雷達(dá)桅桅體優(yōu)化設(shè)計(jì)

首志平，葉春霞

（廣州廣船國際股份有限公司，廣州511462）

雷達(dá)桅桅體優(yōu)化設(shè)計(jì)

首志平，葉春霞

（廣州廣船國際股份有限公司，廣州511462）

摘要：本文通過分析對比各種桅體設(shè)計(jì)的原則和影響因素，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)特點(diǎn)，形成系統(tǒng)的桅體優(yōu)化設(shè)計(jì)原則。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)桅；結(jié)構(gòu)；振動；優(yōu)化

0　前言

隨著海工船舶的發(fā)展，各種形式的雷達(dá)桅在設(shè)計(jì)過程中經(jīng)常出現(xiàn)。由于桅體振動過大問題往在船舶試航過程中經(jīng)常出現(xiàn)，一般多由于結(jié)構(gòu)型式自身的缺陷而引起，即使后期通過加強(qiáng)處理，其效果一般都不理想。通過分析各種雷達(dá)桅桅體設(shè)計(jì)的原則和影響因素，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)桅結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的優(yōu)化，形成適用于便于操作的雷達(dá)桅桅體設(shè)計(jì)原則。

1　雷達(dá)對桅體的要求

雷達(dá)天線布置時(shí)，S波段天線和X波段天線波束不能相對，需要確認(rèn)海事衛(wèi)星天線、GPS天線和AIS天線等不得安裝在雷達(dá)波束內(nèi)，避免煙囪、克林吊，桅桿造成的假回波影響。

根據(jù)上述要求，雷達(dá)布置可以分為平行布置和垂向布置兩種。各有優(yōu)缺點(diǎn)：

平行布置的優(yōu)點(diǎn)：雷達(dá)結(jié)構(gòu)平臺數(shù)量為1個(gè)，平臺數(shù)量少，檢修方便，缺點(diǎn)：雷達(dá)布置不在中心，在垂直角度內(nèi)會一定干涉，平臺的橫向尺度大，平臺尺寸大。

垂向布置的優(yōu)點(diǎn)：雷達(dá)布置靠中心線位置，反射效果好，平臺尺寸稍小。缺點(diǎn)：雷達(dá)結(jié)構(gòu)平臺數(shù)量為2個(gè)，平臺數(shù)量多，檢修需要穿插在兩層平臺之間，縱向尺度大。

S/X波段雷達(dá)安裝時(shí)需滿足AB長度不大于500米或不大于兩倍的船長（IMO SN.1 Circ.271 Installation Guideline 規(guī)定）（圖1）。

圖1

雷達(dá)天線前±112.50區(qū)域可視沒有任何盲區(qū)和遮擋物，后1350區(qū)域內(nèi)總扇形盲區(qū)大小不得大于200，雷達(dá)安全護(hù)欄離雷達(dá)基座至少500mm（IMO SN.1 Circ.271 Installation Guideline規(guī)定）。

注意：雷達(dá)安全護(hù)欄、信號燈桅桿等都會對雷達(dá)產(chǎn)生影響，雷達(dá)波束內(nèi)不得有物體進(jìn)入，否則會對雷達(dá)產(chǎn)生影響形成盲區(qū)。

S/X波段雷達(dá)天線離VHF、MF/HF、AIS發(fā)射天線距離5米，不得進(jìn)入雷達(dá)波束范圍內(nèi)。雷達(dá)2米區(qū)域和距離雷達(dá)波束5米內(nèi)不能安裝任何設(shè)備。

目前，船東對FBB通訊要求是比較高的，為了滿足船東要求安裝FBB站要盡可能安裝在沒有障礙物并且要避開雷達(dá)波束的干擾的位置，目前主流的安裝位置就是雷達(dá)桅桿和羅經(jīng)甲板。安裝在雷達(dá)桅桿上，必須安裝在避開雷達(dá)波束和海事衛(wèi)星C站干擾的位置。

2　幾種形式雷達(dá)桅體的對比

2.1單柱集合式桅體

單柱集合式桅體主要優(yōu)點(diǎn)：布置緊湊，號燈布置相對集中。缺點(diǎn)：由于號燈布置空間受桅體的布置制約，常造成號燈布置受限，如增大桅體，多造成頭重腳輕出現(xiàn)。

針對該類型桅體，從高度方面設(shè)計(jì)常考慮一下因素：兼顧到蘇伊士運(yùn)河燈的要求，桅體高度底層至少為6m，考慮加上失控?zé)舨贾靡笾辽贋?m。僅考慮上述兩個(gè)方面，桅體高度已經(jīng)至少為12m。

對于每層平臺，考慮失控?zé)舨贾玫乃匠叽缫蠛蜋z修方面的影響，兼顧雷達(dá)及VHF的布置，故桅體雷達(dá)平臺的寬度一般不小于6m。

該類設(shè)計(jì)，常造成桅體高度較大，重量較重。當(dāng)桅體結(jié)構(gòu)不夠強(qiáng)時(shí)，會出現(xiàn)振動較大。

對于不通過蘇伊士運(yùn)河的船舶，其雷達(dá)桅的布置僅考慮失控?zé)舨贾谩⒗走_(dá)布置及桅體強(qiáng)度。型式相對簡單，考慮實(shí)用及維修方面影響，桅體結(jié)構(gòu)應(yīng)采用單柱型設(shè)計(jì)。

2.2獨(dú)立燈桅的雷達(dá)桅體

特點(diǎn)：布置分散，號燈布置容易。桅體設(shè)計(jì)一般相對簡單。

由于兼顧到蘇伊士運(yùn)河燈的要求，故桅體高度底層至少為9m。考慮號型的布置，故桅體平臺的寬度一般不小于6m。

考慮失控?zé)舨贾玫乃匠叽缫螅湿?dú)立燈桅體高度一般為6m。

2.3連體雷達(dá)桅體

特點(diǎn)：布置分散，號燈布置容易。桅體設(shè)計(jì)復(fù)雜且結(jié)構(gòu)重量較大，使用方便。

由于兼顧到蘇伊士運(yùn)河燈的要求，故桅體總高度至少為9m。考慮號燈的布置，通道平臺高度為3m左右。

考慮失控?zé)舨贾玫乃匠叽缫螅薀粑w高度一般為6m。

3　振動性能簡析

H盡量不在4000～4900，要求主桅體高度不超過H/2。

在一般設(shè)計(jì)中，當(dāng)桅體下方長度為2m時(shí)，桅體高度不超過10m。

4　桅體的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1號燈及電氣綜合布置

雷達(dá)桅上的環(huán)照信號燈布置要具通用及實(shí)用性，其數(shù)量、顏色、垂直燈距等，須適滿足本船航行的各港口、運(yùn)河湖泊規(guī)則要求的搭配。

環(huán)照信號燈應(yīng)安置在不受桅、頂桅或上層建筑等不大于6°的光弧的遮蔽的位置上（IMO規(guī)則-附錄1-9-（2））。須垂直裝設(shè)2盞或3盞號燈時(shí)，最低一盞號燈應(yīng)裝設(shè)在船體以上高度不小于4米，號燈垂直間距應(yīng)不小于2米（船長20米或以上）（IMO規(guī)則-附錄1-2-（9）-1）。

前后桅燈在一切正常吃水差的情況下，從船艏1000米的前方，應(yīng)能看出后桅燈在前桅燈上方并分開（IMO規(guī)則-附錄1-2-（2））。一般選擇船舶壓載到港和滿載出港兩種裝載吃水狀態(tài)設(shè)計(jì)計(jì)算。

雷達(dá)桅結(jié)構(gòu)布置如進(jìn)入磁羅經(jīng)中心4m半徑球形磁性范圍內(nèi)，須用非磁性材料（一般采用不銹鋼）制成，故最好能避開此范圍布置雷達(dá)桅或其附屬結(jié)構(gòu)。

布置號燈時(shí)，前后桅燈、左右舷燈、艉燈、前后錨燈、失控?zé)粢话銥殡p層燈，須將上層燈后傾才得以換下層燈燈泡，故其燈座、桅結(jié)構(gòu)應(yīng)有足夠空間，滿足上層燈更換需求。

雷達(dá)布置按照要求，一般可以分上下兩層獨(dú)立布置或同一平臺分開布置，不同的布置選擇在很大程度上決定了雷達(dá)桅的設(shè)計(jì)形式特點(diǎn)。

雷達(dá)桅設(shè)計(jì)應(yīng)設(shè)有供維修人員攀爬、登踏結(jié)構(gòu)平臺（可以為簡易平臺），以進(jìn)行號燈維修。

4.2主桅體設(shè)計(jì)

主桅體型值建議要求：一般縱向高寬比不大于5，頂部尺寸最小不小于桅體寬度B+100。

對于桅體高度大于10m的桅體設(shè)計(jì)，建議采用底部與上部變寬度設(shè)計(jì)。桅體尺寸的選擇一般根據(jù)船舶的肋位尺寸，桅體下尺寸應(yīng)為整檔尺寸，充分利用結(jié)構(gòu)自身強(qiáng)結(jié)構(gòu)，盡量避免采用單獨(dú)加強(qiáng)的形式。

下圖為一型船舶的主桅體尺寸優(yōu)化對比：

優(yōu)化前優(yōu)化后

經(jīng)分析主要存在以下問題：高度和底部尺寸型值太過接近；桅體頂部重量太重。

可以作出以下優(yōu)化：將上部失控?zé)魪奈w的頂部移出設(shè)置單獨(dú)的燈桅，頂部等重量降低和增大底面尺寸降低固有振動頻率。經(jīng)修改后，振動性能可以有效降低。

也可按照將主桅體延伸至上一層平臺，加大底部桅體尺寸（縱向增加一檔）的形式，強(qiáng)結(jié)構(gòu)桅體應(yīng)到達(dá)第二層失控?zé)舭惭b位置。

4.3一般平臺的設(shè)置要求

結(jié)構(gòu)平臺為增加平臺肘板的剖面模數(shù)，一般按照帶折邊的形式進(jìn)行設(shè)計(jì)。

對于桁架平臺支撐數(shù)量建議采用多于6個(gè)的布置，增加平臺支撐自身的抗扭剛度。在設(shè)計(jì)節(jié)點(diǎn)上，建議采用“前窄后寬”的結(jié)構(gòu)形式。

桁架平臺支撐豎向結(jié)構(gòu)對于上部桁架結(jié)構(gòu)，應(yīng)不小于5°進(jìn)行設(shè)計(jì)，充分增加平臺的整體剛度。

對于衛(wèi)通頂層平臺為降低其重量、減少平臺的迎風(fēng)面積，平臺設(shè)計(jì)按照桁架結(jié)構(gòu)進(jìn)行規(guī)劃，所有構(gòu)件盡量采用管結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)降低平臺振動可能性。

對于莫氏燈座支架，一般考慮到檢修方便，在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)選型時(shí)，按照使用習(xí)慣，高度選擇不超過4m。

5　結(jié)束語

通過優(yōu)化設(shè)計(jì)，在雷達(dá)桅布置和節(jié)點(diǎn)設(shè)計(jì)方面有了全新的理解。有效地解決了前期看圖過程中關(guān)于一些尺寸方面的疑惑。同時(shí)通過對比《桅檣聲光信號布置原理圖》和《國際避碰規(guī)則》以及相關(guān)的規(guī)則規(guī)范，為進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)材料。

在雷達(dá)布置方面進(jìn)行了多種形式的對比，分析了各種布置之間的優(yōu)缺點(diǎn)，探討了不同配置要求對桅體形式的影響；實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)桅結(jié)構(gòu)型式設(shè)計(jì)的優(yōu)化。

參考文獻(xiàn)：

［1]國際海上避碰規(guī)則［Z].

［2]國際海事組織規(guī)則、規(guī)范［Z].

［3]倪振華.振動力學(xué)［M].西安交通大學(xué).1989.

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