一种海潜天线罩及其制作方法

摘要

本发明公开了一种海潜天线罩及其制作方法，涉及新材料制备领域，该天线罩包括可拆装连接的前罩和后罩，前罩和后罩通过紧固螺丝安装以形成容纳雷达及天线的保护腔，前罩采用石英纤维铺层结构，后罩采用碳纤维铺层结构。本发明提出的天线罩具有制作简单、机械强度高、密封性能好、透波率高等优点，能够在700米以下的深海环境工作，即使承受7Mpa以上的高压，也能可靠工作，不发生形变、漏水等故障，保护先进雷达及天线在深海中的正常运行。

权利要求

1.一种海潜天线罩，其特征在于，包括可拆装连接的前罩(1)和后罩(2)，所述前罩(1)和后罩(2)通过紧固螺丝(3)安装以形成容纳雷达及天线的保护腔，前罩(1)和后罩(2)的接触面处设置有密封圈(4)，后罩(2)的底部设置有底座(5)，其中：所述前罩(1)采用石英纤维铺层结构，所述后罩(2)采用碳纤维铺层结构；

所述石英纤维铺层结构和碳纤维铺层结构采用热成型压力机(6)和模具(7)制作，所述模具(7)设置在热成型压力机(6)的加压面(601)和支撑台(602)之间，其中：所述模具(7)包括内部的产品腔(701)、套设在产品腔(701)上的真空密封袋(702)、用于真空密封袋(702)内部抽真空的真空导气通道(703)和用于真空密封袋(702)外部加压的压力气体导入通道(704)、以及产品腔(701)上部的盖板(705)，模具(7)的上表面设置有密封件(706)。

2.如权利要求1所述的一种海潜天线罩，其特征在于，所述石英纤维铺层结构和碳纤维铺层结构均采用多角度交叉铺设方案，其中：铺层角度包括0°、15°、45°、60°和90°中的一种或多种，相邻层之间角度相差15°或30°。

3.如权利要求2所述的一种海潜天线罩，其特征在于，所述多角度交叉铺设方案中的各铺层依次采用0°、15°、60°、45°和90°的铺层角度，周期循环。

4.如权利要求1至3任意一项所述的一种海潜天线罩的制作方法，其特征在于，所述前罩采用如下步骤制作：

A1)在前罩模具上按照多角度交叉铺设方案铺贴石英纤维预浸料；

A2)将前罩模具和石英纤维预浸料置于高温高压环境成型；

A3)把成型后的前罩石英纤维粗胚件进行法兰加工。

5.如权利要求4所述的一种海潜天线罩的制作方法，其特征在于，所述后罩采用如下步骤制作：

B1)在后罩模具上按照多角度交叉铺设方案铺贴碳纤维预浸料；

B2)将后罩模具和碳纤维预浸料置于高温高压环境成型；

B3)把成型后的后罩碳纤维粗胚件进行机械加工；

B4)用酒精清洗后罩的所有粘接界面；

B5)用专用胶黏剂在后罩上粘接加工好的钛合金法兰预埋件；

B6)用专用胶黏剂在后罩上粘接固化后进行粘接法兰盘；

B7)固化后的后罩进行第二次机械加工；

B8)在后罩上安装法兰面密封条。

6.如权利要求5所述的一种海潜天线罩的制作方法，其特征在于，所述高温高压环境的压力范围为0.6MPA至1.6MPA，温度范围是150℃至180℃。

7.如权利要求6所述的一种海潜天线罩的制作方法，其特征在于，生成所述高温高压环境具体包括如下步骤：

C1)针对5mm及以下的制品，从室温开始以1至2℃/min的升温速率升温至180℃，同时以

0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.5MPA，在180℃且1.5MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至60℃以下脱模；

C2)针对5mm以上的制品，从室温开始以0.5至1℃/min的升温速率升温至150℃，同时以

0.005MPA至0.01MPA/min的升压速率升压至1MPA，在150℃且1MPA的条件下保持60分钟后，再以0.5至1℃/min的升温速率升温至180℃，同时再以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.6MPA,在180℃且1.6MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至60℃以下脱模。

说明书

一种海潜天线罩及其制作方法

技术领域

[0001] 本发明新材料制备领域，具体涉及一种海潜天线罩。

背景技术

[0002] 目前，国内的深潜天线罩大部分由钛合金和玻璃纤维制造而成，潜水深度大概在300米左右。由于我国不断对更深海域的探索，对深海域雷达罩、天线罩的要求越来越高，如
何保证先进雷达及天线在深海中的正常运行成为当前的技术难题。深潜天线罩处于深海暴
露环境，直接受到海水压力、腐蚀等侵袭，属于极端环境的一种，例如，在海底700米深海中
需要承受中7Mpa的压力，如何不破坏、不变形，并且要密封良好长期困扰本领域的技术人
员。

发明内容

[0003] 有鉴于此，本发明提出了一种海潜天线罩及其制作方法，该天线罩具有制作简单、机械强度高、密封性能好、透波率高等优点，能够在700米以下的深海环境工作，即使承受
7Mpa以上的高压，也能可靠工作，不发生形变、漏水等故障，保护先进雷达及天线在深海中
的正常运行。

[0004] 为了实现本发明的目的，本发明采用如下技术方案：

[0005] 一种海潜天线罩包括可拆装连接的前罩和后罩，所述前罩和后罩通过紧固螺丝安装以形成容纳雷达及天线的保护腔，前罩和后罩的接触面处设置有密封圈，后罩的底部设
置有底座，其中：所述前罩采用石英纤维铺层结构，所述后罩采用碳纤维铺层结构。

[0006] 优选的，所述石英纤维铺层结构和碳纤维铺层结构均采用多角度交叉铺设方案，其中：铺层角度包括0°、15°、45°、60°和90°中的一种或多种，相邻层之间角度相差15°或
30°。

[0007] 优选的，所述多角度交叉铺设方案中的各铺层依次采用0°、15°、60°、45°和90°的铺层角度，周期循环。

[0008] 优选的，所述石英纤维铺层结构和碳纤维铺层结构采用热成型压力机和模具制作，所述模具设置在热成型压力机的加压面和支撑台之间，其中：所述模具包括内部的产品
腔、套设在产品腔上的真空密封袋、用于真空密封袋内部抽真空的真空导气通道和用于真
空密封袋外部加压的压力气体导入通道、以及产品腔上部的盖板，模具的上表面设置有密
封件。

[0009] 一种海潜天线罩的制作方法中，所述前罩采用如下步骤制作：

[0010] A1)在前罩模具上按照多角度交叉铺设方案铺贴石英纤维预浸料；

[0011] A2)将前罩模具和石英纤维预浸料置于高温高压环境成型；

[0012] A3)把成型后的前罩石英纤维粗胚件进行法兰加工。

[0013] 一种海潜天线罩的制作方法中，所述后罩采用如下步骤制作：

[0014] B1)在后罩模具上按照多角度交叉铺设方案铺贴碳纤维预浸料；

[0015] B2)将后罩模具和碳纤维预浸料置于高温高压环境成型；

[0016] B3)把成型后的后罩碳纤维粗胚件进行机械加工；

[0017] B4)用酒精清洗后罩的所有粘接界面；

[0018] B5)用专用胶黏剂在后罩上粘接加工好的钛合金法兰预埋件；

[0019] B6)用专用胶黏剂在后罩上粘接固化后进行粘接法兰盘；

[0020] B7)固化后的后罩进行第二次机械加工；

[0021] B8)在后罩上安装法兰面密封条。

[0022] 优选的，所述高温高压环境的压力范围为0.6MPA至1.6MPA，温度范围是150℃至180℃。生成所述高温高压环境具体包括如下步骤：

[0023] C1)针对5mm及以下的制品，从室温开始以1至2℃/min的升温速率升温至180℃，同时以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.5MPA，在180℃且1.5MPA的条件下保持160
分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至60℃以下脱模；

[0024] C2)针对5mm以上的制品，从室温开始以0.5至1℃/min的升温速率升温至150℃，同时以0.005MPA至0.01MPA/min的升压速率升压至1MPA，在150℃且1MPA的条件下保持60分钟
后，再以0.5至1℃/min的升温速率升温至180℃，同时再以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速
率升压至1.6MPA,在180℃且1.6MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降
温至60℃以下脱模。

[0025] 本发明的海潜天线罩具有以下有益效果：

[0026] 该天线罩具有制作简单、机械强度高、密封性能好、透波率高等优点，能够在700米以下的深海环境工作，即使承受7Mpa以上的高压，也能可靠工作，不发生形变、漏水等故障，
保护先进雷达及天线在深海中的正常运行。同时，该前罩在X频段天线工作时，天线前罩透
波率高于90％，在6.7MPA耐水压实验中，能够密封完整、不进水。

附图说明

[0027] 图1为本发明的正面结构示意图；

[0028] 图2为本发明的侧面结构示意图；

[0029] 图3为本发明中0°和15°的交叉铺设方案示意图；

[0030] 图4为本发明中15°和60°的交叉铺设方案示意图；

[0031] 图5为本发明中0°和45°的交叉铺设方案示意图；

[0032] 图6为本发明中0°和90°的交叉铺设方案示意图；

[0033] 图7为本发明的热成型压力机结构示意图；

[0034] 图8为本发明的模具结构示意图。

[0035] 图中，1-前罩、2-后罩、3-紧固螺丝、4-密封圈、5-底座、6-热成型压力机、601-加压面、602-支撑台、7-模具、701-产品腔、702-真空密封袋、703-真空导气通道、704-压力气体
导入通道、705-盖板、706-密封件。

具体实施方式

[0036] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的
方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或
元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。术
语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所
指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个
或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

[0037] 如图1和图2所示，一种海潜天线罩包括可拆装连接的前罩1)和后罩2，前罩1和后罩2通过紧固螺丝3安装以形成容纳雷达及天线的保护腔，前罩1和后罩2的接触面处设置有
密封圈4，后罩2的底部设置有底座5，具体的，前罩1的中部设置有加强结构，该结构一方面
用于透波需求，另一方面用于强化机械强度。后罩2的边缘为波浪形造型，同样是为了增加
结构强度。底座5和后罩2通过螺丝连接，可以在连接后上胶，在接触端面形成结构胶。前后
罩中间夹密封圈，然后螺丝锁紧，起到固定密封的作用。

[0038] 需要说明的是，前罩1采用石英纤维铺层结构，后罩2采用碳纤维铺层结构。具体的，天线罩是保护天线系统免受外部环境影响的结构物。它在电气性能上具有良好的电磁
波穿透特性，机械性能上能经受外部恶劣环境的作用，碳纤维复合材料具有比强度高、比模
量高、热膨胀系数低、耐腐蚀、耐环境性好等特点，石英玻璃纤维具有耐高温绝缘、耐烧蚀、
耐腐蚀、隔热透波、优良的介电性能和良好的化学稳定性。

[0039] 如图3至6所示，石英纤维铺层结构和碳纤维铺层结构均采用多角度交叉铺设方案，其中：铺层角度包括0°、15°、45°、60°和90°中的一种或多种，相邻层之间角度相差15°或
30°。本实施例中，多角度交叉铺设方案中的各铺层依次采用0°、15°、60°、45°和90°的铺层
角度，周期循环。

[0040] 具体的，生产上述石英纤维铺层结构和碳纤维铺层结构需要采用热成型压力机6和模具7制作，如图7所示，是为了使压力作用时温度更快速均匀的作用于纤维材料，且压力
较大，为保证生产的安全性，该设计采用封盖将模具密闭后对密封的模具腔体加压。本实施
例中，使用500T热成型压力机对模具进行密封，其优点在于：1、压力机对整个密封面全面作
用力，密封效果有保证，2、压力机加热速度更快，可以尽力接近工艺中的升温速度要求3、可
以满足腔体内更高加压值的工艺要求，4、因为工艺设计需要进行多次分段的加热加压作
用，可以有效降低成型工艺的制造成本。

[0041] 需要说明的是，如图8所示，模具7设置在热成型压力机6的加压面601和支撑台602之间，其中：模具7包括内部的产品腔701、套设在产品腔701上的真空密封袋702、用于真空
密封袋702内部抽真空的真空导气通道703和用于真空密封袋702外部加压的压力气体导入
通道704、以及产品腔701上部的盖板705，模具7的上表面设置有密封件706。

[0042] 需要进一步说明的是，该前罩采用如下步骤制作：

[0043] A1)在前罩模具上按照多角度交叉铺设方案铺贴石英纤维预浸料；

[0044] A2)将前罩模具和石英纤维预浸料置于高温高压环境成型；

[0045] A3)把成型后的前罩石英纤维粗胚件进行法兰加工。

[0046] 需要进一步说明的是，后罩采用如下步骤

[0047] B1)在后罩模具上按照多角度交叉铺设方案铺贴碳纤维预浸料；

[0048] B2)将后罩模具和碳纤维预浸料置于高温高压环境成型；

[0049] B3)把成型后的后罩碳纤维粗胚件进行机械加工；

[0050] B4)用酒精清洗后罩的所有粘接界面；

[0051] B5)用专用胶黏剂在后罩上粘接加工好的钛合金法兰预埋件；

[0052] B6)用专用胶黏剂在后罩上粘接固化后进行粘接法兰盘；

[0053] B7)固化后的后罩进行第二次机械加工；

[0054] B8)在后罩上安装法兰面密封条。

[0055] 具体的，因为产品最终厚度很厚，为保证各层间结合力足够，本方案采用分段预成型工艺，各分段做不同的压力和温度控制，并在前一阶段成型后检测实际情况，根据检测数
值对下一阶段的温度和压力做实际微调，如在设计范围内，则按照计划实行下一阶段的成
型，压力值从0.6MPA～1.6MPA作用于不同的阶段，温度根据碳纤维预浸料成型工艺温度曲
线进行操作，具体如下：

[0056] C1)针对5mm及以下的制品，从室温开始以1至2℃/min的升温速率升温至180℃，同时以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速率升压至1.5MPA，在180℃且1.5MPA的条件下保持160
分钟至190分钟后，释放压力且自然降温至60℃以下脱模；

[0057] C2)针对5mm以上的制品，从室温开始以0.5至1℃/min的升温速率升温至150℃，同时以0.005MPA至0.01MPA/min的升压速率升压至1MPA，在150℃且1MPA的条件下保持60分钟
后，再以0.5至1℃/min的升温速率升温至180℃，同时再以0.01MPA至0.02MPA/min的升压速
率升压至1.6MPA,在180℃且1.6MPA的条件下保持160分钟至190分钟后，释放压力且自然降
温至60℃以下脱模。

[0058] 需要进一步说明的是，产品成型后在边缘处会有一定的毛边，且对毛坯件需进行二次加工，二次加工主要加工螺丝孔位和密封槽，因为二次加工会破坏局部纤维的连续性，
且加工会产生一定的热量，破坏树脂性能，不好的加工还好拉扯纤维，将纤维整条拔起，为
尽量介绍二次加工对产品的破坏，我们做以下优化措施：1、成型时在最外部一定厚度采用
编织纤维，可降低脱丝的风险；2、加工时选用定制碳纤维加工铣刀，最大程度降低拉丝，破
坏不加工部位结构的风险；3、加工采用快转数，低切削量的加工参数，避免产生热量破坏树
脂强度；4、采用工装固定，避免加工产生变形，内应力等问题。

[0059] 需要再说明的是，产品加工完成后需要进行检验，检验方法如下:

[0060] 一、由于产品设计为承受外部6.7MPA压力，首先需要检验产品的气密性并承受一定压力，先对安装好的产品上罩、下罩、底座连接锁紧，连接部位有密封圈进行密封,底座底
部有连接与内腔的设备走线孔，制作工装安装于产品底座上，并连接气管与工装上)内部充
气，并将产品完全浸没水中，待水静止后，逐步充气，充气压力0.05MPA—0.1MPA—
0.15MPA—0.2MPA,每一个压力值达到后，静置30分钟，观察产品上是否有气泡冒出，同时观
察气压表是否有压力变化，为使观察这个，需将产品从0°—90°—180°—270°旋转一周，每
个角度执行增压操作，并观察，无漏气证明气密性良好，则进行外压检测。

[0061] 二、外压检测需将产品底座上的走线孔密封，完全浸没与压力容器中，压力容器中充水并加压，具体的加压操作流程为：1、将内气压试验合格的天线罩，置于水压试验容器中
容器不得有渗漏)；2、分别加压至1MPa、2MPa和3MPa，正常时加压速度不大于0.2MPa/min；各
保压15min，保压过程中观察压力保持情况，不得出现压力下降现象压力降低0.1Mpa以上)，
否则终止试验；3、继续加压至4.5MPa，加压速度不大于0.15MPa/min保压4h，保压过程不得
出现压力下降现象压力降低0.1Mpa以上)，否则终止试验；4、继续加压至6.7MPa，加压速度
不大于0.1MPa/min保压4h，保压过程不得出现压力下降现象压力降低0.1Mpa以上)，否则终
止试验；然后降压至常压；5、取出天线罩，打开密封工装及前后罩进行检查，内腔应无水滴
和积水等现象；6、减压要求：试验正常时减压速度不大于0.2MPa/min。

[0062] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可
以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；
而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和
范围。