊功能要求于一体的功能结构件，其主要作用是保护天线系统免受外部环境的影响，延长整个系统的各部分寿命，保护天线表面和位置的精度。雷达夭线罩是提高综合火控系统作战能力的重要部件，而且提高雷达天线罩性能所付出的投资与提高雷达的性能相比，是事半功倍的工作。
本文研制的天线罩具有双曲面和高性能的特点，特别是核心区电学性能要求高，有耐环境要求，外形和表面质量有严格要求，对天线罩的制造提出了一系列挑战（主要是如何通过合理的铺层设计达到高电性能的要求和实际制造过程中的可行性问题）。本文对该天线罩所用的材料体系、模具设计、下料设计、装配工艺、成型工艺方案和制造技术进行系统研究，研制了满足要求的蜂窝夹层结构雷达天线罩。该天线罩的罩体剖面为蜂窝夹层结构，如图1所示。
2 天线罩材料体系和制造工艺
合适的天线罩材料体系为天线罩的研制提供了物质基础和可能，而合理的制造工艺使这种可能成为现实。
2.1 天线罩所用的材料体系及工艺要求
天线罩所选用的材料体系如表1所示：
本天线罩要求严格保证天线罩核心区域的电性能（玻璃布不得有搭接）、外表面光滑、厚度均匀、NOMEX蜂窝与内外蒙皮胶接无脱粘。[-page-]
2.2 成型工艺流程
本雷达天线罩具体的工艺流程如图2所示，其中模具的设计制造、内外蒙皮的下料和外蒙皮的装配是关键工艺。
2.3 模具技术
模具技术是复合材料制造技术的重要内容，是保证复合材料质量的重要前提。复合材料成型模具主要有凹模和凸模等结构形式，其特点如表2所示。实际操作中具体选用哪种形式，主要决定于制品的外形、尺寸公差、表面质量和其他特殊的要求等。
本天线罩结构为蜂窝夹层结构，且在核心区有金属网，金属网位置要求非常严格。为了保证金属网的定位，内蒙皮成型模具选用凸模。另外由于天线罩要求外蒙皮表面光滑，外蒙皮也需单独成形，所以另外制造一外蒙皮模具。考虑到零件的脱模比较困难，为此专门设计了脱模装置。
需要指出的是，由于内外蒙皮分别成形，就涉及到外蒙皮的装配问题，这个问题在后面专门讨论。
2.4 内外蒙皮下料形状的优化设计
天线罩核心区对电性能有严格要求，其它区域对电性能也有较严格要求。核心区和其它区域对电性能的要求转化到实际的制造过程中就是对下料形式和铺叠的严格要求。根据上述要求我们对下料形式提出如下要求：
(1)核心区的玻璃布必须为一整块，不得有搭接行为。
(2)其它区域的搭接缝宽度尽量小。
(3)为了保证强度，蒙皮铺层的搭接缝尽量避开。[-page-]
天线罩的一般下料形式和铺叠后的效果如图3所示。可以看出，常用的下料形式是保证不了核心区和其它区域严格的电性能要求。
分析可知，此雷达天线罩的核心区是双曲面外形，从理论上来讲是不能展开为平面的，但我们巧妙利用玻璃布的部分可延展性，再利用复合材料模拟软件FiberSim的优化设计和仿真，设计出如下优化的下料形式，其铺叠后的效果如图4所示。可以优化设计的下料形式能够完全满足核心区和其它区域的设计要求。
比较上面两种下料形式的铺叠效果可以看出，优化的下料形式在核心区无搭接，而且核心区拼缝明显少于一般的下料形式。另外，优化的下料形式比一般下料还具有以下优点：玻璃布的利用率从50%提高到80%、下料效率和铺叠效率也有相应提高。
2.5 蜂窝夹芯与蒙皮的胶接成型工艺[-page-]
NOMEX蜂窝夹芯与蒙皮的胶接工艺，常采用两种方法：二次成型和三次成型。二次成型是先将外蒙皮（或内蒙皮）在模具上裱糊成型后进行次固化，然后与蜂窝芯胶接，并在蜂窝芯子上裱糊内蒙皮（或外蒙皮），再进行第二次固化；三次成型是将外蒙皮在模具上裱糊后固化，然后将蜂窝芯子胶接在外蒙皮上进行第二次固化，后在蜂窝芯子上裱糊内蒙皮，并进行第三次固化。实践证明，三次成型的质量要比二次成型质量要好，但生产周期长，成本高。不论是二次成型还是三次成型，都不熊同时保证内外蒙皮表面的光滑。
本研究中，由于有内、外蒙皮两个模具，内、外蒙皮可以分别铺叠固化，有效地保证了内、外蒙皮表面质量和厚度，而且不增加制造成本，然后在内蒙皮上铺放胶膜和NOMEX蜂窝进行预粘，再铺放胶膜，装配外蒙皮，终固化。采用这样的胶接工艺，有利于固化时低分子挥发份的排除，夹层内的成型质量也容易检查，缺陷也能及时排除，保证了内、外蒙皮和蜂窝的胶接质量。
2.6 外蒙皮装配工艺
上面所说的二次成型和三次成型法中不存在外蒙皮（或内蒙皮）的装配问题，因为外蒙皮（或内蒙皮）在蜂窝上直接裱糊。而采用凸模成形，又要求外表面光滑，外蒙皮的装配就成了非常困难的关键工序。因为蜂窝夹层结构的蒙皮一般都很薄，外蒙皮的刚度很小，胶膜又很粘，在装配过程中，蒙皮极易和胶膜粘在一起，无法保证装配到位，引起蒙皮和蜂窝芯脱粘，导致整个产品的报废。装配工序是蜂窝夹层结构制造过程中的一个基础的重要工序。如果装配工序处理不好，就会面对由天气决定是否制造的尴尬局面（一般在零下温度时，胶膜不太粘，装配的问题不大）。
我们巧妙改进装配工艺，有效解决了这个基础问题，在以后的制造过程中，未出现由外蒙皮装配而引起的问题。
3 检测结果与结论
对成型后的天线罩进行了一系列测试，主要包括核心区和其它区域电性能测试、基本力学性能测试、罩体厚度、无损检测、表面质量等。各项指标均达到相关的技术标准。
本文选用玻璃布／中温改性环氧、胶膜和NRH系列NOMEX蜂窝夹芯体系，采用双凸模固化成型，通过FiberSim软件优化设计下料形式，采用创新的装配手段，合理的胶接和固化工艺，研制出完全满足设计要求的高性能的雷达天线罩。
1 前 言
雷达天线罩是集电气性能、结构强度、刚度、气动外形和特殊功能要求于一体的功能结构件，其主要作用是保护天线系统免受外部环境的影响，延长整个系统的各部分寿命，保护天线表面和位置的精度。雷达夭线罩是提高综合火控系统作战能力的重要部件，而且提高雷达天线罩性能所付出的投资与提高雷达的性能相比，是事半功倍的工作。
本文研制的天线罩具有双曲面和高性能的特点，特别是核心区电学性能要求高，有耐环境要求，外形和表面质量有严格要求，对天线罩的制造提出了一系列挑战（主要是如何通过合理的铺层设计达到高电性能的要求和实际制造过程中的可行性问题）。本文对该天线罩所用的材料体系、模具设计、下料设计、装配工艺、成型工艺方案和制造技术进行系统研究，研制了满足要求的蜂窝夹层结构雷达天线罩。该天线罩的罩体剖面为蜂窝夹层结构，如图1所示。
2 天线罩材料体系和制造工艺
合适的天线罩材料体系为天线罩的研制提供了物质基础和可能，而合理的制造工艺使这种可能成为现实。
2.1 天线罩所用的材料体系及工艺要求
天线罩所选用的材料体系如表1所示：
本天线罩要求严格保证天线罩核心区域的电性能（玻璃布不得有搭接）、外表面光滑、厚度均匀、NOMEX蜂窝与内外蒙皮胶接无脱粘。[-page-]
2.2 成型工艺流程
本雷达天线罩具体的工艺流程如图2所示，其中模具的设计制造、内外蒙皮的下料和外蒙皮的装配是关键工艺。
2.3 模具技术
模具技术是复合材料制造技术的重要内容，是保证复合材料质量的重要前提。复合材料成型模具主要有凹模和凸模等结构形式，其特点如表2所示。实际操作中具体选用哪种形式，主要决定于制品的外形、尺寸公差、表面质量和其他特殊的要求等。
本天线罩结构为蜂窝夹层结构，且在核心区有金属网，金属网位置要求非常严格。为了保证金属网的定位，内蒙皮成型模具选用凸模。另外由于天线罩要求外蒙皮表面光滑，外蒙皮也需单独成形，所以另外制造一外蒙皮模具。考虑到零件的脱模比较困难，为此专门设计了脱模装置。
需要指出的是，由于内外蒙皮分别成形，就涉及到外蒙皮的装配问题，这个问题在后面专门讨论。
2.4 内外蒙皮下料形状的优化设计
天线罩核心区对电性能有严格要求，其它区域对电性能也有较严格要求。核心区和其它区域对电性能的要求转化到实际的制造过程中就是对下料形式和铺叠的严格要求。根据上述要求我们对下料形式提出如下要求：
(1)核心区的玻璃布必须为一整块，不得有搭接行为。
(2)其它区域的搭接缝宽度尽量小。
(3)为了保证强度，蒙皮铺层的搭接缝尽量避开。[-page-]
天线罩的一般下料形式和铺叠后的效果如图3所示。可以看出，常用的下料形式是保证不了核心区和其它区域严格的电性能要求。
分析可知，此雷达天线罩的核心区是双曲面外形，从理论上来讲是不能展开为平面的，但我们巧妙利用玻璃布的部分可延展性，再利用复合材料模拟软件FiberSim的优化设计和仿真，设计出如下优化的下料形式，其铺叠后的效果如图4所示。可以优化设计的下料形式能够完全满足核心区和其它区域的设计要求。
比较上面两种下料形式的铺叠效果可以看出，优化的下料形式在核心区无搭接，而且核心区拼缝明显少于一般的下料形式。另外，优化的下料形式比一般下料还具有以下优点：玻璃布的利用率从50%提高到80%、下料效率和铺叠效率也有相应提高。
2.5 蜂窝夹芯与蒙皮的胶接成型工艺[-page-]
NOMEX蜂窝夹芯与蒙皮的胶接工艺，常采用两种方法：二次成型和三次成型。二次成型是先将外蒙皮（或内蒙皮）在模具上裱糊成型后进行次固化，然后与蜂窝芯胶接，并在蜂窝芯子上裱糊内蒙皮（或外蒙皮），再进行第二次固化；三次成型是将外蒙皮在模具上裱糊后固化，然后将蜂窝芯子胶接在外蒙皮上进行第二次固化，后在蜂窝芯子上裱糊内蒙皮，并进行第三次固化。实践证明，三次成型的质量要比二次成型质量要好，但生产周期长，成本高。不论是二次成型还是三次成型，都不熊同时保证内外蒙皮表面的光滑。
本研究中，由于有内、外蒙皮两个模具，内、外蒙皮可以分别铺叠固化，有效地保证了内、外蒙皮表面质量和厚度，而且不增加制造成本，然后在内蒙皮上铺放胶膜和NOMEX蜂窝进行预粘，再铺放胶膜，装配外蒙皮，终固化。采用这样的胶接工艺，有利于固化时低分子挥发份的排除，夹层内的成型质量也容易检查，缺陷也能及时排除，保证了内、外蒙皮和蜂窝的胶接质量。
2.6 外蒙皮装配工艺
上面所说的二次成型和三次成型法中不存在外蒙皮（或内蒙皮）的装配问题，因为外蒙皮（或内蒙皮）在蜂窝上直接裱糊。而采用凸模成形，又要求外表面光滑，外蒙皮的装配就成了非常困难的关键工序。因为蜂窝夹层结构的蒙皮一般都很薄，外蒙皮的刚度很小，胶膜又很粘，在装配过程中，蒙皮极易和胶膜粘在一起，无法保证装配到位，引起蒙皮和蜂窝芯脱粘，导致整个产品的报废。装配工序是蜂窝夹层结构制造过程中的一个基础的重要工序。如果装配工序处理不好，就会面对由天气决定是否制造的尴尬局面（一般在零下温度时，胶膜不太粘，装配的问题不大）。
我们巧妙改进装配工艺，有效解决了这个基础问题，在以后的制造过程中，未出现由外蒙皮装配而引起的问题。
3 检测结果与结论
对成型后的天线罩进行了一系列测试，主要包括核心区和其它区域电性能测试、基本力学性能测试、罩体厚度、无损检测、表面质量等。各项指标均达到相关的技术标准。
本文选用玻璃布／中温改性环氧、胶膜和NRH系列NOMEX蜂窝夹芯体系，采用双凸模固化成型，通过FiberSim软件优化设计下料形式，采用创新的装配手段，合理的胶接和固化工艺，研制出完全满足设计要求的高性能的雷达天线罩。
