碳纤维复合材料及其制备方法与应用该材料的雷达天线技术

本发明专利技术属于雷达通信技术领域，具体涉及一种碳纤维复合材料及其制备方法与应用该材料的雷达天线。本碳纤维复合材料由环氧树脂及高强度碳纤维组成；各组分重量和按100％计算，高强度碳纤维的重量百分比数为60％～70％，环氧树脂的重量百分比数为30％～40％；高强度碳纤维为聚丙烯腈处理的连续长丝型碳纤维；其密度低而抗拉强度及屈服强度高。制备方法包括获得预浸料、分层铺贴以及保温保压步骤。本雷达天线包括箱体、馈电网络、上骨架及下骨架，上骨架及下骨架的横截面为顶窄底宽的梯形，上骨架与下骨架顶面之间间隙构成用于夹持和固定馈电网络的安置区域。本雷达天线质地轻盈、便于维护、制造周期及制造成本更低。

Carbon fiber composite material, preparation method thereof and radar antenna using the same

The invention belongs to the field of radar communication technology, in particular to a carbon fiber composite material and a preparation method thereof and a radar antenna using the same. The carbon fiber composite material is composed of epoxy resin and high strength carbon fiber; each component weight and calculated by 100%, weight percentage of high strength carbon fiber is 60% ~ 70%, the number of weight percent of epoxy resin is 30% ~ 40%; high strength carbon fiber continuous filament type carbon fiber polyacrylonitrile processing; its low density while the tensile strength and yield strength. The preparation methods include obtaining prepreg, layering and holding steps. The radar antenna comprises a box body, a feed network, on the skeleton and the skeleton, skeleton and skeleton of the cross section is a trapezoid crown and a narrow bottom width, the top surface of the upper framework and the lower framework for the resettlement area constitute the gap between the clamping and fixing the feed network. The radar antenna is light in texture, easy to maintain, low in manufacturing cycle and lower in manufacturing cost.

【技术实现步骤摘要】
碳纤维复合材料及其制备方法与应用该材料的雷达天线
本专利技术属于雷达通信
，具体涉及一种碳纤维复合材料及其制备方法与应用该材料的雷达天线。
技术介绍
多年来，机场场面的管理一直受到地面环境和天气条件的共同影响。机场场面监视雷达系统是空中交通管理设施的一个重要组成部分,它具有较高的实时目标探测能力，能够可靠、精确地探测到机场场面上飞机和机动车辆的移动状况。在机场适当位置安装场面监视雷达设备和监视设备，可使管制员在任何条件下都能知悉机场场面交通状况，从而大大改善机场场面的管制条件和安全，提高地面运行效率。目前的机场场面监视雷达系统主要采用雷达天线+转台的工作方式。工作模式的机场场面监视雷达系统的雷达天线的离地高度为20-30m，同时在转台作用下转速甚至达到60r/min。一方面，达到上述离地高度的雷达天线在作转动轴为铅垂线的回转动作时，常易发生“灯下黑”状况；雷达天线离地高度越高，雷达天线与地面间所存在的照射盲区就越大，这显然对机场场面的管制安全造成不利影响。另一方面，目前的雷达天线的箱体都采用铝合金框架结构，其结构形式复杂、零部件数量较多、重量较重且尺寸较大，往往会对雷达天线的高速旋转产生影响，进而使得雷达天线对观测区域的扫描速度变慢。随着空中流量的不断增多,地面航空器和机动车辆的有效管理要求日益突出，只会对雷达的天线箱体的外形尺寸、重量、风载荷作用面积等技术指标要求愈加提高，传统雷达天线的材质及结构已经难以满足现代化机场监控的应用需求。
技术实现思路
本专利技术的其中一个目的为克服上述现有技术的不足，提供一种密度低、抗拉强度及屈服强度高的碳纤维复合材料及其制备方法；本专利技术的另一个目的则是利用上述碳纤维复合材料而制成雷达天线，并使该雷达天线具备质地轻盈、便于维护、制造周期及制造成本更低的优点，从而能有效满足雷达天线工作时的高速旋转需求。为实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案：一种碳纤维复合材料，其特征在于：本复合材料由环氧树脂及高强度碳纤维组成；各组分重量和按100％计算，高强度碳纤维的重量百分比数为60％～70％，环氧树脂的重量百分比数为30％～40％；其中，所述高强度碳纤维为聚丙烯腈处理的连续长丝型碳纤维；所述环氧树脂中，潜伏性胺类固化剂占环氧树脂总量的5～10％。一种制作所述碳纤维复合材料的制备方法，包括以下步骤：1)、按照上述各重量百分比数来称取原料；2)、采用干法成型工艺，获得环氧树脂制成的均匀含胶的预浸料；2)、以一层预浸料层、一层高强度碳纤维层的方式，将预浸料与高强度碳纤维逐层铺贴在模具型腔面上；3)、将经步骤2)处理后的模具置入烘箱内，在120°温度及0.1MPa压力下保温保压2小时，获得所述碳纤维复合材料。一种应用所述碳纤维复合材料的雷达天线，其特征在于：本天线包括箱体以及安装于箱体内的馈电网络，所述箱体包括顶板、底板以及分别连接上述板体同侧长边的天线罩及防风罩；所述顶板、底板、天线罩及防风罩共同围合形成长条筒状结构，在该长条筒状结构的两筒口处布置用于封闭该筒口的侧板；本天线还包括位于箱体筒腔内且彼此并列平行布置的上骨架及下骨架，上骨架及下骨架外形均呈横截面为顶窄底宽的梯形的筒状构造，且两骨架的筒长方向平行箱体长度方向，上骨架的底面与顶板间构成固接配合，下骨架的底面与底板间构成固接配合，上骨架与下骨架彼此顶面相向且两顶面之间间隙构成用于夹持和固定馈电网络的安置区域，馈电网络的信号发射端指向天线罩方向；上骨架及下骨架的筒腔内布置有用于加强自身结构强度的加强筋。优选的，所述上骨架及下骨架的位于馈电网络的信号发射端与天线罩之间的斜面彼此组合构成“八”字状的信号导向面，信号导向面的阔口端处固接极化罩；以上骨架处的上述斜面为上斜面，以下骨架处的上述斜面为下斜面，沿垂直箱体长度方向而作馈电网络的横截面，所述馈电网络的对称线与下斜面之间形成的夹角角度大于馈电网络的对称线与上斜面之间形成的夹角角度。优选的，所述加强筋外形均长条板状，加强筋板面垂直顶板及底板板面；各骨架处的加强筋均为三道且沿顶板及底板宽度方向依次均布。优选的，在底板外侧板面处还依次布置有加强板及安装板；所述底板、加强板及安装板彼此板面贴合且在三者板体中部处同轴贯穿有供线路通行的安装孔。优选的，所述天线罩及防风罩外形均呈弧面板状，在天线罩及防风罩的外侧面处均涂覆有一层疏水性润滑材料。本专利技术的主要优点在于：1)、与传统的雷达天线的箱体及内部支撑所采用的铝合金等常规材料相比，本专利技术所使用的碳纤维复合材料具备更高的比强度及比刚度，同时热膨胀系数及阻尼性能更好。此外，由于采用了逐层层叠的平铺制备方式，且聚丙烯腈处理的连续长丝型碳纤维与环氧树脂之间具有良好的相容性，使得制作本复合材料时可按制件的不同方位受力大小进行铺层设计，工艺上也可整体成型，有利于减少零件的数目和简化部件结构。此外的，在制造步骤中，采用干法成型及保温保压固化技术，也可有效消除与模具的热膨胀系数差别所引起的变形状况，最终保证如天线罩反射面等部位的型面精度，最终进一步的提升本复合材料所形成的雷达天线的工作可靠性。2)、抛弃了传统的框架结构的内层支撑体系所带来的诸如结构复杂、重量较重乃至高速转动性能差等缺陷。本专利技术在传统长条箱体结构的基础上，通过上骨架及下骨架的彼此配合从而夹紧和紧固馈电网络，从而在铅垂向上形成顶板、上骨架、馈电网络、下骨架以及底板的多层次一体化的装配体系。上述上骨架及下骨架采用独特的碳纤维复合材料一体成型，再后期进行模块化的逐个装配，一方面简化了支撑件结构，使得本专利技术在确保馈电网络固接稳定性和整机高可靠性的同时，相对传统结构而言具备了零部件数目更少、生产制造周期更短、制造成本更低的优点。另一方面，也减少了因焊接等工艺引起的变形的影响，不仅通用性和可维修性更好，同时重量更轻、刚度更好、外形尺寸尤其是高度方向尺寸较小，更可有效的减少风载荷对天线运转时的影响。此外的，由于上骨架与下骨架彼此顶面相对，在整个箱体横截面上形成了“X”型的空间支撑构造，可使得箱体内部空间更大且布局紧凑对称，显然也有利于内部馈电网络的安装与维护，这也利于进一步降低天线的转动惯量和风阻力矩，从而减小天线座的电机驱动力矩。馈电网络将上下两个封闭的骨架联接成一个稳定的X型支撑，再与前部天线罩、后部防风罩及左右侧板组成封闭式箱体，避免了外部的粉尘、湿气对内部器件的腐蚀与损坏。3)、作为上述方案的进一步优选方案，在馈电网络的信号发射端形成喇叭口构造，以保证对馈电网络发出信号的定向传导功能。值得注意的是，上述喇叭口构造中，下斜面的下倾角度实际上是大于上斜面的上倾角度的；换言之，也即沿垂直箱体长度方向而作馈电网络的横截面时，馈电网络的对称线与下斜面板面之间形成的夹角角度大于馈电网络的对称线与上斜面板面之间形成的夹角角度。上述两道夹角的差异性，使得本专利技术的探测区域相对更为偏下，其探测的盲区显然也就更少。下斜面的下倾角度越大，雷达天线与地面间所存在的照射盲区就越小，显然也就更利于提升机场场面的管制安全性。4)、上骨架及下骨架的筒腔处内置加强筋，有利于进一步的提升本专利技术的整体结构刚度。加强筋沿上骨架及下骨架的筒长方向延伸设置，一方面起到原本的结构强度增强效果，另一方面也不至于阻碍箱体内部导线等其他附属元件的安本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种碳纤维复合材料，其特征在于：本复合材料由环氧树脂及高强度碳纤维组成；各组分重量和按100％计算，高强度碳纤维的重量百分比数为60％～70％，环氧树脂的重量百分比数为30％～40％；其中，所述高强度碳纤维为聚丙烯腈处理的连续长丝型碳纤维；所述环氧树脂中，潜伏性胺类固化剂占环氧树脂总量的5～10％。

【技术特征摘要】
1.一种碳纤维复合材料，其特征在于：本复合材料由环氧树脂及高强度碳纤维组成；各组分重量和按100％计算，高强度碳纤维的重量百分比数为60％～70％，环氧树脂的重量百分比数为30％～40％；其中，所述高强度碳纤维为聚丙烯腈处理的连续长丝型碳纤维；所述环氧树脂中，潜伏性胺类固化剂占环氧树脂总量的5～10％。2.一种制作如权利要求1所述的碳纤维复合材料的制备方法，其特征在于包括以下步骤：1)、按照上述各重量百分比数来称取原料；2)、采用干法成型工艺，获得环氧树脂制成的均匀含胶的预浸料；2)、以一层预浸料层、一层高强度碳纤维层的方式，将预浸料与高强度碳纤维逐层铺贴在模具型腔面上；3)、将经步骤2)处理后的模具置入烘箱内，在120°温度及0.1MPa压力下保温保压2小时，获得所述碳纤维复合材料。3.一种应用如权利要求1及2所述碳纤维复合材料的雷达天线，其特征在于：本天线包括箱体(10)以及安装于箱体(10)内的馈电网络(40)，所述箱体(10)包括顶板(11)、底板(12)以及分别连接上述板体同侧长边的天线罩(13)及防风罩(14)；所述顶板(11)、底板(12)、天线罩(13)及防风罩(14)共同围合形成长条筒状结构，在该长条筒状结构的两筒口处布置用于封闭该筒口的侧板(15)；本天线还包括位于箱体(10)筒腔内且彼此并列平行布置的上骨架(20)及下骨架(30)，上骨架(20)及下骨架(30)外形均呈横截面为顶窄底宽的梯形的筒状构造，且两骨架的筒长方向平行箱体(10)长度方向，上骨架(20)的底面与顶板(11)间构成固接配合，下骨架(30)的底面与...

【专利技术属性】
技术研发人员：李成，丁飞，
申请(专利权)人：安徽四创电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：安徽,34