不可展频率选择表面的加工方法研究

发布时间：2017-04-10 10:17

  本文关键词：不可展频率选择表面的加工方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：频率选择表面(Frequency Selective Surface,简称FSS)是一种具有空间选择频率滤波作用的二维周期性结构,其物理结构主要由支撑其机械性能的介质基底和金属薄膜阵列单元组成。由于其电磁传输特性,FSS广泛应用于雷达罩及航天航空领域,能够使目标载体在空间电磁场中达到隐身或过滤的作用。但目前曲面FSS加工还主要停留在研究层面,能够实现工程应用的加工工艺还有待进一步探讨。本文以“耶路撒冷”十字单元FSS的不可展曲面加工方法为研究对象,对该十字单元平面结构进行电磁仿真,分析其单元形状参数的改变对于传输特性变化规律；建立平面FSS与曲面之间的映射关系,利用半球和近似锥形曲面为载体对曲面FSS进行三维建模；分析不同的曲面FSS加工方法之间的优劣,并以激光扫描刻蚀的方法对半球曲面进行加工,分析误差影响因素。首先,本文从选定的“耶路撒冷”十字单元的形状特性分析,利用软件HFSS对该单元的平面结构进行电磁仿真,通过改变其形状参数来分析其形状对于传输特性的影响规律。根据文献资料,分别选取该单元边缘长度a、十字长度b以及缝隙宽度w为形状参数,以其设计值的2%作为改变量分别进行传输特性仿真,并将仿真数据拟合到Origin进行曲线分析。其次,根据已知的FSS单元对于其形状改变的影响规律,分析曲面FSS建模的目标要求,并以不可展曲面的外形特性建立FSS与曲面的映射关系,使平面FSS相切于曲面方式在空间阵列。以此方式,分别建立半球曲面和近似锥形曲面的FSS结构模型。再次,针对曲面FSS三维模型分析不同的加工方法产生的影响,以数控机械加工和曲面近似展开为例分别对半球曲面和近似锥形曲面进行分析。然后利用激光刻蚀原理在曲面上的应用,以振镜激光扫描刻蚀的方法将FSS单元以逐层阵列扫描的进行加工实验,并以两种不同投影方式所得到二维平面轨迹对半球曲面进行扫描刻蚀,分析其加工结果。最后,进一步分析半球曲面激光扫描刻蚀加工的FSS误差大小及其变化规律和扫描光束路径。分析实验加工的二维轨迹投影方式与曲面FSS单元形状参数变化之间的规律,并进一步优化实验加工方式,结合该单元FSS形状对于传输特性影响规律使其尺寸变化范围在标准设计尺寸的两侧,提高曲面FSS的加工制造精度。本文还从理论方向分析了两种投影方式的二维轨迹所加工出的曲面FSS之间的光束路径之间的形状变形误差关系,并对点投影方式的二维轨迹进行矩阵算法分析,从几何角度建立曲面FSS结构与二维FSS轨迹之间的数学关系。
【关键词】：频率选择表面 曲面二次加工 激光扫描刻蚀 形状误差优化
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN249;O441
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-19
• 1.1 选题背景及研究意义10-11
• 1.2 国内外研究现状11-15
• 1.2.1 复杂曲面分片展开加工方面11-12
• 1.2.2 数字化机械加工方面12-13
• 1.2.3 激光刻蚀加工方面13-15
• 1.3 本文研究内容15-19
• 1.3.1 研究目标15-17
• 1.3.2 研究思想17-19
• 2 频率选择表面传输特性分析19-30
• 2.1 频率选择表面的分类19-21
• 2.1.1 按传输性能分类19-20
• 2.1.2 按单元特性分类20-21
• 2.2 FSS的参数仿真21-25
• 2.2.1 FSS仿真流程21-23
• 2.2.2 “耶路撒冷”单元电磁仿真23-25
• 2.3 FSS单元形状对传输特性的影响25-28
• 2.3.1 孔径带度w对传输特性影响25-26
• 2.3.2 边缘长度a对传输特性影响26-27
• 2.3.3 十字长度b对传输特性影响27-28
• 2.3.4 形状参数对传输特性影响分析28
• 2.4 本章小节28-30
• 3 曲面FSS结构的三维建模30-36
• 3.1 曲面FSS的结构分析30-31
• 3.1.1 曲面的弯曲特性30
• 3.1.2 曲面FSS建模的目标要求30-31
• 3.2 半球曲面FSS建模31-34
• 3.2.1 半球曲面FSS建模原理31-32
• 3.2.2 半球曲面FSS的三维建模过程32-34
• 3.3 近似锥形曲面FSS的建模34-35
• 3.3.1 近似锥形曲面建模原理34
• 3.3.2 近似锥形曲面FSS三维建模过程34-35
• 3.4 本章小节35-36
• 4 曲面FSS的加工方法研究36-55
• 4.1 机械数控加工仿真36-42
• 4.1.1 机械数控加工曲面FSS分析36-37
• 4.1.2 Mastercam曲面FSS加工工艺分析37-38
• 4.1.3 Mastercam加工及结果仿真38-42
• 4.2 曲面近似展开分析42-44
• 4.3 激光振镜扫描刻蚀加工方法44-53
• 4.3.1 激光刻蚀加工的相关理论44-47
• 4.3.2 激光刻蚀实验加工装置47-48
• 4.3.3 激光曲面FSS刻蚀加工原理48-51
• 4.3.4 激光曲面FSS刻蚀实验方法51-53
• 4.4 本章小节53-55
• 5 振镜激光曲面FSS扫描刻蚀分析55-77
• 5.1 半球FSS激光刻蚀实验结果分析55-58
• 5.1.1 半球曲面FSS加工范围结果分析55-57
• 5.1.2 半球曲面FSS投影方式加工结果分析57-58
• 5.2 曲面FSS单元形状误差分析58-68
• 5.2.1 曲面形状误差分析方法58-60
• 5.2.2 平行投影FSS单元形状误差分析60-63
• 5.2.3 点投影FSS单元形状误差分析63-65
• 5.2.4 不同投影方式的光束路径分析65-68
• 5.3 曲面FSS单元形状误差优化68-75
• 5.3.1 二维轨迹生成的路径矩阵算法分析69-71
• 5.3.2 点投影二维轨迹加工误差优化71-75
• 5.4 本章小节75-77
• 结论77-79
• 参考文献79-81
• 致谢81-82

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