静电成形薄膜天线反射面热塑成形模具设计、模拟与试验

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静电成形薄膜反射面天线是近年来高精度星载反射面天线的一个研究热点,其原理是通过静电力进一步提高薄膜反射面的精度并维持其在轨工作。由于平面膜张拉形成的反射面所需的静电力颇大,故需把薄膜预先制成想要的曲面以此得到较大曲率和较高形面精度的薄膜反射面,即薄膜反射面的预成形技术。目前国内外出现的预成形方法,均难以满足大口径和高形面精度的需求,为此,将传统塑料工业中的热塑成形方法应用到薄膜天线反射面预成形技术中是一个可行的选择。本文对其模具的设计与实验等进行了一些探索并取得了满意的结果,具体如下:  首先,分析静电成形薄膜反射面天线预成形曲面薄膜的工程结构,选择合适的热塑成形方法。论述加热、夹紧、传动、模具等热塑成形设备的选择。针对太空环境以及热塑成形工艺特点选择合适的薄膜反射面材料,确定薄膜反射面热塑成形的一般工艺过程,分析成形过程中温度曲线的要求,论述薄膜反射面表面镀金的一般工艺方法。  其次,针对300mm范围内的薄膜,设计成形装置,选择合适的辅助成形设备。分析成形过程中长时间处于高温环境下模具发生的力学现象,建立成形过程中模具的有限元模型。进行了多组热塑成形实验,测量成形后薄膜的形面精度。将热塑成形方法与传统预成形方法进行对照分析,为5m模具的研制奠定了基础。  最后,以5m口径预成形薄膜为对象,确定成形模具的结构方案。给出了大型模具的分块方法、肋板布置方案,提出了分块模具装配、定位、连接、分块起吊、减重、使用便捷性的设计方法。设计分块夹板,给出分块夹板的分块方案、单个夹板的组装方案、上下夹板的定位组装方法以及薄膜反射面边界的结构实现方法。设计托盘结构,提供分块模具的组装基准与起吊实现。设计吊挂结构,降低模具与夹板起吊的高度。此外,为了适应模具组装时中心模具抬起的需要,设计工艺支架结构。根据成形和使用过程中的几种工况进行了分析,包括整体模具垂直起吊的工况,夹板分块起吊的工况,高温长时间成形过程中模具放置在托盘时的工况等。上述工作,对5m口径模具的具体制造乃至很快进行的热塑试验提供了可靠的理论与技术支持。
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