朱 俊，敬 敏

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

新型多功能機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)模塊化結(jié)構(gòu)介紹*

朱 俊，敬 敏

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

目前機(jī)載火控雷達(dá)對(duì)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求越來(lái)越高，在發(fā)射功率加倍、功能更復(fù)雜的情況下對(duì)發(fā)射機(jī)的體積、重量、抗振性、散熱和維護(hù)等均提出了更嚴(yán)格的要求，這就需要對(duì)機(jī)載火控雷達(dá)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新性研究。本文針對(duì)上述要求詳細(xì)論述了雙行波管、多功能、高集成度發(fā)射機(jī)的主體框架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、安裝形式，介紹了發(fā)射機(jī)內(nèi)部組件的模塊化分類，著重討論了外部插拔式的模塊化組件的結(jié)構(gòu)及安裝形式。該發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足現(xiàn)代機(jī)載火控雷達(dá)對(duì)發(fā)射機(jī)在功能性、維護(hù)性、體積及重量等方面的嚴(yán)格要求，同時(shí)該發(fā)射機(jī)經(jīng)過(guò)充分的可靠性試驗(yàn)證明其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具有良好的穩(wěn)定性和可維護(hù)性，適用范圍廣。

模塊化；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；發(fā)射機(jī)；機(jī)載雷達(dá)

引 言

國(guó)內(nèi)從20世紀(jì)70年代以來(lái)自行研制了多種機(jī)載火控雷達(dá)，其中多部已經(jīng)定型并裝備部隊(duì)。幾十年的研制積累了大量機(jī)載雷達(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，特別是機(jī)載雷達(dá)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)——發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)，通過(guò)大量的工程實(shí)驗(yàn)，機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)日趨成熟。近年來(lái)隨著新型輕型殲擊機(jī)的研制成功，對(duì)機(jī)載雷達(dá)有了全新的要求。已有的機(jī)載雷達(dá)由于體積、重量、功率、維護(hù)等技術(shù)指標(biāo)難以滿足要求，市場(chǎng)前景也不容樂(lè)觀[1]。目前我國(guó)裝備的機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)與國(guó)外同類產(chǎn)品相比，在發(fā)射功率相同的情況下，體積大50%，重量重40%，并且國(guó)外發(fā)射機(jī)的數(shù)據(jù)采集量比我國(guó)的大1倍。因此急需研制一種全新的機(jī)載多功能火控雷達(dá)，特別是在發(fā)射功率加倍的情況下，發(fā)射機(jī)體積要縮小30%，重量要減小28%，外場(chǎng)維護(hù)時(shí)間要減少50%，這對(duì)發(fā)射機(jī)的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提出了以往所沒(méi)有的難度要求。

本文研究的機(jī)載火控雷達(dá)發(fā)射機(jī)采用了雙行波管、模塊化、多通道冷卻等不同于以往行波管發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)形式。把以往雷達(dá)中的主發(fā)射、指令發(fā)射、陣面電源3個(gè)分機(jī)集中設(shè)計(jì)安裝在一臺(tái)發(fā)射分機(jī)中。這對(duì)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、抗振、散熱、電磁兼容、可靠性、維護(hù)性等提出了很高的要求[2]，因此對(duì)該發(fā)射機(jī)整體結(jié)構(gòu)及模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的研究具有重要意義。

1 設(shè)計(jì)要求

雖然該發(fā)射機(jī)集成了以往的3個(gè)分機(jī)，但是為了大幅度提高雷達(dá)各項(xiàng)性能指標(biāo)，雷達(dá)整機(jī)對(duì)發(fā)射機(jī)的體積、重量、可維護(hù)性都提出了很高的要求。主要指標(biāo)為：

1)安裝在飛機(jī)前部；

2)外形≤503 mm × 300 mm × 224 mm(長(zhǎng) × 寬 × 高，不包含接插件等)；

3)重量≤44 kg；

4)與雷達(dá)框架剛性連接；

5)冷卻方式為強(qiáng)迫風(fēng)冷，25℃風(fēng)溫時(shí)，風(fēng)量≤170 kg/h；

6)單元熱耗≤1.8 kW；

7)主發(fā)射、陣面電源、指令電源都能在惡劣環(huán)境中連續(xù)工作。

為了滿足雷達(dá)的各項(xiàng)指標(biāo)要求，該發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的指導(dǎo)思想是采用全模塊化組件模式，發(fā)射機(jī)在保證滿足體積重量及電訊指標(biāo)要求的前提下盡量提高可靠性，降低發(fā)射機(jī)和組件的外場(chǎng)維護(hù)難度，減少組件的維護(hù)更換時(shí)間，這就對(duì)發(fā)射機(jī)系統(tǒng)的主體結(jié)構(gòu)、組件結(jié)構(gòu)、散熱、絕緣等提出了特殊的要求。

2 發(fā)射機(jī)的組成及結(jié)構(gòu)布局

2.1 發(fā)射機(jī)的組成

本文研究的機(jī)載火控雷達(dá)發(fā)射機(jī)的主要組件包括：配電器，逆變器，主發(fā)射高壓電源，燈絲調(diào)制電源，控制保護(hù)，指令發(fā)射電源，陣面電源，主發(fā)射行波管，指令發(fā)射機(jī)行波管，機(jī)殼和風(fēng)冷組件。

2.2 發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)布局

以往采用模塊化組件結(jié)構(gòu)的機(jī)載火控雷達(dá)發(fā)射機(jī)由于功能相對(duì)單一，一般把發(fā)射機(jī)內(nèi)電路設(shè)計(jì)成3～4個(gè)模塊化組件安裝在發(fā)射機(jī)內(nèi)部，外部看不到內(nèi)部的組件。本文研究的發(fā)射機(jī)由于功能的多樣性、復(fù)雜性，在電路設(shè)計(jì)時(shí)必然使各組件內(nèi)部較以往更加復(fù)雜，而且組件的數(shù)量也大大增加。因此，在發(fā)射機(jī)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)就要進(jìn)一步考慮發(fā)射機(jī)及組件的可靠性和可維護(hù)性，簡(jiǎn)化組件的安裝、更換，減少發(fā)射機(jī)的整機(jī)調(diào)試步驟和時(shí)間。

在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)首先把發(fā)射機(jī)分為主體框架和組件兩大部分。主體框架主要負(fù)責(zé)承受發(fā)射機(jī)的重量、設(shè)置發(fā)射機(jī)與雷達(dá)框架的結(jié)構(gòu)安裝接口和發(fā)射機(jī)的主冷卻通道進(jìn)出風(fēng)口，并且設(shè)計(jì)有安裝組件的結(jié)構(gòu)及電路接口。自制的組件主要通過(guò)插拔方式從發(fā)射機(jī)前部裝入，通過(guò)螺栓、鎖緊機(jī)構(gòu)及插座與框架緊固。發(fā)射機(jī)的兩個(gè)行波管從框架上部裝入，輸出波導(dǎo)從發(fā)射機(jī)上部導(dǎo)出，折彎后延上蓋板平行輸出與雷達(dá)饋線波導(dǎo)連接。發(fā)射機(jī)整體結(jié)構(gòu)布局見(jiàn)圖1。

圖1 發(fā)射機(jī)整體結(jié)構(gòu)布局示意圖

2.3 發(fā)射機(jī)的主體結(jié)構(gòu)

本發(fā)射機(jī)功能復(fù)雜、組件較多，在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)必須首先滿足發(fā)射機(jī)與雷達(dá)框架的安裝結(jié)構(gòu)及使用環(huán)境的強(qiáng)度要求。再次考慮到組件的模塊化結(jié)構(gòu)安裝、維護(hù)、振動(dòng)、外部的進(jìn)風(fēng)及內(nèi)部組件的散熱，同時(shí)又要滿足發(fā)射機(jī)重量、體積等指標(biāo)，因此其主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)外部采用了輕量化拼裝結(jié)構(gòu)，同時(shí)內(nèi)部又設(shè)計(jì)有一體化的用于承重及集中散熱的風(fēng)冷板。發(fā)射機(jī)的主體結(jié)構(gòu)框架主要由底座、側(cè)板、上板、冷板及轉(zhuǎn)接背板等組成。

發(fā)射機(jī)與雷達(dá)安裝架的連接，首先通過(guò)發(fā)射機(jī)后部的兩個(gè)襯套孔插入雷達(dá)安裝架上對(duì)應(yīng)的導(dǎo)銷定位，然后通過(guò)前部的3個(gè)M8螺栓緊固。因此在發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)把螺栓和襯套孔都統(tǒng)一設(shè)計(jì)在一個(gè)底座上，有利于提高螺栓間、襯套間及螺栓與襯套間的加工尺寸精度，同時(shí)又能減少與雷達(dá)安裝架間的安裝偏差。為了承受發(fā)射機(jī)的重量并滿足大振動(dòng)量級(jí)的環(huán)境要求，底座采用了高強(qiáng)度防銹鋁鍛造加工成型，并且設(shè)計(jì)有便于組件安裝固定的導(dǎo)槽和緊固件。

發(fā)射機(jī)底座上部的結(jié)構(gòu)件主要通過(guò)兩側(cè)的側(cè)板和中間的加強(qiáng)框架采用緊固件連接。側(cè)板上部和后部都裝有蓋板。上蓋板分為前后兩部分，能單獨(dú)拆卸便于上部器件的拆裝。前部蓋板又兼顧設(shè)計(jì)有安裝模塊的倒槽，后部蓋板又具有加強(qiáng)發(fā)射機(jī)主體框架剛強(qiáng)度的作用。發(fā)射機(jī)后下部安裝有焊接了盲插插座的印制背板和結(jié)構(gòu)剛度加強(qiáng)板，便于模塊從發(fā)射機(jī)前部插拔安裝，同時(shí)印制背板又與底座和冷板連接起到一定的加強(qiáng)框架剛度的作用。發(fā)射機(jī)主體結(jié)構(gòu)框架見(jiàn)圖2。

圖2 發(fā)射機(jī)主體結(jié)構(gòu)框架示意圖

2.4 發(fā)射機(jī)的主冷板結(jié)構(gòu)

發(fā)射機(jī)主冷板主要用于兩個(gè)行波管的安裝、冷卻以及組件的輔助風(fēng)冷通道。冷卻風(fēng)從冷板后部的圓形進(jìn)風(fēng)口導(dǎo)入，70%的風(fēng)量供兩個(gè)行波管冷卻，從冷板右側(cè)面導(dǎo)出，同時(shí)冷板的前側(cè)還設(shè)計(jì)有3個(gè)圓形小型出風(fēng)口以供不同的組件散熱。

該冷板同時(shí)又作為發(fā)射機(jī)內(nèi)部的中層支架連接側(cè)板、后板等結(jié)構(gòu)件，因此必須有一定的強(qiáng)度和剛度。在設(shè)計(jì)上該冷板底座采用了可焊接高強(qiáng)度鋁合金，并且內(nèi)部設(shè)計(jì)了加強(qiáng)結(jié)構(gòu)，在經(jīng)過(guò)與翅片及導(dǎo)熱上蓋焊接后，又對(duì)材料進(jìn)行了強(qiáng)化處理，在保證其冷卻散熱作用的同時(shí)又能滿足在強(qiáng)振動(dòng)下上部安裝的行波管和發(fā)射機(jī)的抗振性。主冷板結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖3。

圖3 主冷板結(jié)構(gòu)示意圖

3 組件的結(jié)構(gòu)形式

3.1 組件的分類

由于本文研制的發(fā)射機(jī)集成了以往雷達(dá)的3個(gè)主要分機(jī)，因此發(fā)射機(jī)內(nèi)部模塊功能復(fù)雜，集成度高。在模塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，主要按功能分為7個(gè)模塊。同時(shí)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)也按電壓高低、熱耗高低等幾個(gè)方面進(jìn)行了模塊內(nèi)部小組件的分類組合。

按電壓高低分，高電壓模塊包括高壓電源模塊、燈絲調(diào)制模塊、指令電源模塊；低電壓模塊包括配電模塊、逆變模塊、控保前級(jí)模塊、陣面電源模塊。

按熱耗高低分，高熱耗模塊包括高壓電源模塊、燈絲調(diào)制模塊、指令電源模塊、逆變模塊；低熱耗模塊包括配電模塊、控保前級(jí)模塊、陣面電源模塊。

3.2 組件的主要結(jié)構(gòu)形式

該發(fā)射機(jī)在結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)時(shí)，特別考慮了組件的可維護(hù)性、安裝便利性，發(fā)射機(jī)和組件的可靠性、調(diào)試便利性，因此在設(shè)計(jì)組件主體安裝結(jié)構(gòu)時(shí)考慮采用獨(dú)立的L形金屬外殼封裝模塊，可以單獨(dú)組裝、調(diào)試，并且組件具有一定的插拔功能。由于組件內(nèi)部既有低電壓器件也有高電壓器件，因此為了便于更換和減少電纜數(shù)量，各組件間的電連接分別采用定制的矩形低電壓連接器和圓形高電壓連接器。整個(gè)模塊裝入發(fā)射機(jī)后通過(guò)上下兩個(gè)鎖緊裝置與發(fā)射機(jī)機(jī)架內(nèi)導(dǎo)槽鎖緊，前部有螺套與機(jī)架緊固。矩形電連接器采用鋼材外殼和帶雙導(dǎo)銷的盲插結(jié)構(gòu)，其插頭裝在模塊尾部，可以直接與裝在發(fā)射機(jī)內(nèi)部的走線背板上的插座插拔式連接。這種插座結(jié)構(gòu)形式既能定位，又對(duì)整個(gè)模塊起到一定的輔助固定效果，在振動(dòng)狀態(tài)下能減小模塊的振動(dòng)響應(yīng)。普通模塊結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖4。

圖4 普通模塊結(jié)構(gòu)示意圖

3.3 特殊組件的結(jié)構(gòu)

由于行波管發(fā)射機(jī)的特殊電訊原理，在該發(fā)射機(jī)的組件中存在集中了高電壓、高熱耗又較重的特殊組件[3]。而該組件還必須滿足整機(jī)苛刻的溫度、高度環(huán)境條件。因此該組件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)除了采用L型插拔形式的外體結(jié)構(gòu)外，模塊還采用了全密封的結(jié)構(gòu)形式以保證高電壓器件在高空低氣壓下的可靠性。針對(duì)發(fā)射機(jī)熱耗高的特點(diǎn)還在模塊上設(shè)計(jì)了一體化的散熱冷板結(jié)構(gòu)，使主冷板分配出部分冷卻風(fēng)來(lái)單獨(dú)給該模塊散熱。同時(shí)相較于其他模塊，增加了固定螺釘?shù)臄?shù)量以提高其抗振性能。特殊組件結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖5。

圖5 特殊組件結(jié)構(gòu)示意圖

4 結(jié)束語(yǔ)

文中介紹了一種新型雙行波管、多功能、高低電壓混合組件的模塊化、一體化機(jī)載發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)形式。該發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸、重量已接近國(guó)外最新同類型機(jī)載雷達(dá)發(fā)射機(jī)。該種結(jié)構(gòu)形式有利于組件的大批量生產(chǎn)、調(diào)試和組件的互換性，大大減少了外場(chǎng)維護(hù)更換時(shí)間，適應(yīng)范圍廣，可以延伸到使用電子管發(fā)射機(jī)的其他平臺(tái)。

由于機(jī)載環(huán)境惡劣，同時(shí)組件的組裝密度高，因此在提高整個(gè)發(fā)射機(jī)及內(nèi)部組件的可靠性方面還有待進(jìn)一步完善。

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Modular Structure of New Multifunctional Airborne Radar Transmitter

ZHU Jun，JING Min

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The structure design of airborne fire control radar has more and more high requirements. Under the situations of doubled transmitter power and more complex function, the volume, weight, vibration resistance, heat dissipation and maintenance of the transmitter are of more strict requirements. This requires innovative structure research for airborne fire control radar transmitter. According to the requirements above mentioned, this paper discusses the main body framework structure design and the installation form of the double TWT, multi-function, high integration level transmitter in detail, introduces the modular classification of the transmitter internal components, emphatically discusses the structure and the installation form of the modular components with external plug type. The structure design of the transmitter satisfies the strict requirements of modern airborne fire control radar transmitter on functionality, maintainability, volume, weight and so on. At the same time, the reliability of the transmitter is sufficiently tested and the results indicate that the structure design has good stability and maintainability, and wide applicable scope.

modular; structure design; transmitter; airborne radar

2014-07-07

TN957.3

A

1008-5300(2014)06-0030-04

朱俊(1976-)，男，高級(jí)工程師，主要從事雷達(dá)發(fā)射機(jī)結(jié)構(gòu)方面的研究工作。