星載有源相控陣?yán)走_(dá)制造技術(shù)及生產(chǎn)現(xiàn)場管理概述

凌劍萍 府大興

摘 要：針對航天產(chǎn)品高質(zhì)量及高可靠性的特點，介紹了星載有源相控陣?yán)走_(dá)制造過程中的主要工藝技術(shù)，包括不同結(jié)構(gòu)形式的天線、TR組件殼體及蜂窩結(jié)構(gòu)安裝板等零部件的制造技術(shù)，總結(jié)了生產(chǎn)現(xiàn)場管理中定置管理、多余物控制及生產(chǎn)過程表格化管理等工程經(jīng)驗。

關(guān)鍵詞：星載有源相控陣?yán)走_(dá);生產(chǎn)現(xiàn)場管理;定置管理;多余物控制

0 ? ?引言

星載產(chǎn)品需在空間高速運行，承受惡劣的空間環(huán)境，對可靠性的要求極高，產(chǎn)品向結(jié)構(gòu)緊湊、輕量化、高集成等方向發(fā)展，結(jié)構(gòu)件多采用比強度高、耐高溫的材料[1-3]，加工和裝聯(lián)調(diào)試的精度要求極高。星載有源相控陣?yán)走_(dá)的制造需要應(yīng)用多種先進制造技術(shù)，同時還需實施科學(xué)的生產(chǎn)現(xiàn)場管理，是一項高技術(shù)、多學(xué)科的系統(tǒng)工程。

1 ? ?星載有源相控陣?yán)走_(dá)工藝技術(shù)

1.1 ? ?蜂窩結(jié)構(gòu)安裝板制造技術(shù)

蜂窩結(jié)構(gòu)安裝板是星載有源相控陣?yán)走_(dá)陣面上的重要結(jié)構(gòu)件，大部分設(shè)備都需要安裝在該平臺上。為了減重，該板采用蜂窩夾層結(jié)構(gòu)，由蜂窩、熱管、蓋板和預(yù)埋件等零件膠粘而成，其中大小不等的預(yù)埋件多達(dá)幾十個。安裝板的質(zhì)量直接影響衛(wèi)星的使用壽命。由于熱控設(shè)計規(guī)定單機通過熱管傳遞熱量，其安裝底面的平面度及粗糙度要求極高。

蜂窩結(jié)構(gòu)安裝板膠接成型后須保證其平面度及固化質(zhì)量。隨著航天技術(shù)的發(fā)展，膠接工藝技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，已成為航天工藝中不可缺少的技術(shù)。設(shè)計制造的膠粘夾具用于安裝板的膠接，成型過程中要加熱均勻，防止變形。

蜂窩結(jié)構(gòu)安裝板既是承受載荷的受力件，又要求傳熱，對熱平衡起到重要作用，因此膠粘質(zhì)量非常關(guān)鍵。安裝板膠接完成后，用肉眼根本無法檢出零件內(nèi)部的膠粘質(zhì)量，需要進行無損探傷，檢查部件內(nèi)部是否存在脫膠等缺陷，以確保航天產(chǎn)品的高質(zhì)量。同時，制作隨爐件，通過對隨爐件各項性能的檢測，達(dá)到確保安裝板膠接質(zhì)量的目的。

膠粘后部件上孔的加工及蓋板的加工在數(shù)控銑床上完成。對于蜂窩結(jié)構(gòu)部件的裝夾難點，工藝中須考慮在預(yù)埋件的上方放置過渡板，然后再搭壓板;操作時不能用側(cè)面夾緊，且垂直夾緊力不能太大。同時，為讓開上蓋板的凸臺和保證加工精度，設(shè)計專用工裝作為墊板，使裝夾方便、可靠。為防止切削液進入有源安裝板內(nèi)，銑加工、鉆孔及攻絲嚴(yán)禁使用任何冷卻液。圖1為有源安裝板制造流程圖。

1.2 ? ?TR組件微組裝技術(shù)

TR組件是整個雷達(dá)系統(tǒng)的核心部件，與雷達(dá)的性能息息相關(guān)。它是多芯片微組裝的部件，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，組裝精度要求高，制造難度極大，要求具有元器件級的密封性。TR組件工藝包括了混合微電路技術(shù)和多芯片組件技術(shù)的多個方面，如薄膜工藝、LTCC多層基板工藝、殼體涂覆工藝、微組裝工藝、封裝工藝等。它的密封性主要通過高精度的焊接配合面、高質(zhì)量的可焊性鍍層、合理的焊接夾具、優(yōu)選的焊料和焊接溫度曲線等方面進行保證。

1.3 ? ?TR組件難加工材料殼體加工技術(shù)

TR組件殼體采用理想的封接材料，其加工難度較大。

圍框在數(shù)控機床上加工，通過選用刀具、優(yōu)化切削參數(shù)、優(yōu)選加工方法等工藝措施，解決難加工工藝問題。為減小機加工變形及微小毛刺對TR組件焊接及性能的影響，通過工裝及優(yōu)化工藝流程，解決去毛刺的難題。TR組件的蓋板因焊接密封的需要，材料極薄，平面度要求高。通過試驗發(fā)現(xiàn)數(shù)控加工后材料下單件困難，變形極大，采用熱校平也無法滿足要求，研究后采用電化學(xué)加工法，使尺寸精度及表面質(zhì)量完全達(dá)到要求。為防止內(nèi)應(yīng)力對密封性能的影響，圍框和蓋板須進行去應(yīng)力處理。

1.4 ? ?天線輻射單元制造技術(shù)

星載有源相控陣?yán)走_(dá)的天線輻射單元一般采用微帶子陣和波導(dǎo)裂縫等形式，波導(dǎo)裂縫天線的效率優(yōu)于微帶貼片天線。

微帶子陣天線常采用碳纖維復(fù)合材料作為天線結(jié)構(gòu)板。天線結(jié)構(gòu)板采用夾層板結(jié)構(gòu)，由多層材料經(jīng)膠粘而成，制造中須選用合適的膠粘劑，設(shè)計、制造專用膠接夾具，解決天線的平面度問題及厚度尺寸一致性問題。天線板在經(jīng)過成型工藝形成零件后，需要經(jīng)過機加工才能使用，加工質(zhì)量需得到保證，鉆孔后孔壁周圍材料不得發(fā)生分層，加工后的無損檢測必不可少。

波導(dǎo)裂縫天線的材料常用鋁合金和碳纖維。鋁合金材料的波導(dǎo)裂縫天線，采用機加工和焊接的方法[4]，制造工藝相對較成熟。碳纖維復(fù)合材料具有高強度、高模量、低比重、抗疲勞、熱穩(wěn)定性好和成型工藝簡單等優(yōu)點[5]，廣泛應(yīng)用于各種航天器產(chǎn)品，已成為星載天線的極佳結(jié)構(gòu)材料，但用碳纖維復(fù)合材料制造星載裂縫波導(dǎo)工藝難度較大，主要體現(xiàn)在以下方面：碳纖維波導(dǎo)成型尺寸精度及表面粗糙度的保證，避免縫槽加工后碳纖維出現(xiàn)撕裂分層，去除干凈縫槽內(nèi)毛刺，進行表面金屬化等。針對以上問題，還需探索行之有效的解決方案。目前該制造技術(shù)在國內(nèi)尚處于研究階段。

1.5 ? ?高精度薄壁機殼制造技術(shù)

星載雷達(dá)對重量、體積等方面要求極高，對單機機殼在裝機體積、重量方面提出了嚴(yán)格要求。為減輕重量，并滿足抗紫外輻照等星載環(huán)境、強度及傳導(dǎo)熱量等方面的要求，單機機殼大都采用鋁材料或鎂合金材料，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，腔體不規(guī)則，安裝面的平面度要求高，加工難度較大。薄壁類機殼在高速數(shù)控銑床上加工，采用專用工裝裝夾，解決機殼的變形問題。

在軌道上運行的航天器處于真實的冷熱交變的惡劣空間環(huán)境中，不但受到太陽輻射和地球及其他行星的輻照，還會受到來自宇宙冷空間背景的影響，航天熱控設(shè)計十分重要。航天產(chǎn)品的熱控技術(shù)和熱控材料，是航天技術(shù)的重要組成部分。單機薄壁機殼表面涂覆層的選用，須滿足熱控設(shè)計對表面輻射率的要求。而涂覆層的材料及表面處理方法，也須經(jīng)過航天要求的考核才能使用。機殼在表面鍍覆時均須附有隨爐試樣，鍍覆后對隨爐試樣進行熱振試驗，要求在經(jīng)歷考核后鍍層不變色、不起泡。

1.6 ? ?防靜電膜裝配技術(shù)

防靜電膜非常薄，易折，產(chǎn)品須在溫濕度有保障的潔凈環(huán)境中安裝。安裝過程中現(xiàn)場人員必須佩戴口罩、無塵防靜電手套，操作人員還需佩戴防靜電手環(huán)，輕拿輕放，防止薄膜折疊，減少表面摩擦。裝配時在天線板表面貼數(shù)塊膠帶，按尺寸裁防靜電膜后多人協(xié)作貼膜，保證膜與膠帶壓平無皺折，最后進行防靜電膜的接地連接。

1.7 ? ?半剛電纜裝配技術(shù)

星載雷達(dá)在總裝過程中，有多道半剛電纜的裝配工序。在安裝前，高頻半剛電纜須用內(nèi)窺鏡做充分檢查，以保證接合面的螺紋潔凈、完好，必要時用棉簽沾酒精清洗，待干燥并拍照后再裝配。對電纜兩端頭有先后安裝順序的組件，在安裝完一端頭后，另一端頭安裝時如機械尺寸有偏差造成錯位，操作人員需在工藝師、設(shè)計師的指導(dǎo)下，對形狀進行微調(diào)，保證端頭不受力、不彎曲。電纜按規(guī)定的力矩擰緊，在擰緊操作過程中，應(yīng)保證電纜端頭的連接器和電纜不產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。

1.8 ? ?有源相控陣?yán)走_(dá)總裝技術(shù)

星載有源相控陣?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，待裝配零部件數(shù)量大，密度及精度要求高，操作空間小，機械裝配與電子裝聯(lián)高度重疊，總裝工藝須針對天線陣面的翻身轉(zhuǎn)運方案、測試架上的吊裝方案提出詳盡要求，明確各工步操作的具體規(guī)程及措施，并采用裝配工裝、吊裝工裝及陣面保護工裝保證天線板在翻身轉(zhuǎn)運、測試架集成過程中的安全性。

2 ? ?星載有源相控陣?yán)走_(dá)生產(chǎn)現(xiàn)場管理

生產(chǎn)現(xiàn)場是產(chǎn)品按工藝實施操作、保障星載有源相控陣?yán)走_(dá)質(zhì)量的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。星載產(chǎn)品裝配技術(shù)含量高、工作范圍廣，需開展精細(xì)化的現(xiàn)場生產(chǎn)管理工作，具體包括實行定置管理，加強現(xiàn)場工藝管理及“三定”生產(chǎn)管理，健全班組建設(shè)等。

2.1 ? ?現(xiàn)場定置管理

單機裝配及SAR天線總裝在潔凈度為10萬級的凈化廠房內(nèi)進行，工序較為繁雜，工作人員多，使用的工具種類及數(shù)量也較多。星載產(chǎn)品的裝配過程不同于一般的流水線裝配，主要采用手工及裝配工裝方式，節(jié)拍不明顯。根據(jù)這些特點應(yīng)規(guī)定生產(chǎn)現(xiàn)場產(chǎn)品、工裝、物料等各種物品的合理存放位置，控制生產(chǎn)現(xiàn)場狀態(tài)，建立良好的生產(chǎn)秩序和生產(chǎn)環(huán)境，使人流、物流、信息流合理運轉(zhuǎn)。

2.2 ? ?現(xiàn)場工藝管理

雷達(dá)產(chǎn)品生產(chǎn)前實施試制前準(zhǔn)備狀態(tài)檢查，保證“人、機、料、法、環(huán)、測”等各方面符合要求。

按工藝要求組織生產(chǎn)，使生產(chǎn)處于受控狀態(tài)，保證產(chǎn)品質(zhì)量。

生產(chǎn)現(xiàn)場人員嚴(yán)格遵守工藝紀(jì)律[6]，操作人員認(rèn)真做好生產(chǎn)前的準(zhǔn)備工作，依據(jù)工藝規(guī)程精心操作，不允許出現(xiàn)工藝文件規(guī)定以外的操作。操作人員在指定的型號工作區(qū)域內(nèi)進行工作，不得隨意串崗，不允許碰動、挪用非本崗位的產(chǎn)品和設(shè)備。

星載產(chǎn)品工裝設(shè)計中均考慮了與產(chǎn)品接觸部位設(shè)置防止擠壓和劃傷工件的保護措施，工裝表面無可脫落的涂層，操作人員在裝配準(zhǔn)備時須做確認(rèn)，確保工藝裝備的完好性，并嚴(yán)格執(zhí)行工裝保管措施。

產(chǎn)品返修或返工必須由工藝部門編制專門的返修或返工工藝，工藝簽署完整后才能實施。

對產(chǎn)品實現(xiàn)的關(guān)鍵件采取量化方式控制，有源安裝板膠接、螺釘擰緊等工序均嚴(yán)格規(guī)定工藝參數(shù);裝配工藝明確螺釘擰緊順序，嚴(yán)格實施過程控制;記錄組件裝配、螺釘點膠等關(guān)鍵工序?qū)嵤┣闆r并進行拍照;關(guān)注現(xiàn)場安全及多余物控制。

2.3 ? ?“三定”生產(chǎn)管理

由于星載產(chǎn)品的質(zhì)量要求極高，所以對關(guān)鍵件、重要件等零部件的生產(chǎn)實行定人員、定設(shè)備、定工藝方法的“三定”管理[7]，確保其前后研制階段制造狀態(tài)的一致性。每個星載產(chǎn)品均歸檔發(fā)布“三定”生產(chǎn)明細(xì)表。

星載產(chǎn)品“三定”管理中，定操作人員是最重要的內(nèi)容，我所對航天產(chǎn)品操作人員進行了全面固定。新增人員要求技術(shù)全面，在加工操作中仔細(xì)謹(jǐn)慎，業(yè)務(wù)能力及質(zhì)量意識強。因此，必須加強星載產(chǎn)品操作人員的培訓(xùn)、考核。圖2為星載產(chǎn)品新增操作人員管理流程，圖3為具體型號星載產(chǎn)品“三定”人員管理流程。

掌握絕技絕招的星載技能人才在航天產(chǎn)品研制中具有不可替代的作用，須重視班組建設(shè)，通過傳幫帶、以老帶新提高新人的業(yè)務(wù)能力，培養(yǎng)星載生產(chǎn)技能人才;對星載產(chǎn)品操作人員在職級評定等方面加以傾斜，激發(fā)大家勤鉆技術(shù)的熱情。

2.4 ? ?現(xiàn)場多余物控制

多余物是指產(chǎn)品中存在的由外部進入或內(nèi)部產(chǎn)生的與產(chǎn)品規(guī)定狀態(tài)無關(guān)的一切物質(zhì)[8]。多余物控制涉及范圍極廣，僅星載雷達(dá)的天線總裝就包含兩百多道工序，制定詳細(xì)的規(guī)范是前提，明確職責(zé)，在制造過程中嚴(yán)格執(zhí)行是關(guān)鍵。

容易產(chǎn)生多余物的操作，要采取有效預(yù)防措施。產(chǎn)品上不放置與工藝要求無關(guān)的任何物品，包括圖紙、工具或待裝零部件。不得在產(chǎn)品上方傳遞工具，避免出現(xiàn)不慎掉落而傷害產(chǎn)品或出現(xiàn)多余物的意外。零部件周轉(zhuǎn)須單獨包裝，包裝前要去除包裝紙上的切屑或更換新的包裝紙，清除周轉(zhuǎn)箱內(nèi)的多余物。裝配操作時要求戴干凈手套，不得用手直接接觸零件。

凈化區(qū)域內(nèi)一般不允許進行鉆、銼、磨等工作，如有特殊需要，必須采取控制和隔離措施，防止多余物進入產(chǎn)品。

2.5 ? ?生產(chǎn)過程表格化記錄

星載產(chǎn)品出現(xiàn)問題需得到快速分析和解決，研制過程要做到可追溯，星載產(chǎn)品制造過程將表格化記錄納入生產(chǎn)流程，操作、檢驗和調(diào)試等崗位人員嚴(yán)格依據(jù)表格的要求，對加工、調(diào)試過程中的數(shù)據(jù)進行記錄，操作后立即簽字，記錄生產(chǎn)環(huán)境、單機狀態(tài)、電纜清洗、螺釘力矩裝配、點膠、電纜接頭插拔次數(shù)及終檢等情況以及對應(yīng)關(guān)系。表格化文件是產(chǎn)品生產(chǎn)現(xiàn)場重要的過程記錄文件。

3 ? ?結(jié)語

制造工藝是把設(shè)計方案轉(zhuǎn)化為產(chǎn)品的科學(xué)技術(shù)，是保證星載雷達(dá)長壽命、高可靠運行的技術(shù)基礎(chǔ)和生產(chǎn)制造的中心環(huán)節(jié)。產(chǎn)品的設(shè)計最終通過現(xiàn)場操作得以實現(xiàn)和呈現(xiàn)，星載有源相控陣?yán)走_(dá)的制造涉及大量的專業(yè)工藝及現(xiàn)場生產(chǎn)管理工作，通過工藝技術(shù)研究和定置管理等現(xiàn)場措施，放大技術(shù)細(xì)節(jié)，嚴(yán)控關(guān)鍵技術(shù)和現(xiàn)場操作，提高了星載有源相控陣?yán)走_(dá)的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，保證了產(chǎn)品性能。

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[8] 府大興，崔春梅，徐正.星載天線總裝集成多余物控制[J].電子機械工程，2010，26（5）：10-12.

收稿日期：2021-09-02

作者簡介：凌劍萍（1965—），女，江蘇蘇州人，工程碩士，高級工程師，主要從事雷達(dá)天線制造工藝研究及生產(chǎn)現(xiàn)場管理工作。

府大興（1968—），男，江蘇蘇州人，研究員級高級工程師，主要從事機載雷達(dá)、星載雷達(dá)工藝研究工作。