平衡機(jī)在雷達(dá)升降系統(tǒng)中的應(yīng)用

【摘 要】 本文分析了將平衡機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于雷達(dá)天線的設(shè)計(jì)方法，討論了平衡機(jī)系統(tǒng)在雷達(dá)天線設(shè)計(jì)中的可行性，并舉例說(shuō)明了某產(chǎn)品平衡機(jī)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)方案。

【關(guān)鍵詞】 平衡機(jī) 機(jī)動(dòng)性 升降系統(tǒng)

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.10.005

1 概述

在現(xiàn)代高科技戰(zhàn)爭(zhēng)中，迫切需要提高雷達(dá)自身的生存能力和作戰(zhàn)隱蔽性，而提高雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能是提高雷達(dá)生存能力的最有效的手段之一。在現(xiàn)代軍用雷達(dá)的研制過(guò)程中，機(jī)動(dòng)性同可靠性一樣已成為必須考慮的重要指標(biāo)。

雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能，主要體現(xiàn)在天線的撤收/架設(shè)過(guò)程。而天線的升降過(guò)程又是制約天線撤收/架設(shè)時(shí)間的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。平衡機(jī)系統(tǒng)，作為火炮系統(tǒng)中的成熟技術(shù)，用于雷達(dá)天線升降系統(tǒng)中，將會(huì)極大地減少天線升降的時(shí)間、提高雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能及可靠性。本文以某型雷達(dá)天線系統(tǒng)為例，介紹了將平衡機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用于雷達(dá)天線設(shè)計(jì)中的總體思路及方法。

2 方案的確定

在某型雷達(dá)天線系統(tǒng)中，主要包括以下各部分：天線陣面、升降系統(tǒng)、驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等，其中升降系統(tǒng)包括天線立塔、立塔支架、平衡機(jī)系統(tǒng)、高低機(jī)系統(tǒng)及其它附屬裝置等，如圖1所示。

在天線的升降過(guò)程中，由于天線陣面和天線立塔的質(zhì)量較大，天線重心的位置距離回轉(zhuǎn)中心較長(zhǎng)，因此天線升降時(shí)的重力矩較大（26307NM），這就需要天線升降系統(tǒng)提供較大的驅(qū)動(dòng)功率，相應(yīng)的設(shè)備量將較大，而且天線升降會(huì)需要較長(zhǎng)的時(shí)間。為了實(shí)現(xiàn)天線機(jī)動(dòng)性能的要求，我們采用平衡機(jī)系統(tǒng)來(lái)輔助天線的升降。平衡機(jī)的作用就是對(duì)起落部分提供一個(gè)力，此力對(duì)天線立塔耳軸的力矩與起落部分的重力矩相平衡或近平衡。天線升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)只需要較小的力矩，在短時(shí)間內(nèi)就能將天線系統(tǒng)升起，這樣就大大地增加了天線的機(jī)動(dòng)性能。

3 平衡機(jī)類型的選擇

平衡機(jī)系統(tǒng)所平衡的是天線陣面及天線立塔的重力所形成的重力矩。為了使電機(jī)的功率盡可能的小，手動(dòng)起升時(shí)盡可能省力，理想的平衡機(jī)力矩應(yīng)與對(duì)應(yīng)位置的重力力矩相等。要達(dá)到這樣的效果，平衡機(jī)需采用彈簧式平衡機(jī)，但彈簧式平衡機(jī)的體積、重量較大，而且由于彈簧的疲勞與變形，使彈簧力發(fā)生變化，導(dǎo)致不平衡力矩加大，加重電機(jī)負(fù)擔(dān)，造成電機(jī)損壞或使人力無(wú)法完成升降過(guò)程。

為了克服彈簧式平衡機(jī)的缺點(diǎn)，我們采用氣壓式平衡機(jī)。與彈簧式平衡機(jī)相比，在同樣平衡力矩的條件下，氣壓式平衡機(jī)的結(jié)構(gòu)小，重量輕，平衡力矩較穩(wěn)定。氣壓式平衡機(jī)由于氣體的壓力按指數(shù)規(guī)律變化，而重力力矩按余弦規(guī)律變化，無(wú)法實(shí)現(xiàn)完全平衡，因此有一定的不平衡力矩，但只要平衡機(jī)的參數(shù)選擇合理，支撐點(diǎn)布置恰當(dāng)，不平衡力矩就可以控制在一定的范圍內(nèi)，在傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的輔助下，就可以達(dá)到小功率電機(jī)和人工完成天線升降的目的。

4 平衡機(jī)參數(shù)的選擇

4.1 平衡機(jī)上下支點(diǎn)的選擇

平衡機(jī)上下支點(diǎn)的布置既要兼顧天線系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)位置要求，又要使不平衡力矩盡可能的小。平衡機(jī)的下支點(diǎn)固定在立塔支座上，上支點(diǎn)固定在天線立塔上。

下支點(diǎn)在水平方向的位置對(duì)不平衡力矩的大小有很大的影響。但考慮到天線在升起時(shí)天線的重心位于支撐軸的左側(cè)，為了避免由于在升降過(guò)程中，回轉(zhuǎn)部分的重心越過(guò)垂直位置時(shí)驅(qū)動(dòng)力矩與重力力矩迭加，使立塔與限位件撞擊對(duì)天線產(chǎn)生不良影響，平衡機(jī)的下支點(diǎn)應(yīng)布置在支撐軸的左側(cè)或下方。

上支點(diǎn)位置的布置主要考慮不平衡力矩的大小。上支點(diǎn)離回轉(zhuǎn)中心越遠(yuǎn)，平衡機(jī)的工作行程越長(zhǎng)，從而使不平衡力矩加大。因此，在結(jié)構(gòu)允許的范圍內(nèi)上支點(diǎn)離回轉(zhuǎn)中心的距離應(yīng)小些。

4.2 平衡力矩及不平衡力矩的分析

根據(jù)具體的結(jié)構(gòu)形式及要求，以天線的回轉(zhuǎn)中心為圓心，建立平衡機(jī)計(jì)算的數(shù)學(xué)模型，編制仿真程序，對(duì)天線及立塔的重力矩、平衡機(jī)力矩和不平衡力矩進(jìn)行了分析。并以最大不平衡力矩最小為目標(biāo)，優(yōu)化出平衡機(jī)的上下支點(diǎn)坐標(biāo)及相應(yīng)的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，如圖2所示。

由上述計(jì)算所得的力矩曲線可以看出，由于立塔的工作角度大，因此不平衡力矩的值相應(yīng)也較大，最大不平衡力矩為4209.45NM。

5 電機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的初步分析

安裝平衡機(jī)后的最大不平衡力矩就是天線及立塔起落時(shí)驅(qū)動(dòng)電機(jī)或人力所需要克服的力矩。

由于不平衡力矩較大，電機(jī)和人力所提供的驅(qū)動(dòng)力矩相對(duì)較小，因而天線升降驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的傳動(dòng)比較大，且為了保證減速機(jī)構(gòu)的自鎖，需用蝸輪蝸桿傳動(dòng)，因此傳動(dòng)率較低。取傳動(dòng)效率為：η=0.4；

假設(shè)天線升降過(guò)程所需的時(shí)間為：h=0.6min；

高低機(jī)機(jī)構(gòu)總的傳動(dòng)比為：k=3876.9；

其中所選電機(jī)的轉(zhuǎn)速為1400rad；

所需電機(jī)扭矩為：T=2.71N·m；

則所需電機(jī)的功率為：P=0.4Kw。

由上述計(jì)算可知，所選取的驅(qū)動(dòng)電機(jī)最小功率為0.4Kw。

6 結(jié)束語(yǔ)

某型雷達(dá)通過(guò)采用平衡機(jī)系統(tǒng)，利用較小的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)就能將設(shè)備在短時(shí)間內(nèi)升起。大大縮短了天線撤收/架設(shè)時(shí)間，提高了雷達(dá)的機(jī)動(dòng)性能及天線升降系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于雷達(dá)提高自身的防護(hù)能力、充分發(fā)揮作戰(zhàn)效能起到了關(guān)鍵的作用。

參考文獻(xiàn)

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[2]張潤(rùn)逵等編.雷達(dá)結(jié)構(gòu)與工藝.北京：電子工業(yè)出版社，2007，4

作者簡(jiǎn)介

魏紅軍，工程師，目前在遼寧遼無(wú)一電子有限公司從事雷達(dá)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)工作。

（責(zé)任編輯：張曉明）