杜　勇

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第三十八研究所，合肥　230088)

某三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

杜勇

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司 第三十八研究所，合肥230088)

摘要：針對(duì)某出口型三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及國(guó)外用戶的需求，提出了一體化設(shè)計(jì)的理念；重點(diǎn)解決了適應(yīng)C-130空運(yùn)的雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)，天線陣面舉升/折疊一體化設(shè)計(jì)，空運(yùn)專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)和惡劣環(huán)境適應(yīng)能力設(shè)計(jì)。通過(guò)外場(chǎng)測(cè)試驗(yàn)證了雷達(dá)系統(tǒng)的可靠性。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)指示雷達(dá)；C-130；一體化設(shè)計(jì)

現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)是信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，而戰(zhàn)場(chǎng)的信息主要靠雷達(dá)設(shè)備來(lái)獲取，雷達(dá)具有全天候快速檢測(cè)和定位功能，是現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中的力量倍增器。其中目標(biāo)指示雷達(dá)具有較高的探測(cè)精度，和各類(lèi)跟蹤雷達(dá)形成有效的互補(bǔ)，是中近程防空的核心裝備。隨著反恐形勢(shì)的嚴(yán)峻和地區(qū)沖突的不斷，高機(jī)動(dòng)目標(biāo)指示雷達(dá)的需求越來(lái)越多，具有廣闊的市場(chǎng)前景。

本文研究的某出口型三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)主要面向國(guó)際市場(chǎng)，是我所前期某雷達(dá)的出口型號(hào)。它采用先進(jìn)成熟雷達(dá)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)模塊，充分借鑒原雷達(dá)性能特點(diǎn)，結(jié)合國(guó)際用戶的需求，采用組合化、系列化、標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)中兼顧對(duì)空目標(biāo)指示和航空管制功能，融合了航管雷達(dá)技術(shù)，快速完成產(chǎn)品開(kāi)發(fā)，具有成本低廉、性能可靠的特點(diǎn)和良好的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。雷達(dá)優(yōu)化了整體布局，滿足國(guó)外環(huán)境下的運(yùn)輸要求，強(qiáng)化了環(huán)境適應(yīng)能力，提高雷達(dá)的可靠性。以下就雷達(dá)的總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、大陣面全自動(dòng)舉升/折疊一體化設(shè)計(jì)、快速空運(yùn)機(jī)動(dòng)平臺(tái)設(shè)計(jì)以及惡劣環(huán)境適應(yīng)能力設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的論述。

1雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)

雷達(dá)的高機(jī)動(dòng)性能有利于提高雷達(dá)的戰(zhàn)場(chǎng)生存能力，雷達(dá)采用陣面折疊的形式來(lái)滿足機(jī)動(dòng)架撤及各種運(yùn)輸要求(包括C-130空運(yùn))，而各種運(yùn)輸方式又對(duì)天線的折疊方式有著許多限制。此外國(guó)外特殊的環(huán)境對(duì)雷達(dá)的可靠性、可維修性具有較高的要求。如何同時(shí)滿足機(jī)動(dòng)性、大尺寸陣面和可靠性的要求是雷達(dá)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。為了解決這些問(wèn)題，對(duì)以下幾點(diǎn)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)：適應(yīng)C-130空運(yùn)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)；大載荷大陣面全自動(dòng)舉升/折疊一體化設(shè)計(jì)；雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性和運(yùn)輸兼容性設(shè)計(jì)；惡劣環(huán)境適應(yīng)能力設(shè)計(jì)。

首先針對(duì)天線陣面設(shè)備進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，重點(diǎn)是發(fā)射組件的整體設(shè)計(jì)。整個(gè)天線收發(fā)單元由天線陣面、運(yùn)輸載車(chē)、平臺(tái)總成、天線座和旋轉(zhuǎn)組合五大部分組成。每一部分又由相應(yīng)的設(shè)備組成。

1) 天線陣面。天線陣面分成天線上陣面和天線下陣面，作為天線陣面主承力件的天線骨架被分成下骨架、上骨架、背架和折疊機(jī)構(gòu)。背架附著在上骨架的背面且可上下滑動(dòng)一定的行程。而折疊機(jī)構(gòu)固定于下骨架之上，通過(guò)鉸接鏈接于背架上。通過(guò)折疊機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)背架翻轉(zhuǎn)，再通過(guò)固定于背架上的油缸的作用推動(dòng)上骨架的滑動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)上、下骨架的合攏與分離。整個(gè)天線骨架(除斜拉加強(qiáng)筋(或管)外)均用特高強(qiáng)度鋼板折彎對(duì)焊而成。由于C-130運(yùn)輸機(jī)的載重有限(不大于19 t)，充分應(yīng)用現(xiàn)有的力學(xué)分析軟件，在保證足夠的剛強(qiáng)度的前提下，以最小的重量為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。為了有效地減輕天線骨架重量，除采取合理截面形式外，還從系統(tǒng)布置、元器件等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。天線收發(fā)單元的的工作狀態(tài)如圖1所示。

圖1　天線收發(fā)單元工作狀態(tài)

2) 運(yùn)輸載車(chē)。運(yùn)輸載車(chē)選用泰安TA5310變型軍用越野車(chē)底盤(pán)，其越野性能優(yōu)異；另外，還在該車(chē)型的底盤(pán)車(chē)上加裝發(fā)電裝置，以供天線架設(shè)時(shí)用電。發(fā)電機(jī)的動(dòng)力取自汽車(chē)本身。汽車(chē)的自發(fā)電系統(tǒng)由汽車(chē)動(dòng)力引出裝置、同步電機(jī)和調(diào)速裝置3部分組成。汽車(chē)進(jìn)入陣地結(jié)束行駛狀態(tài)之后，用汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)作原動(dòng)力帶動(dòng)同步發(fā)電機(jī)發(fā)電，發(fā)電功率12 kW，供架設(shè)時(shí)用電。

3) 平臺(tái)總成。工作平臺(tái)由高強(qiáng)度鋼板折彎拼焊而成，具有足夠的剛強(qiáng)度，能保證天線可靠的工作。工作平臺(tái)上端面安裝有仿生支腿、液壓泵站、調(diào)平控制箱、舉升門(mén)架、定北儀機(jī)箱、配電及轉(zhuǎn)接箱和綜合小艙。平臺(tái)下端面通過(guò)6個(gè)旋鎖與改裝車(chē)連接，可在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)與載車(chē)分離(圖2)。

4) 天線座。天線座是由底座、轉(zhuǎn)盤(pán)、回轉(zhuǎn)軸承、電機(jī)以及減速器等組成。其上端面與陣面相聯(lián)，下端面與舉升門(mén)架連接。該天線座通過(guò)采取單機(jī)驅(qū)動(dòng)的形式，轉(zhuǎn)盤(pán)與底座均采用鋼板焊接的方式。根據(jù)風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)結(jié)果和要求使用的工況，經(jīng)計(jì)算，可選用為功率11 kW驅(qū)動(dòng)電機(jī)。

5) 旋轉(zhuǎn)組合。旋轉(zhuǎn)組合由一個(gè)中頻匯流環(huán)和一個(gè)3路低功率鉸鏈組成。其中匯流環(huán)的低頻環(huán)和電源環(huán)采用差動(dòng)式結(jié)構(gòu)方式，中頻環(huán)采用柱式結(jié)構(gòu)方式，其目的是增加隔離度，提高幅相一致性。

圖2　平臺(tái)總成

2天線陣面折疊設(shè)計(jì)

由于天線陣面的尺寸較大，為滿足C-130的空運(yùn)必須對(duì)天線陣面進(jìn)行折疊。陣面折疊機(jī)構(gòu)的原理與結(jié)構(gòu)形式采用經(jīng)典的造型機(jī)工作臺(tái)翻轉(zhuǎn)器的杠桿機(jī)構(gòu)。它的特點(diǎn)是簡(jiǎn)單可靠，利用一個(gè)90°的旋轉(zhuǎn)來(lái)實(shí)現(xiàn)180°的天線翻轉(zhuǎn)。

圖3　天線折疊機(jī)構(gòu)示意圖

天線上陣面固定于擺桿和連桿上端，而擺桿和連桿下端固定于天線下陣面上。由圖3(a)可見(jiàn)，油缸1收縮帶動(dòng)擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，由于連桿的作用天線上陣面在跟隨擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)還圍繞著連桿的支點(diǎn)做自轉(zhuǎn)。當(dāng)油缸1帶動(dòng)擺桿轉(zhuǎn)動(dòng)90°時(shí)，天線上陣面形成了圖3(b)的姿態(tài)，即天線上陣面轉(zhuǎn)動(dòng)了180°。這時(shí)升降機(jī)構(gòu)開(kāi)始工作把天線上陣面向下推，使天線上陣面和天線下陣面之間形成足夠的預(yù)緊力。預(yù)緊力使得天線上下陣面4個(gè)定位銷(xiāo)充分吻合，確保X、Y、Z和X旋轉(zhuǎn)、Y旋轉(zhuǎn)5個(gè)自由度的定位精度和定位剛性。另外預(yù)緊力使得擺桿和連桿的轉(zhuǎn)動(dòng)關(guān)節(jié)預(yù)緊并構(gòu)成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)姿態(tài)，這樣可以完成Z旋轉(zhuǎn)自由度的限制和定位。圖4是天線骨架展開(kāi)和收攏狀態(tài)圖。

3空運(yùn)專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)

國(guó)外用戶普遍要求雷達(dá)能夠滿足公路、鐵路和空運(yùn)要求，而雷達(dá)的潛在客戶所使用的運(yùn)輸機(jī)主要是IL-76、米-26和C-130，表1是這3種運(yùn)輸機(jī)的幾何數(shù)據(jù)和載重量。

圖4　天線骨架折疊狀態(tài)圖

機(jī)型貨艙尺寸長(zhǎng)/mm寬/mm高/mm貨艙大門(mén)寬/mm高/mm最大載重量/t貨艙距地面高度/mmIL-76200003450340034503400502200C-130121903120274031202770191120米-26125003260317032603500201270

從表1中可知3種運(yùn)輸機(jī)中C-130貨艙尺寸最小，故只要拆分后的各單元能裝入C-130就能順利裝入其他兩種運(yùn)輸機(jī)。因此將重點(diǎn)介紹雷達(dá)如何實(shí)現(xiàn)C-130運(yùn)輸機(jī)的空運(yùn)。C-130運(yùn)輸飛機(jī)的貨艙相關(guān)結(jié)構(gòu)示意圖如圖5所示。

圖5　C-130貨艙主要尺寸

在各裝機(jī)單元進(jìn)艙前，對(duì)貨物自身進(jìn)行緊固。雷達(dá)空運(yùn)時(shí)，天線收發(fā)單元、電子方艙單元和電站方艙單元與載車(chē)脫離，其中運(yùn)輸載車(chē)依靠自身動(dòng)力倒入飛機(jī)貨艙。另外貨艙前端還有2個(gè)電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)，每個(gè)卷?yè)P(yáng)最大拉力為15 t，能把貨物從地面沿貨橋(斜面)拖入艙內(nèi)。運(yùn)輸載車(chē)到位后，由飛機(jī)機(jī)械師進(jìn)行緊固。

而對(duì)于天線上裝、電子方艙和電站方艙，由于質(zhì)量和尺寸較大，并且C-130貨艙和地面有一定的高度差，無(wú)法依靠飛機(jī)和機(jī)場(chǎng)提供的裝備進(jìn)行裝機(jī)，故應(yīng)配置裝機(jī)配套設(shè)備。裝機(jī)配套設(shè)備主要有如下兩種：

1) 雷達(dá)運(yùn)輸專(zhuān)用平臺(tái)。此平臺(tái)具有前后角度可調(diào)功能(飛機(jī)有微小傾角，尾低艙高，大尺寸雷達(dá)單元難以平進(jìn)平出)，平臺(tái)上有便于移動(dòng)的滾輪組，且兩側(cè)有系固點(diǎn)，如圖6所示。

圖6　空運(yùn)升降平臺(tái)

2) 雷達(dá)運(yùn)輸單元的艙內(nèi)滾輪。雷達(dá)運(yùn)輸單元尺寸較大，采用滑撬已經(jīng)滿足不了整體尺寸要求，所以必須采用在貨艙內(nèi)用滾輪移動(dòng)雷達(dá)運(yùn)輸單元的方法，滾輪通過(guò)雷達(dá)運(yùn)輸單元平臺(tái)的四個(gè)角件連接，行走輪機(jī)構(gòu)的外形尺寸見(jiàn)圖7所示。

圖7　行走輪機(jī)構(gòu)與尺寸

即使采用分拆的方式，由于運(yùn)輸單元的外輪廓和C-130運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸邊界非常的接近，因此在空運(yùn)過(guò)程中，應(yīng)注意以下事項(xiàng)：

1) 在天線上裝裝拆行走輪的過(guò)程中，千斤頂及墊木的支撐部位要平整，在受力狀態(tài)下不能傾斜和打滑，如發(fā)生傾斜現(xiàn)象應(yīng)立即卸載，重新調(diào)整后再操作。地面不平需墊平穩(wěn)妥后再進(jìn)行下一步操作。

2) 在使用千斤頂和墊木舉升或落放平臺(tái)的過(guò)程中，要有人統(tǒng)一指揮，步調(diào)一致，4個(gè)千斤頂升降要同步，高差不能大于20mm左右。升降時(shí)平臺(tái)下面必須有墊木保護(hù)，防止意外事故發(fā)生。

3) 在天線上裝由飛機(jī)絞盤(pán)牽引沿飛機(jī)貨橋拖行至升降平臺(tái)上時(shí)，應(yīng)有4人用操縱桿嚴(yán)格控制行走輪的方向，確保行走輪沿正確的方向前進(jìn)。另外還需4人手持三角木在行走輪兩側(cè)隨時(shí)準(zhǔn)備將三角木墊在行走輪后面保護(hù)。拖行停止時(shí)應(yīng)及時(shí)將三角木墊在行走輪后面。

4惡劣環(huán)境適應(yīng)能力設(shè)計(jì)

由于本雷達(dá)在野外工作，將面臨風(fēng)沙、雨雪等各種惡劣環(huán)境條件，因此必須進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。針對(duì)出口型雷達(dá)的潛在工作環(huán)境，為了提高雷達(dá)的可靠性和可維修性，將從以下幾點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)化設(shè)計(jì)：室外設(shè)備的蓋、門(mén)、轉(zhuǎn)接板等處均有密封設(shè)計(jì)，不漏水滲水，防水、防砂；機(jī)電設(shè)備控制系統(tǒng)均采取抗干擾措施；傳動(dòng)結(jié)構(gòu)件(如絲桿等)采用防護(hù)套防沙塵；收發(fā)組件、功分網(wǎng)絡(luò)等重要腔體結(jié)構(gòu)采取氣密結(jié)構(gòu)形式；為防止狹縫腐蝕，避免有狹縫的焊接結(jié)構(gòu)；直接接觸的金屬形成電化偶，其電位差不得超過(guò)0.25 V；大型結(jié)構(gòu)件采取噴砂、噴鋁等表面防護(hù)處理工藝。

5結(jié)束語(yǔ)

該三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷是我所某雷達(dá)的延伸型號(hào)，是新一代出口型三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)。通過(guò)對(duì)此雷達(dá)的研究，主要解決了適應(yīng)C-130空運(yùn)的結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)，天線陣面舉升/折疊一體化設(shè)計(jì)，空運(yùn)專(zhuān)用設(shè)備設(shè)計(jì)和惡劣環(huán)境適應(yīng)能力設(shè)計(jì)，滿足國(guó)外用戶要求，為同類(lèi)外貿(mào)雷達(dá)設(shè)計(jì)有一定的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]張潤(rùn)逵，戚仁欣，張樹(shù)雄,等.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝[M].北京:電子工業(yè)出版社，2007.

[2]吳鳳高.天線座結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社，1986.

[3]王磊，房景仕，潘永強(qiáng).某場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2014(7)：6-8.

[4]王雁，胡長(zhǎng)明，趙新舟,等.天線折疊機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)時(shí)間的仿真分析[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2007，29(4)：17-19.

[5]胡長(zhǎng)明，羅超人.從結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)角度探討提高地面雷達(dá)機(jī)動(dòng)性的方法[J].電子機(jī)械工程，1999(5)：11-14.

[6]洪林峰.大、中口徑車(chē)載雷達(dá)運(yùn)輸性探討[J].電子機(jī)械工程，2011(5)：12-14.

[7]陳建平.大陣面天線自動(dòng)展開(kāi)/折疊設(shè)計(jì)與系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子，2002(2)：46-50.

[8]孟國(guó)軍，倪仁品，陳建平.一種新型雷達(dá)天線折疊機(jī)構(gòu)研究與實(shí)現(xiàn)[J].中國(guó)測(cè)試，2012(1)：85-89.

[9]劉健，羅亮，謝鑫.基于方位限制的反導(dǎo)目標(biāo)指示雷達(dá)配置要求[J].火力與指揮控制，2013(4):57-59.

(責(zé)任編輯周江川)

收稿日期：2015-03-17

作者簡(jiǎn)介：杜勇(1986—)，男，工程師，主要從事雷達(dá)機(jī)電傳動(dòng)技術(shù)研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.07.008

中圖分類(lèi)號(hào)：TN95

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1006-0707(2015)07-0028-04

本文引用格式：杜勇.某三坐標(biāo)目標(biāo)指示雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(7):28-31.

Citation format:DU Yong.Structure Design of Three-Coordinate Acquisition Radar[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(7):28-31.

Structure Design of Three-Coordinate Acquisition Radar

DU Yong

(The 38thResearch Institute, China Electronics Technology Group Corporation, Hefei 230088, China)

Abstract:According to the structure characteristic of the export-oriented three-dimensional acquisition radar and the needs of people in foreign countries, the concept of integrated design was proposed. The overall spatial layout design adapting to C-130 air transportation, antenna lifting/fold integration design, air transportation special equipment design and harsh environment adaptation design were mainly discussed. The outfield tests verify the reliability of radar system.

Key words:acquisition radar; C-130; integration design

【裝備理論與裝備技術(shù)】