某大型米波雷達(dá)天線車的機動性設(shè)計*

周 紅，樊 雷

(成都中電錦江信息產(chǎn)業(yè)有限公司， 四川 成都 610051)

某大型米波雷達(dá)天線車的機動性設(shè)計*

周 紅，樊 雷

(成都中電錦江信息產(chǎn)業(yè)有限公司， 四川 成都 610051)

米波相控陣?yán)走_(dá)具有天線口徑大、質(zhì)量重、天線需分塊運輸?shù)奶攸c，其機動性設(shè)計是個難題，其中天線車的快速架設(shè)和撤收是需要解決的重點和難點。文中通過對某大型米波雷達(dá)天線車系統(tǒng)進(jìn)行集成化設(shè)計，對面陣天線進(jìn)行合理分塊并選擇適合的折疊方式，設(shè)計并使用天線翻轉(zhuǎn)、折疊、鎖緊等自動架設(shè)/撤收機構(gòu)，運用MSC.ADAMS運動分析軟件對各機構(gòu)進(jìn)行仿真分析和優(yōu)化設(shè)計等，使該雷達(dá)天線車的機動性達(dá)到了指標(biāo)要求，并已通過整機工程實施對其進(jìn)行了驗證。該設(shè)計可供同類大型雷達(dá)車的機動性設(shè)計參考。

米波雷達(dá)天線車；機動性；結(jié)構(gòu)設(shè)計

引 言

在現(xiàn)代戰(zhàn)爭環(huán)境中，地面雷達(dá)面臨著電子干擾、隱身飛機、反輻射導(dǎo)彈及超低空突防的嚴(yán)重威脅，而提高雷達(dá)的機動性是對付這“四大威脅”、提高雷達(dá)生存能力的有效手段之一，高機動性已成為地面雷達(dá)發(fā)展的必然趨勢[1-2]。

雷達(dá)的機動性一般是指其快速隱蔽或快速轉(zhuǎn)場、易地架設(shè)并重新開機工作的能力[1]。雷達(dá)的機動性與電訊性能、機械性能都有密切的關(guān)系，應(yīng)進(jìn)行科學(xué)的綜合設(shè)計，從總體方案開始即明確定位，合理取舍[3]。提高雷達(dá)機動性的途徑通常有：對天線進(jìn)行合理的分塊，采用合適的折疊方式，合理劃分運輸單元；采用自動架/撤技術(shù)；結(jié)構(gòu)上采用模塊化、集成化設(shè)計；充分利用各種連桿機構(gòu)、快鎖機構(gòu)等[4-5]。

因工作頻率低，天線陣面大，陣子數(shù)目多，需分離運輸，裝、拆及轉(zhuǎn)場困難，米波雷達(dá)的機動性一般都不高，其架、拆工作往往需要十幾個人數(shù)小時才能完成。然而現(xiàn)代戰(zhàn)爭迫切需要米波雷達(dá)具備機動能力，甚至高機動能力[1]。文中從集成化設(shè)計、運輸設(shè)計、架設(shè)/撤收機構(gòu)設(shè)計及仿真等方面介紹了某大型米波雷達(dá)天線車的機動性設(shè)計。

1 集成化設(shè)計

某大型米波雷達(dá)天線陣面寬15 m、高19 m，陣面上需安裝二次雷達(dá)天線、發(fā)射、波控、接收等設(shè)備，重量達(dá)27 t，要求架設(shè)/撤收時間為1 h/16人。針對該雷達(dá)天線口徑大、質(zhì)量重、機動性要求高等特點，采用集成化設(shè)計，具體措施如下：

1)二次雷達(dá)天線與面陣天線采用一體化設(shè)計，二次雷達(dá)天線嵌入安裝在面陣天線底端的骨架內(nèi)。

2)設(shè)計一個高頻箱，將固態(tài)發(fā)射機、波控器、接收前端、二次雷達(dá)主機、電源等設(shè)備裝入高頻箱。高頻箱與天線骨架實行一體化設(shè)計。

3)饋線系統(tǒng)(包括三端環(huán)行器、發(fā)射列饋、行組件單元、和差網(wǎng)絡(luò)、和差形成組件等)均安裝在天線骨架內(nèi)，通過電纜與高頻箱內(nèi)的接收前端與波控器連接，需分離的電纜盡量采用快速連接裝置。

4)轉(zhuǎn)臺天線方位動力傳動采用三相交流異步電機與減速器合一的齒輪馬達(dá)，安裝在天線車底盤上。測角元件采用旋轉(zhuǎn)變壓器。中頻匯流環(huán)和差動匯流環(huán)安裝在回轉(zhuǎn)機構(gòu)中心。

5)天線車采用半掛車，有4條調(diào)平腿、2條輔助腿和4條抗傾覆腿。天線翻轉(zhuǎn)、折疊、鎖緊、對接及天線車調(diào)平采用機、電、液一體化系統(tǒng)，共用一個液壓源。

6)設(shè)置液壓升降平臺，可維修高頻箱內(nèi)的設(shè)備。

天線車的工作狀態(tài)如圖1所示。

圖1 天線車工作狀態(tài)示意圖

2 運輸設(shè)計

為滿足運輸要求，該雷達(dá)天線采用分塊式設(shè)計。天線沿寬度方向分成3塊，即左邊塊、中塊和右邊塊。左邊塊沿寬度方向再分成3塊，即左邊塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ，左邊塊Ⅲ沿高度方向再分成上下2塊。右邊塊的分塊方式與左邊塊相同。天線中塊沿高度方向分成上下2塊。左(右)邊塊可折疊，其Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3塊之間用折疊機構(gòu)和鎖緊機構(gòu)連接。中塊可折疊，其上下2塊間用中塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)和鎖緊機構(gòu)連接。機構(gòu)布置的原則是在滿足要求的前提下盡量減少機構(gòu)數(shù)量，并盡可能地減小機構(gòu)對天線單元的影響。天線分塊及機構(gòu)布置如圖2所示。

圖2 天線分塊及機構(gòu)布置圖示意圖

左、中、右3塊分別由3個半掛車運輸。需要運輸時，左(右)邊塊Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ沿寬度方向自動折疊，天線整體倒伏后，邊塊與中塊分離并安放到邊塊天線車上。天線中塊沿高度方向自動折疊后直接固定在中塊天線車上。天線車的公路運輸狀態(tài)如圖3所示。

圖3 天線車公路運輸狀態(tài)圖

3 架設(shè)/撤收機構(gòu)設(shè)計

為縮短雷達(dá)天線車的架設(shè)/撤收時間，設(shè)計了一套機、電、液一體化系統(tǒng)，采用人-機交互方式進(jìn)行自動控制，可實現(xiàn)天線的翻轉(zhuǎn)、折疊、對接、鎖緊和天線車的調(diào)平，完成天線車運輸狀態(tài)和工作狀態(tài)的相互轉(zhuǎn)換。系統(tǒng)中架設(shè)/撤收機構(gòu)的設(shè)計直接影響到架設(shè)/撤收時間和系統(tǒng)的可靠性，因而顯得很重要。文中采用MSC.ADAMS運動分析軟件對機構(gòu)進(jìn)行了仿真分析和優(yōu)化設(shè)計。

3.1天線折疊機構(gòu)

為完成天線邊塊180°折疊，設(shè)計了折疊機構(gòu)。該機構(gòu)主要由主陣面支耳、邊塊陣面支耳、支撐桿、連桿和驅(qū)動缸等組成。它采用新穎的平面雙曲柄四連桿機構(gòu)，油缸為該機構(gòu)的動力源，用1只缸推動即可實現(xiàn)邊塊天線大角度的折疊運動。

對折疊機構(gòu)中油缸的安裝距、行程、動作時間、受力等進(jìn)行仿真和優(yōu)化設(shè)計，以使該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，折疊角度大，角度可微調(diào)，受力合理，到位準(zhǔn)確可靠。邊塊天線設(shè)計為直立狀態(tài)下折疊，鉸鏈為邊塊的主要重力承受點，折疊機構(gòu)不承受主要重力，機構(gòu)與鉸鏈同軸安裝在邊塊Ⅰ、Ⅱ之間和邊塊Ⅱ、Ⅲ之間。

折疊機構(gòu)及其仿真示意圖如圖4所示。折疊油缸的設(shè)計參數(shù)見表1。圖5為天線邊塊展開示意圖。

圖4 折疊機構(gòu)及其仿真示意圖

表1 折疊油缸設(shè)計參數(shù)

圖5 天線邊塊展開示意圖

3.2天線鎖緊機構(gòu)

邊塊天線展開后，相鄰面陣需鎖緊。為實現(xiàn)快速可靠的鎖緊，設(shè)計了鎖緊機構(gòu)。該機構(gòu)主要由單雙支耳、基座、油缸、定位銷、接近開關(guān)等組成。通過控制油缸推動定位銷，可實現(xiàn)相鄰面陣的鎖緊/解鎖。鎖緊時，定位銷滑行在支耳孔內(nèi)，到達(dá)接近開關(guān)1處時，接近開關(guān)發(fā)信號，表示鎖緊到位，系統(tǒng)停止油缸運行，執(zhí)行下一步動作；解鎖時，當(dāng)定位銷滑行到接近開關(guān)2處時，接近開關(guān)發(fā)信號，表示解鎖到位，系統(tǒng)停止油缸運行，執(zhí)行下一步動作。

本文對鎖緊油缸的行程、外徑、缸徑、桿徑及鎖緊/解鎖力等進(jìn)行了仿真和優(yōu)化設(shè)計，以使該鎖緊機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，鎖定/解鎖可靠。圖6為鎖緊機構(gòu)示意圖。鎖緊油缸的設(shè)計參數(shù)見表2。

圖6 鎖緊機構(gòu)示意圖

表2 鎖緊油缸設(shè)計參數(shù)

3.3天線翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

3.3.1 中塊天線翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

中塊天線進(jìn)行狀態(tài)轉(zhuǎn)換需進(jìn)行180°折疊。以距天線底端7 m處為界，分為上下2個部分，設(shè)計對稱分布的2組翻轉(zhuǎn)機構(gòu)，分別由上下2只油缸和1個三角架組成。中塊折疊時，雙側(cè)2只下油缸同步驅(qū)動，完成中塊天線90°運動，然后雙側(cè)2只上油缸同步驅(qū)動，接力完成中塊天線180°的對折。采用MSC.ADAMS軟件進(jìn)行設(shè)計及仿真分析，在保證翻轉(zhuǎn)角度的前提下，對油缸的安裝距、行程及受力都進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，翻轉(zhuǎn)角度大，受力合理，變形較小。圖7為中塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)及其仿真示意圖。中塊翻轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計參數(shù)見表3。

圖7 中塊翻轉(zhuǎn)機構(gòu)及其仿真示意圖

表3 中塊翻轉(zhuǎn)油缸設(shè)計參數(shù)

3.3.2 面陣天線翻轉(zhuǎn)機構(gòu)

整個面陣天線重27 t，需完成90°舉升和倒伏。為減小油缸長度并使其受力合理，采用雙級油缸，一級缸缸徑大，在面陣起豎、所需舉升力較大時進(jìn)行推動。二級缸缸徑較小，在天線舉升至40°時接力舉升，完成整個天線的90°舉升。面陣翻轉(zhuǎn)機構(gòu)設(shè)計為雙側(cè)推動，對油缸的安裝距、行程、受力等都進(jìn)行了仿真優(yōu)化。該機構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊，受力合理。面陣翻轉(zhuǎn)機構(gòu)及其仿真示意圖如圖8所示。面陣翻轉(zhuǎn)油缸的設(shè)計參數(shù)見表4。

圖8 面陣翻轉(zhuǎn)機構(gòu)及其仿真示意圖

表4 面陣翻轉(zhuǎn)油缸設(shè)計參數(shù)

3.4天線自動對接平臺

為解決邊塊天線與中塊天線的快速對接難題，設(shè)計了一套六自由度自動對接平臺，安裝在邊塊天線車上。該對接平臺由4只調(diào)平油缸、2組平行四邊形舉升機構(gòu)、車長和車寬方向2組平推機構(gòu)、1個方位軸承、位置測量和檢查裝置等設(shè)備組成，可實現(xiàn)邊塊天線在空間6個自由度上的位置調(diào)節(jié)，待邊塊和中塊最終準(zhǔn)確對位后，由鎖緊機構(gòu)完成自動鎖緊。該對接平臺為獨創(chuàng)性設(shè)計，詳細(xì)設(shè)計見文獻(xiàn)[6]。圖9為天線對接平臺示意圖。

圖9 天線對接平臺示意圖

4 結(jié)束語

該大型米波雷達(dá)天線車的機動性設(shè)計，采用了自主創(chuàng)新的多項設(shè)計，通過天線車上設(shè)備的集成化設(shè)計，新穎的天線分塊、折疊方式，獨創(chuàng)的面陣天線翻轉(zhuǎn)、折疊、鎖緊、對接平臺等自動化機構(gòu)，成功解決了該雷達(dá)天線車的機動性設(shè)計難題。該設(shè)計通過了整機工程驗證，使該雷達(dá)的架設(shè)/撤收時間達(dá)到了指標(biāo)要求，取得了較好的效果，可供大尺寸平面陣列雷達(dá)天線車的機動性設(shè)計參考。

[1] 曹長虹. 米波高機動雷達(dá)的結(jié)構(gòu)設(shè)計[C]// 2008年電子機械與微波結(jié)構(gòu)工藝學(xué)術(shù)會議論文集. 南昌: 中國電子學(xué)會電子機械工程分會, 2008.

[2] 趙德昌. 地面高機動雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計探討[J]. 電子機械工程, 2007, 23(3)：19-23.

[3] 胡長明, 羅超人. 從結(jié)構(gòu)總體設(shè)計角度探討提高地面雷達(dá)機動性的方法[J]. 電子機械工程, 1999(5): 11-14, 60.

[4] 程輝明, 許統(tǒng)融. 地面高機動雷達(dá)集成化設(shè)計技術(shù)[J]. 電子機械工程, 2005, 21(3): 22-23, 27.

[5] 林有才. 高機動地面雷達(dá)的現(xiàn)狀和未來發(fā)展趨勢[J]. 電子科學(xué)技術(shù)評論, 2004(6): 35-38.

[6] 周紅, 樊雷, 黃琿. 大型雷達(dá)天線六自由度自動對接平臺設(shè)計[J]. 電子機械工程, 2014, 30(5): 25-28.

周 紅 (1964-),女,高級工程師,主要從事雷達(dá)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

樊 雷 (1979-),男,高級工程師,主要從事雷達(dá)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計工作。

聲明

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MobilityDesignofaLargeMBRAntennaVehicle

ZHOUHong，F(xiàn)ANLei

(JinjiangInformationIndustryCo.,Ltd.ofCEC,Chengdu610051,China)

The meter-wave band radar (MBR) is characterized by big mass and the large-area antenna which must be packed up into several units for transportation. Its mobility design is the difficult problem of the radar engineering, especially the fast erecting and dismantling of the antenna vehicle. Design of a MBR antenna vehicle system is introduced in this paper, such as integrated design of the system, reasonable division and proper folding of the antenna array, the design of the automatic erecting and dismantling mechanism including the overturning, folding, locking mechanism etc. Simulation and optimization design are carried out by MSC.ADAMS. The test shows that the mobility of the radar meets the requirement. This design can be used as a reference for the mobility design of the similar large radar vehicle.

MBR antenna vehicle； mobility； structure design

2015-04-13

TN820.8

：A

：1008-5300(2015)04-0020-04