雷達車載半分離承載平臺的研究

【摘 要】 針對相控陣高機動雷達承載平臺載重存在的問題，采用Pro/E有限元法建立力學模型對其受力變形情況進行了數值仿真研究。從而探尋設計新型承載平臺結構及其對雷達整車的影響，探討半分離承載平臺能否對其載重情況起到改善作用。

【關鍵詞】 相控陣雷達 承載平臺 半分離 設計

【DOI編碼】 10.3969/j.issn.1674-4977.2015.09.012

1 引言

有源相控陣雷達的承載平臺在雷達工作時承擔立塔及天線陣面的全部重量，是雷達平臺調平的關鍵，測量精準的保障，因此研究其變形情況和改善其載重條件顯得尤為重要。此結構設計的任務就是以理論力學和結構力學為基礎，結合承載平臺的具體結構，輔以必要的軟件仿真研究及測試手段，通過選擇合適的機械結構，確保雷達在允許的條件下能夠穩定可靠地工作。本文通過仿真與實驗新型承載平臺的結構形式，尋求解決其變形過大的有效方法。

2 雷達承載平臺力學仿真與探討

目前，雷達使用的承載平臺結構復雜，主要是由支撐梁拼焊而成，下部與底盤螺裝連接，輔以U型夾固定，不可分離。所以在雷達系統調平時，調平撐腿需支撐起雷達、承載平臺以及載車的全部重量，使其承載重量大大增加，這樣就會對承載平臺的強度及剛度要求較大，使其在設計過程中存在較高的難度。現設計中擬采用半分離式承載平臺，該平臺在雷達系統調平時與載車脫離，這樣調平撐腿只需支撐起雷達以及承載平臺的重量，大大減小了承載平臺所承受的載荷。

2.1 半分離承載平臺的結構模型

該承載平臺主要包括貨臺、升降機構、操作系統、附件等幾個部分，核心是升降機構。升降機構分為導向和鎖定兩部分。

仿真模型建立在理想環境下，即不受空氣對流影響，陣地平面水平，環境溫度無變化的情況下，載車二類底盤質量為5250kg。在承載平臺中心位置施加相當于整車整備質量的重力載荷，假設貨臺長度為6.9m，寬度為2.4m，上裝質量為3500kg，對其進行模型仿真，平臺以及載車的結構形式如圖1、2所示。

鎖定機構與二類底盤連接，可使用以汽車電瓶作動力源，液壓或氣動控制行程，行軍狀態時，使其銷軸穿過二類底盤，其間可以加裝緩沖器，留有余量，以免車輛振動過大時車梁斷裂。另一端與貨臺螺裝，中間同樣加墊木。調平時先對其解鎖，撐腿下降與地面接觸后，貨臺會順著導向方向垂直升降，這時貨臺將不會承載二類底盤的重量。工作完畢，利用液壓或氣動系統，時銷軸對應銷孔所對應的位置，進行鎖定方可。

2.2 半分離承載平臺的仿真及其分析

由于承載平臺不再承擔二類載車底盤的重量，減少了載荷，使其載重大大下降，因此我們對其進行分析，其結果如圖3所示，其中間的最大變形量為3.18mm，變形量大大減少。

2.3 穩定性研究

假定載荷重心位于承載平臺內某一點，承載平臺由4個支撐點支撐，每個支撐點可升可降，輔以2個支撐點輔助支撐（計算時暫時忽略），從而可以調節承載平臺的水平度。

過平臺的幾何中心建立如圖4所示的平面坐標系，設平臺的長為a，寬為b，總重量為G，其重心坐標為（[k1a]，[k2a]），其中[k1]、[k2]為參數，支腿對平臺的支撐力分別為[F1]，[F2]，[F3]，[F4]，根據力學知識可建立3個平衡方程：

[∑My=0∑Mx=0∑Fi=G] 即[F1+F2+F3+F4=G（F1+F2）b2-（F3+F4）b2=Gk2b（F1+F4）a2-（F2+F3）a2=Gk1a]

由于有4個未知數，而只有3個方程，故該結構是個超靜定問題，必須再補充一個方程才能求解。所以經過推導增加一個輔助方程，即為：[F1-F2+F3-F4=0]

綜合上面的平衡方程，可得方程組：

[F1+F2+F3+F4=G（F1+F2）b2-（F3+F4）b2=Gk2b（F1+F4）a2-（F2+F3）a2=Gk1aF1-F2+F3-F4=0]

解方程組，可得：

[F1=G（14+k12+k22）F2=G（14-k12+k22）F3=G（14-k12-k22）F4=G（14+k12-k22）]

由于3點決定一個平面，故當負載變化過程中，其重心會偏移，有可能出現虛腿現象，即其中有一條腿受力為零，平臺的重量只由3個支撐點支撐。虛支撐的出現會極大地影響平臺的穩定性，降低平臺的抵抗風載等外界干擾的能力。由上述方程，可以推導避免需推出現的條件。

現考慮質心落在第一象限，參數[k1]，[k2]的取值范圍為：

[0≤k1≤12]，[0≤k2≤12]

則可知當滿足下列不等式時，不會出現虛腿現象：

[F1=G（14+k12+k22）>0F2=G（14-k12+k22）>0F3=G（14-k12-k22）>0F4=G（14+k12-k22）>0]

聯系初始條件，分析上式，可知當滿足時，即可保證其余各條腿受力大于零。即可得到不出現虛支撐的條件：

[k1+k2][<12]

同理質心在第二象限是不會出現虛支撐應滿足：

[-k1+k2][<12]

同理質心在第三象限是不會出現虛支撐應滿足：

[-k1-k2][<12]

同理質心在第四象限是不會出現虛支撐應滿足：

[k1-k2][<12]

綜合可得在4個象限內都不出現虛腿的條件，[k1]、[k2]的取值范圍位于如圖5所示的陰影區域內，即為不出現虛腿的必要條件。

現假設平臺a=6900mm，b=2400mm，G=3500kg，將各值帶入公式，最后可得最外4個支撐點距離中心不能超過2.7m，才能避免出現虛支撐。

3 結論

半分離承載平臺的工作原理并不復雜，結構形式簡單，但卻具有結構緊湊、省時可靠等諸多優異性能，將這項技術引入雷達系統的裝載并不困難，而且經濟實用，可能會有意想不到的意義和效果。

參考文獻

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作者簡介

魏紅軍，工程師，目前在遼寧遼無一電子有限公司從事雷達結構總體設計工作。

（責任編輯：張曉明）