Изготовление гибких волноводов для космических аппаратов

УДК 629.78:621.372.8

Изготовление гибких волноводов для космических аппаратов

Manufacturing of flexible waveguides for space vehicles

Введение

В соответствии с принципами конструирования волноводных трактов антенно-фидерной системы космического аппарата (АФС КА) для компенсации монтажных напряжений при сборке, температурной компенсации, демпфирования вибраций, в волноводные тракты устанавливают гибкие волноводы (ГВ). Гибкие волноводы для АФС КА должны быть минимальными по массе, устойчивыми к космическому излучению, иметь высокие упругие свойства в температурном диапазоне ±120°С и заданные радиотехнические характеристики. Исходя из этих требований, для изготовления ГВ выбран материал – бериллиевая бронза БрБ2 с покрытием внутреннего канала серебром, обладающим высокой электропроводностью: проводимость 6,17·10⁷ См/м, поверхностное сопротивление 2,52·10^-2 Ом [1]. Серебро наносится электролитическим способом.

В общем случае гибкий волновод состоит из гофрированной гибкой волноводной секции (ГВС) прямоугольного поперечного сечения, представленной на рис. 1а, с соединительными фланцами на концах. Для снижения массы волноводного тракта ГВС может быть интегрирована в волновод, показанный на рис. 1б.

Технология изготовления гибкой волноводной секции

Заготовки ГВС в условиях мелкосерийного производства изготавливаются из листа методом многопереходной вытяжки с последующим волочением [2]. В результате холодной пластической деформации получаем тонкостенную трубную заготовку с толщиной стенки 0,1 мм. Внутренний диаметр круглой трубы заготовки зависит от заданного сечения ГВС.

Переход от круглого поперечного сечения заготовки к прямоугольному осуществляется с применением специальной профилирующей оснастки.

Заготовка прямоугольного сечения передаётся на установку гофрирования. В зависимости от величины сечения ГВС гофрирование выполняется с использованием двух различных технологий:

• гофрирование заготовок ГВС сечением WR51, WR62, WR75, WR90, WR112, WR137, WR229, WR340 выполняется методом формования эластичным пуансоном;
• гофрирование заготовок ГВС сечением WR22, WR28, WR34, WR42 выполняется методом гидроформовки.

На рис. 2 представлена блок-схема технологии изготовления ГВС.

Рис. 2. Блок-схема технологии изготовления ГВС

В установке для гофрирования ГВС, представленной на рис. 3, гофрирование заготовки осуществляется разжимным эластичным пуансоном, находящимся внутри заготовки ГВС. На установке необходимо отрегулировать ход штока на величину шага гофра, надеть заготовку на пуансон и устранить перекосы. Перед началом работы на гладкую поверхность матрицы для уменьшения трения между заготовкой и матрицей наносят тонкий слой смазки.

Рис. 3. Установка гофрирования ГВС сечением WR51-WR340

При рабочем ходе силового штока эластичный пуансон сжимается и давит на стенки трубы-заготовки, формуя ее в соответствии с поверхностью матрицы. В процессе деформации заготовки давление на ее стенки постоянно в каждой точке поверхности за счет упругих свойств пуансона. Это обеспечивает точное соответствие форм гофра и матрицы и равномерную вытяжку металла заготовки.

После того как гофр отформован, сжимающее усилие снимается с пуансона, матрица разъединяется и шток, на котором помещен пуансон вначале поднимается, а затем вместе с заготовкой волноводной трубы опускается на шаг t (шаг гофра). Последующий процесс гофрообразования повторяется в той же последовательности. Все указанные операции, кроме установки заготовки, производятся автоматически. Геометрические размеры поперечного сечения гофрированных секций, полученных этим способом, изменяются строго периодически. Матрица должна конструироваться с учетом упругих деформаций формуемого материала. Точность ее изготовления будет определять точность изготовления гофрированной волноводной трубы [3].

После гофрирования заготовка ГВС сжимается на установке сближения гофр. Окончательно сформованная ГВС показана на рис. 4.

Рис. 4. Гибкая волноводная секция сечением WR75: а) после гофрирования б) после сближения гофр

При изготовлении ГВС методом гидроформовки заготовка устанавливается между двумя полуматрицами, собранными из подвижных пластин, герметизируется по торцам и включается в гидравлический контур. Внутреннее давление для формообразования создает жидкость (дистиллированная вода), под давлением подаваемой внутрь заготовки. При этом образование волны гофра происходит за счет втягивания свободной части заготовки в полость матрицы между подвижными пластинами с одновременным их сближением за счёт создаваемого осевого давления. При такой схеме формования отсутствует уменьшение толщины стенки трубы и за счет равномерного давления не наблюдается вмятин, наклепа и порывов поверхности [4]. На рис. 5 показана установка гидроформовки.

Рис. 5. Установка гидроформовки

Особенности технологии изготовления гибкого волновода

Гибкие волноводы изготавливаются с использованием гибкой волноводной секции по двум вариантам технологий:

• технология высокотемпературной пайки. Пайка производится припоем ПСр40 с флюсом ПВ 209 при температуре 650°–670°С;
• технология низкотемпературной пайки. Пайка производится припоем ПСр3Кд с флюсом ФДФС при температуре 360°–380°С.

Последовательность технологических операций при высокотемпературной пайке: пайка → отмывка флюса → осветление → термообработка (старение) → гальваническое покрытие серебром → контроль радиотехнических характеристик →окончательная сдача.

Последовательность технологических операций при низкотемпературной пайке: гальваническое покрытие серебром фланцев и ГВС → пайка → отмывка флюса → контроль радиотехнических характеристик → окончательная сдача. На рис. 6 показаны изготовленные гибкие волноводы.

Рис. 6. Изготовленные гибкие волноводы сечением WR75

Изготовленные по представленной технологии гибкие волноводы прошли полный цикл необходимых испытаний, в том числе транспортные испытания, испытания на удар, ресурсные испытания, радиотехнические испытания. Результат испытаний положительный.

Вывод

Представленная технология позволяет изготавливать гибкие волноводы для волноводных трактов АФС КА.

Библиографический список

1. Чернушенко А.М., Меланченко Н.Е., Малорацкий Л.Г., Петров Б.В. Конструкции СВЧ устройств и экранов. – М.: Радио и связь, 1983. – 400 с.
2. Романовский В.П. Справочник по холодной штамповке. – Л.: Машиностроение, 1979. – 520 с.
3. Бушминский И.П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства: учеб. пос. – М.: Высшая школа, 1974. – 304 с.
4. Марычев С.Н. Технология изготовления упругих элементов приборов: учеб. пос. – Владимир: Влад. гос. ун-т, 2008. – 36 с.

Масанов Андрей Глебович – заместитель главного технолога АО «ИСС». Тел.: +7 (391) 972-24-39. E-mail: office@iss-reshetnev.ru / Masanov Andrey Glebovich – Deputy Chief Technologist of JSC «ISS». Tel.: +7 (391) 972-24-39. E-mail: office@iss-reshetnev.ru

Злотенко Владимир Владимирович – канд. техн. наук, ведущий специалист АО «ИСС». Тел.: +7 (391) 972-24-39. E-mail: office@iss-reshetnev.ru / Zlotenko Vladimir Vladimirovich – Ph.D. in Engineering Sciences, Leading Specialist of JSC «ISS». Tel.: +7 (391) 972-24-39. E-mail: office@iss-reshetnev.ru