機(jī)械可靠性及其在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

摘要：雷達(dá)在航空管制中起著至關(guān)重要的作用，其承擔(dān)著飛行重大的安全責(zé)任。因此，雷達(dá)的安全性能必須得到一定的保障。可靠性分析就是對(duì)雷達(dá)出現(xiàn)故障以及失靈等情況的概率進(jìn)行衡量。在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中引入機(jī)械可靠性是非常有必要的。本文首先簡(jiǎn)單介紹了可靠性的相關(guān)概念以及特點(diǎn)；其次，對(duì)于可靠性在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用從影響因素、雷達(dá)可靠性分析兩方面進(jìn)行了詳細(xì)的探討；最后，提出了提高雷達(dá)機(jī)械可靠性的相關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)械可靠性；雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；應(yīng)用

產(chǎn)品在原先已經(jīng)設(shè)定好的條件下以及所允許的時(shí)間內(nèi)所完成之前所規(guī)定的

功能的特性稱為可靠性。這一特性的程度大小主要是利用可靠度R作為衡量指標(biāo)。產(chǎn)品在其生命周期內(nèi)所發(fā)生故障或者失靈的概率問(wèn)題是可靠性主要所研究的問(wèn)題之一?？煽啃詥?wèn)題首次是在第二次世界大戰(zhàn)時(shí)期提出的，當(dāng)時(shí)美國(guó)空軍由于飛行故障所造成的損失比擊落的飛機(jī)高1.5以及美軍所運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備也有一半以上的數(shù)量因?yàn)橘|(zhì)量問(wèn)題而無(wú)法使用或者使用較短一段時(shí)間就會(huì)失靈，從而大大提高了失效率，在上述情況之下才提出了可靠性。機(jī)械設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)最大的區(qū)別在于，機(jī)械設(shè)計(jì)只需要滿足可靠性設(shè)計(jì)，其可靠性設(shè)計(jì)的目的主要是機(jī)械零件需要滿足一定程度下的可靠度。其將零件的應(yīng)力、強(qiáng)度看成是多值的且服從于一定概率分布規(guī)律的隨機(jī)變量。可靠度是能夠衡量可靠性程度高低的重要指標(biāo)之一。在所預(yù)定的時(shí)間及相應(yīng)的條件下，所規(guī)定的功能所完成的程度的概率大小稱為結(jié)構(gòu)的可靠度。

一、可靠性在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

雷達(dá)在航行、飛機(jī)起飛以及著落等航空管制中占據(jù)著非常重要的作用，雷

達(dá)對(duì)于飛行安全承擔(dān)著非常重大的責(zé)任。同時(shí)，雷達(dá)要經(jīng)受高溫、低溫、雷雨、氣壓以及鹽霧等非常復(fù)雜多變的環(huán)境之中，除此之外，雷達(dá)還需要24小時(shí)持續(xù)性的處于工作狀態(tài)，這就對(duì)雷達(dá)的可靠性提出了更加苛刻嚴(yán)格的要求。因此，雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，必須考慮到其可靠性。

（一）影響雷達(dá)可靠性的主要因素

由于雷達(dá)受到材質(zhì)不同以及制造工藝不同等差別，這些因素會(huì)對(duì)雷達(dá)的性能造成一定的影響。總體來(lái)說(shuō)，雷達(dá)的可靠性主要受到環(huán)境因素、材質(zhì)因素以及加工因素三方面的影響。

第一，環(huán)境因素主要包括氣壓大小、機(jī)械振動(dòng)沖擊力的大小、風(fēng)載荷以及加速度等因素的影響。

第二，材料方面的因素主要包括了構(gòu)成材料的化學(xué)元素、雷達(dá)成型的技術(shù)工藝以及材料強(qiáng)度隨質(zhì)量問(wèn)題的隨機(jī)變化程度等。

第三，加工方面的因素主要包括了加工所存在的尺寸誤差大小、結(jié)構(gòu)形態(tài)、精度大小等對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定變化的影響因素。

所以，針對(duì)以上所述的會(huì)對(duì)雷達(dá)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中產(chǎn)生影響的因素，將可靠性設(shè)計(jì)與雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)充分結(jié)合起來(lái)是非常有必要的。

（二）雷達(dá)的可靠性分析

在雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，對(duì)雷達(dá)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行可靠性分析主要可以分為以下幾方面：第一，對(duì)于雷達(dá)結(jié)構(gòu)的功能效果以及失靈的幾種情況要明確并且進(jìn)行相應(yīng)的分析，并且要對(duì)雷達(dá)工作時(shí)所處的環(huán)境以及設(shè)計(jì)變量等也要進(jìn)行明確的了解。天線骨架、方位大齒輪、設(shè)備平臺(tái)、機(jī)箱機(jī)柜等是雷達(dá)承受載荷的典型結(jié)構(gòu)。失靈的情況隨著結(jié)構(gòu)功能的不同而不同。對(duì)于天線骨架來(lái)說(shuō)，反射面的精度是最重要的內(nèi)容之一，所以其主要失靈的情況是出現(xiàn)變形的情況。天線舉升機(jī)構(gòu)的主要功能是為了能夠?qū)⑻炀€舉升到一定的高度并且保證其的穩(wěn)定性，所以強(qiáng)度是其保障之一。雷達(dá)電子產(chǎn)品設(shè)備的平臺(tái)和載體是設(shè)備平臺(tái)，變形程度以及強(qiáng)度是其正常工作的保證。雷達(dá)結(jié)構(gòu)的可靠性分析的前提基礎(chǔ)是設(shè)計(jì)變量是否合理。各種由于環(huán)境原因而引起的隨機(jī)在和以及材料的尺寸大小和強(qiáng)度大小都是雷達(dá)設(shè)計(jì)過(guò)程中的設(shè)計(jì)變量。

（三）可靠性分析方法的主要原理及步驟

首先，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，可靠性設(shè)計(jì)認(rèn)為零部件上的應(yīng)力不是一個(gè)固定的值，其是一個(gè)隨機(jī)變量。因此其具有離散變量所具有的一切性質(zhì)。因此，對(duì)可靠性分析的時(shí)候，主要是采用概率論及數(shù)理統(tǒng)計(jì)的相關(guān)方法進(jìn)行研究分析。其次，可靠性設(shè)計(jì)認(rèn)為零部件存在著發(fā)生故障以及失靈情況發(fā)生的可能性，即存在一定失效的概率，但是其失效概率必須在允許的范圍內(nèi)。最后，可靠性設(shè)計(jì)的一般步驟是，第一，要明確了解零部件失效的幾種情況以及對(duì)于零部件的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則要明確；第二，對(duì)于零件材料進(jìn)行選擇，并且對(duì)其強(qiáng)度分布進(jìn)行確定；第三，計(jì)算零部件所能夠承受的應(yīng)力大小等。

二、提高雷達(dá)機(jī)械可靠性的相關(guān)建議

第一，風(fēng)載荷是影響雷達(dá)工作可靠性的主要因素，由于風(fēng)載荷的隨機(jī)寬帶激勵(lì)性質(zhì)，因此，這就將會(huì)造成了升降桿工作應(yīng)力具有較大范圍的波動(dòng)幅度。同時(shí)，環(huán)境所帶來(lái)的影響因素又是無(wú)法避免的。因此，為了提高風(fēng)載荷的可靠度，對(duì)于對(duì)升降桿的壁厚度以及外直徑進(jìn)行加大加厚的處理方式可以達(dá)到這一目的。但是，這樣也存在著一定的缺陷，通過(guò)這樣的操作自然的會(huì)造成重量的增加；除此之外，還可以通過(guò)地面輔助作用或者鋼絲等方式進(jìn)行加固，從而達(dá)到減少頂端位移量的目的，可以起到有效降低工作應(yīng)力的目的。

第二，通過(guò)提高結(jié)構(gòu)零部件的精度以實(shí)現(xiàn)提高雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性的目的?？傮w來(lái)說(shuō)，如果管徑以及壁厚的精度越高，那么其對(duì)于輸出設(shè)計(jì)變量所造成的影響將會(huì)越小。所以，通過(guò)以實(shí)現(xiàn)雷達(dá)結(jié)構(gòu)部件的精度再提高到新的標(biāo)準(zhǔn)、對(duì)雷達(dá)結(jié)構(gòu)件尺寸的離散程度進(jìn)行有效的降低，這也是達(dá)到提高雷達(dá)結(jié)構(gòu)可靠性的其中一種有效的方式和方法。

第三，雷達(dá)結(jié)構(gòu)可靠性在一定程度上會(huì)受到材料的影響。從而，采取一定的方式對(duì)材料的力學(xué)性能進(jìn)行一定程度上的提高，可以在一定程度上起到有效降低結(jié)構(gòu)部件失效的概率。

三、結(jié)語(yǔ)

在土木工程設(shè)計(jì)中，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可靠性問(wèn)題已經(jīng)受到了廣泛的關(guān)注并且也對(duì)此展開(kāi)了積極的研究和探討。雷達(dá)處于一個(gè)復(fù)雜多變以及隨機(jī)性非常強(qiáng)的一個(gè)環(huán)境之中。因此，在雷達(dá)的生產(chǎn)制造以及使用的過(guò)程中，很多隨機(jī)性非常強(qiáng)的因素會(huì)對(duì)雷達(dá)的工作情況帶來(lái)一定的影響，從而會(huì)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的可靠性造成影響。因此，在對(duì)結(jié)構(gòu)可靠性進(jìn)行分析的時(shí)候，要充分考慮各種因素的失效情況，并且對(duì)其開(kāi)展可靠性計(jì)算，從而通過(guò)可靠性以實(shí)現(xiàn)應(yīng)的約束以及指導(dǎo)作用。

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作者簡(jiǎn)介：高漢坤（1984），男，安徽濉溪人，學(xué)士，助理工程師，研究方向：雷達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。