高速飞行器高性能天线广泛应用于深空探测和载人航天等领域,是高速飞行器发射和接收电磁波的重要部件,其性能直接影响高速飞行器定位导航、遥感测控、电子对抗精准度和稳定性。为满足高速飞行器整体性能提升需求,适应高速飞行中大过载与强振动等恶劣工况,高速飞行器天线必须同时满足极高的电气性能、机械强度和形位精度要求。因此,该类天线的精准制造是工业生产领域面临的棘手挑战。作为一种特种加工技术,激光加工具有无加工应力、加工精度较高等优势,逐渐成为该类天线精准制造的研究热点。然而,由于该类天线采用热物特性差异大的工程塑料-金属异质材料,表面镀铜层极薄,激光烧蚀深度难以控制,极易诱发天线功能失效;此外,该类天线带线结构复杂、几何精度要求高,激光加工过程中零件表面能量累积规律复杂,激光加工工艺参数与激光烧蚀轮廓关联关系不清,严重影响天线电气性能。因此,本文面向高速飞行器高性能天线高质加工需求,开展该类零件表面图案激光精细刻蚀技术研究,具体研究内容如下:(1)面向复杂扫描路径的零件表面激光能量累积规律研究。基于曲面靶材激光加工过程平面近似建模的可行性分析,综合考虑激光光斑离散分布和能量叠加非连续性特点,提出了脉冲激光离散能量连续化近似的思想,建立激光加工零件表面能量动态分布模型,明晰激光能量分布与工艺参数关联关系,实现激光能量分布的定点、定量和快速求解。(2)纳秒级多脉冲激光加工烧蚀轮廓求解方法。基于能量动态分布公式,求解激光扫略范围内各位置烧蚀深度,建立激光加工烧蚀轮廓预测模型。基于该模型,虑及激光器光学性能和机床动态性能约束,构建保证材料完全去除的工艺参数可行域,实现纳秒级多脉冲激光烧蚀微槽截面轮廓的分阶段求解和全过程统一表达。(3)复杂几何特征图案纳秒级多脉冲激光加工精细刻蚀策略。建立激光加工烧蚀轮廓对称性评价方法,探究激光扫描轨迹曲率对烧蚀轮廓对称性的影响规律。提出了大曲率半径图案激光加工步距生成方法和基于Frenet标架、密切圆离散近似思想的小曲率半径图案激光扫描轨迹优化方法,解决复杂特征图案激光加工扫描轨迹难以求解的问题。本文所提出的零件表面图案激光精细刻蚀技术可有效描述零件表面激光能量累积规律和激光烧蚀轮廓演变规律,为合理设置激光加工工艺参数和优化扫描轨迹提供可靠理论支撑,对提高该类天线加工质量和高速飞行器服役性能具有重要的实际应用意义。