天氣雷達(dá)天線座機(jī)動(dòng)性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究

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[摘要]移動(dòng)式天氣對(duì)雷達(dá)天線座的機(jī)動(dòng)性結(jié)構(gòu)有很高的要求，需要對(duì)天線座的結(jié)構(gòu)進(jìn)行減重設(shè)計(jì)以滿足系統(tǒng)支承以及靈活性地工作，此外，還需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行架構(gòu)與撤回操作的設(shè)計(jì)以滿足移動(dòng)式天氣雷達(dá)對(duì)系統(tǒng)的工作與運(yùn)輸?shù)男枨?，使得系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種天氣的工作，該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

[關(guān)鍵詞]天線座；機(jī)動(dòng)性；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

在對(duì)移動(dòng)天氣雷達(dá)的天線座系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，要考慮到各種惡劣天氣情況下對(duì)天線座的需求，設(shè)計(jì)出來的結(jié)構(gòu)要能夠滿足各種惡劣的天氣以及不同狀態(tài)（工作、運(yùn)輸）下的雷達(dá)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的要求。

1性能特性

關(guān)于性能相關(guān)指標(biāo)與參數(shù)值包括天線的參數(shù)值有拋物面口徑為2.4m，天饋線重G=85kg；工作的角度參數(shù)有方向位置360度角內(nèi)的所有角度；俯仰位置為-2度角至90度角；天線的運(yùn)動(dòng)參數(shù)值有方位角轉(zhuǎn)速24°/s；俯仰角轉(zhuǎn)速12°/s；方位角與俯仰角之間轉(zhuǎn)動(dòng)的加速度10°/s2；天線座軸系的精度值有方位軸與大地形成的垂直度1'；俯仰軸與方位軸形成的垂直度：1'；風(fēng)的負(fù)荷范圍，平穩(wěn)風(fēng)速不超過20m/s，不會(huì)形成結(jié)冰；14m/s，則冰的厚度在1cm左右，這兩種情況下都能工作。關(guān)于天線座對(duì)環(huán)境適應(yīng)的條件：工作環(huán)境溫度范圍-40℃~+50℃；環(huán)境相對(duì)的濕度范圍：95%~98%(+30℃)；其它條件下的工作情況：在潮濕、雷雨天氣、煙霧等環(huán)境下，具有防護(hù)的作用，保證正常運(yùn)轉(zhuǎn)。在野外天氣能夠防振動(dòng)以滿足正常運(yùn)輸。關(guān)于機(jī)動(dòng)性，天線座系統(tǒng)的總體重量≤1300kg；在運(yùn)輸天線系統(tǒng)的時(shí)候，要采用整體運(yùn)輸?shù)姆绞綄⑻炀€座系統(tǒng)的所有部件放置在艙內(nèi)，天線座系統(tǒng)工作的時(shí)候再按照相應(yīng)的規(guī)范架構(gòu)在艙外。

2系統(tǒng)的組成與功能

本次研究的雷達(dá)系統(tǒng)由雷達(dá)裝置、方艙裝置和載車裝置組成。雷達(dá)裝置由天線系統(tǒng)和電子設(shè)備組成。天線系統(tǒng)安裝在前艙，電子設(shè)備安裝在后艙。天線座系統(tǒng)包括天線座和倒豎機(jī)構(gòu)。天線座系統(tǒng)是用來支承天線和實(shí)現(xiàn)天線的方向轉(zhuǎn)動(dòng)與俯仰轉(zhuǎn)動(dòng)，而倒豎機(jī)構(gòu)是用來架構(gòu)與收回天線系統(tǒng)裝置。

3機(jī)動(dòng)性結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

雷達(dá)裝置對(duì)機(jī)動(dòng)性要求很高，需要高度集成結(jié)構(gòu)裝置，能夠隨時(shí)、迅速架構(gòu)與撤回系統(tǒng)，并且移動(dòng)到指定的地方[1]。主要從三方面提高雷達(dá)天線座系統(tǒng)的機(jī)動(dòng)性。天線座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重量設(shè)計(jì)，一是當(dāng)系統(tǒng)的總量輕時(shí)，能夠提高系統(tǒng)的運(yùn)輸機(jī)動(dòng)性。天線座系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤、底座、俯仰箱這三個(gè)部件重量最大，因此，在減輕系統(tǒng)重量時(shí)，要重點(diǎn)設(shè)計(jì)這幾個(gè)部件。二是轉(zhuǎn)盤減重設(shè)計(jì)。俯仰箱和軸承底板分別安裝在轉(zhuǎn)盤上下端，減重孔用圓形鋼板進(jìn)行設(shè)置，內(nèi)置結(jié)構(gòu)加強(qiáng)對(duì)輻射鋼筋的設(shè)置。三是底座的減重設(shè)計(jì)。底座呈圓筒形，底座內(nèi)壁包括環(huán)形鋼筋和防輻射的鋼筋。另外，還包括倒豎的架構(gòu)與撤回裝置的支架與支腿。這三大部件經(jīng)過鋼筋加強(qiáng)與穩(wěn)固，設(shè)計(jì)出俯仰箱G=100kg，轉(zhuǎn)臺(tái)G=150kg，底座G=180kg。四是校驗(yàn)剛的強(qiáng)度。分別計(jì)算不同狀態(tài)下的俯仰箱、轉(zhuǎn)臺(tái)和底座的剛強(qiáng)度大小。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，天線和支臂以及相關(guān)的部件作用于天線上，重量由俯仰軸進(jìn)行支承，總重量G=395kg，設(shè)置風(fēng)速V=35m/s，則風(fēng)負(fù)載力F=115kg；系統(tǒng)處于運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)，天線和支臂以及相關(guān)的部件，總重G=395kg，支撐作用力M=395×L，L表示的是所有部件之間的重心到支撐中心的距離。天線座在運(yùn)輸過程中，處于載荷狀態(tài)時(shí)的沖擊加速度a=6g。按照以上的指標(biāo)數(shù)據(jù)，計(jì)算出剛強(qiáng)度的大小滿足了設(shè)計(jì)的要求。關(guān)于倒豎機(jī)構(gòu)的重量設(shè)計(jì)，天線系統(tǒng)的架構(gòu)和撤收裝置由倒豎機(jī)構(gòu)進(jìn)行，每次進(jìn)行架設(shè)或者撤收的時(shí)間控制在3min內(nèi)。數(shù)據(jù)指標(biāo)與計(jì)算式為設(shè)備總重G=天線G1+天線座G2+相關(guān)配置G3=1100kg；風(fēng)阻力F=1.6•202•π•1.22/16/cos50°=115kg；風(fēng)力矩Mf=0.14•202•π•1.2•2.4/16=38kg•m；所有設(shè)備的重心到回轉(zhuǎn)中心之間的距離=1300mm；所有設(shè)備的重心到倒豎回轉(zhuǎn)中心的距離：M=11000•1.3+1150•1.3+380=16175N•m；油缸距離其支點(diǎn)之間的力臂=521mm；當(dāng)天線與水平方向夾角為0時(shí)，負(fù)載F=MG/L=1617/0.52=3110kgf；當(dāng)?shù)关Q油缸供油壓力=12MPa時(shí)，設(shè)置油缸直徑=80mm，活塞桿直徑=45mm，則活塞的面積=πD2/4=5026.6mm2；油缸推力F=6155kgf＞F，此時(shí)的設(shè)計(jì)符合裝置的需要。結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)方面，倒豎機(jī)構(gòu)包括油缸、液壓油和機(jī)座。選擇標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)的液壓油缸進(jìn)行倒豎操作，選擇型號(hào)為HSGK01-80/45E-3111-960×1100時(shí)，油缸工作范圍可到達(dá)1200mm~2160mm[2]。關(guān)于設(shè)計(jì)架構(gòu)與撤收的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，根據(jù)架構(gòu)與撤收的位置來設(shè)計(jì)系統(tǒng)的底座和倒豎機(jī)座的聯(lián)結(jié)支腿，用螺栓對(duì)其進(jìn)行穩(wěn)固操作[3]。當(dāng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，采用法蘭聯(lián)結(jié)與固定；當(dāng)系統(tǒng)處于運(yùn)輸狀態(tài)時(shí)，直接進(jìn)行聯(lián)結(jié)與固定。

4結(jié)語(yǔ)

本文通過設(shè)計(jì)天線座的支承結(jié)構(gòu)、倒豎結(jié)構(gòu)和架構(gòu)與撤收的聯(lián)結(jié)，以最輕的重量來承載系統(tǒng)，并使得系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)具有很好的剛強(qiáng)度。倒豎機(jī)構(gòu)通過設(shè)計(jì)出符合要求的方艙天線系統(tǒng)來滿足公路與鐵路的運(yùn)輸，并且實(shí)現(xiàn)美觀的外形特征，在進(jìn)行系統(tǒng)的架構(gòu)、撤回與聯(lián)結(jié)操作時(shí)，簡(jiǎn)便而快捷，滿足了移動(dòng)式天氣對(duì)雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的要求，具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。

[參考文獻(xiàn)]

[1]夏偉光.某雷達(dá)有源天線陣面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[J].中國(guó)高新區(qū)，2018,000(007):139-140.

[2]史勇民,趙惇殳.雷達(dá)機(jī)柜分機(jī)風(fēng)阻的理論計(jì)算和實(shí)驗(yàn)[J].電子機(jī)械工程，1991(5):27-35.

作者：吳云 單位：中船重工鵬力（南京）大氣海洋信息系統(tǒng)有限公司