天氣雷達天線座機動性結(jié)構(gòu)設計研究

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[摘要]移動式天氣對雷達天線座的機動性結(jié)構(gòu)有很高的要求，需要對天線座的結(jié)構(gòu)進行減重設計以滿足系統(tǒng)支承以及靈活性地工作，此外，還需要對整個系統(tǒng)的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)進行架構(gòu)與撤回操作的設計以滿足移動式天氣雷達對系統(tǒng)的工作與運輸?shù)男枨?，使得系統(tǒng)能夠適應各種天氣的工作，該結(jié)構(gòu)設計具有現(xiàn)實的指導意義。

[關鍵詞]天線座；機動性；結(jié)構(gòu)設計

在對移動天氣雷達的天線座系統(tǒng)進行設計時，要考慮到各種惡劣天氣情況下對天線座的需求，設計出來的結(jié)構(gòu)要能夠滿足各種惡劣的天氣以及不同狀態(tài)（工作、運輸）下的雷達監(jiān)測系統(tǒng)的要求。

1性能特性

關于性能相關指標與參數(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；天線的運動參數(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'；風的負荷范圍，平穩(wěn)風速不超過20m/s，不會形成結(jié)冰；14m/s，則冰的厚度在1cm左右，這兩種情況下都能工作。關于天線座對環(huán)境適應的條件：工作環(huán)境溫度范圍-40℃~+50℃；環(huán)境相對的濕度范圍：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，具有防護的作用，保證正常運轉(zhuǎn)。在野外天氣能夠防振動以滿足正常運輸。關于機動性，天線座系統(tǒng)的總體重量≤1300kg；在運輸天線系統(tǒng)的時候，要采用整體運輸?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)工作的時候再按照相應的規(guī)范架構(gòu)在艙外。

2系統(tǒng)的組成與功能

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

3機動性結(jié)構(gòu)設計

雷達裝置對機動性要求很高，需要高度集成結(jié)構(gòu)裝置，能夠隨時、迅速架構(gòu)與撤回系統(tǒng)，并且移動到指定的地方[1]。主要從三方面提高雷達天線座系統(tǒng)的機動性。天線座系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的重量設計，一是當系統(tǒng)的總量輕時，能夠提高系統(tǒng)的運輸機動性。天線座系統(tǒng)的轉(zhuǎn)盤、底座、俯仰箱這三個部件重量最大，因此，在減輕系統(tǒng)重量時，要重點設計這幾個部件。二是轉(zhuǎn)盤減重設計。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行設置，內(nèi)置結(jié)構(gòu)加強對輻射鋼筋的設置。三是底座的減重設計。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)過鋼筋加強與穩(wěn)固，設計出俯仰箱G=100kg，轉(zhuǎn)臺G=150kg，底座G=180kg。四是校驗剛的強度。分別計算不同狀態(tài)下的俯仰箱、轉(zhuǎn)臺和底座的剛強度大小。系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，天線和支臂以及相關的部件作用于天線上，重量由俯仰軸進行支承，總重量G=395kg，設置風速V=35m/s，則風負載力F=115kg；系統(tǒng)處于運輸狀態(tài)時，天線和支臂以及相關的部件，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。天線座在運輸過程中，處于載荷狀態(tài)時的沖擊加速度a=6g。按照以上的指標數(shù)據(jù)，計算出剛強度的大小滿足了設計的要求。關于倒豎機構(gòu)的重量設計，天線系統(tǒng)的架構(gòu)和撤收裝置由倒豎機構(gòu)進行，每次進行架設或者撤收的時間控制在3min內(nèi)。數(shù)據(jù)指標與計算式為設備總重G=天線G1+天線座G2+相關配置G3=1100kg；風阻力F=1.6•202•π•1.22/16/cos50°=115kg；風力矩Mf=0.14•202•π•1.2•2.4/16=38kg•m；所有設備的重心到回轉(zhuǎn)中心之間的距離=1300mm；所有設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；油缸距離其支點之間的力臂=521mm；當天線與水平方向夾角為0時，負載F=MG/L=1617/0.52=3110kgf；當?shù)关Q油缸供油壓力=12MPa時，設置油缸直徑=80mm，活塞桿直徑=45mm，則活塞的面積=πD2/4=5026.6mm2；油缸推力F=6155kgf＞F，此時的設計符合裝置的需要。結(jié)構(gòu)的設計方面，倒豎機構(gòu)包括油缸、液壓油和機座。選擇標準型號的液壓油缸進行倒豎操作，選擇型號為HSGK01-80/45E-3111-960×1100時，油缸工作范圍可到達1200mm~2160mm[2]。關于設計架構(gòu)與撤收的聯(lián)結(jié)結(jié)構(gòu)，根據(jù)架構(gòu)與撤收的位置來設計系統(tǒng)的底座和倒豎機座的聯(lián)結(jié)支腿，用螺栓對其進行穩(wěn)固操作[3]。當系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時，采用法蘭聯(lián)結(jié)與固定；當系統(tǒng)處于運輸狀態(tài)時，直接進行聯(lián)結(jié)與固定。

4結(jié)語

本文通過設計天線座的支承結(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)具有很好的剛強度。倒豎機構(gòu)通過設計出符合要求的方艙天線系統(tǒng)來滿足公路與鐵路的運輸，并且實現(xiàn)美觀的外形特征，在進行系統(tǒng)的架構(gòu)、撤回與聯(lián)結(jié)操作時，簡便而快捷，滿足了移動式天氣對雷達機動性的要求，具有現(xiàn)實的指導意義。

[參考文獻]

[1]夏偉光.某雷達有源天線陣面結(jié)構(gòu)設計[J].中國高新區(qū)，2018,000(007):139-140.

[2]史勇民,趙惇殳.雷達機柜分機風阻的理論計算和實驗[J].電子機械工程，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