機械可靠性及其在雷達結構設計中的應用

摘要：雷達在航空管制中起著至關重要的作用，其承擔著飛行重大的安全責任。因此，雷達的安全性能必須得到一定的保障。可靠性分析就是對雷達出現故障以及失靈等情況的概率進行衡量。在雷達結構設計中引入機械可靠性是非常有必要的。本文首先簡單介紹了可靠性的相關概念以及特點；其次，對于可靠性在雷達結構設計中的應用從影響因素、雷達可靠性分析兩方面進行了詳細的探討；最后，提出了提高雷達機械可靠性的相關建議。

關鍵詞：機械可靠性；雷達結構設計；應用

產品在原先已經設定好的條件下以及所允許的時間內所完成之前所規定的

功能的特性稱為可靠性。這一特性的程度大小主要是利用可靠度R作為衡量指標。產品在其生命周期內所發生故障或者失靈的概率問題是可靠性主要所研究的問題之一?？煽啃詥栴}首次是在第二次世界大戰時期提出的，當時美國空軍由于飛行故障所造成的損失比擊落的飛機高1.5以及美軍所運輸的設備也有一半以上的數量因為質量問題而無法使用或者使用較短一段時間就會失靈，從而大大提高了失效率，在上述情況之下才提出了可靠性。機械設計與傳統設計最大的區別在于，機械設計只需要滿足可靠性設計，其可靠性設計的目的主要是機械零件需要滿足一定程度下的可靠度。其將零件的應力、強度看成是多值的且服從于一定概率分布規律的隨機變量?？煽慷仁悄軌蚝饬靠煽啃猿潭雀叩偷闹匾笜酥?。在所預定的時間及相應的條件下，所規定的功能所完成的程度的概率大小稱為結構的可靠度。

一、可靠性在雷達結構設計中的應用

雷達在航行、飛機起飛以及著落等航空管制中占據著非常重要的作用，雷

達對于飛行安全承擔著非常重大的責任。同時，雷達要經受高溫、低溫、雷雨、氣壓以及鹽霧等非常復雜多變的環境之中，除此之外，雷達還需要24小時持續性的處于工作狀態，這就對雷達的可靠性提出了更加苛刻嚴格的要求。因此，雷達結構設計的過程中，必須考慮到其可靠性。

（一）影響雷達可靠性的主要因素

由于雷達受到材質不同以及制造工藝不同等差別，這些因素會對雷達的性能造成一定的影響?？傮w來說，雷達的可靠性主要受到環境因素、材質因素以及加工因素三方面的影響。

第一，環境因素主要包括氣壓大小、機械振動沖擊力的大小、風載荷以及加速度等因素的影響。

第二，材料方面的因素主要包括了構成材料的化學元素、雷達成型的技術工藝以及材料強度隨質量問題的隨機變化程度等。

第三，加工方面的因素主要包括了加工所存在的尺寸誤差大小、結構形態、精度大小等對機械結構產生一定變化的影響因素。

所以，針對以上所述的會對雷達在結構設計過程中產生影響的因素，將可靠性設計與雷達結構設計充分結合起來是非常有必要的。

（二）雷達的可靠性分析

在雷達結構設計過程中，對雷達的結構進行可靠性分析主要可以分為以下幾方面：第一，對于雷達結構的功能效果以及失靈的幾種情況要明確并且進行相應的分析，并且要對雷達工作時所處的環境以及設計變量等也要進行明確的了解。天線骨架、方位大齒輪、設備平臺、機箱機柜等是雷達承受載荷的典型結構。失靈的情況隨著結構功能的不同而不同。對于天線骨架來說，反射面的精度是最重要的內容之一，所以其主要失靈的情況是出現變形的情況。天線舉升機構的主要功能是為了能夠將天線舉升到一定的高度并且保證其的穩定性，所以強度是其保障之一。雷達電子產品設備的平臺和載體是設備平臺，變形程度以及強度是其正常工作的保證。雷達結構的可靠性分析的前提基礎是設計變量是否合理。各種由于環境原因而引起的隨機在和以及材料的尺寸大小和強度大小都是雷達設計過程中的設計變量。

（三）可靠性分析方法的主要原理及步驟

首先，在結構設計過程中，可靠性設計認為零部件上的應力不是一個固定的值，其是一個隨機變量。因此其具有離散變量所具有的一切性質。因此，對可靠性分析的時候，主要是采用概率論及數理統計的相關方法進行研究分析。其次，可靠性設計認為零部件存在著發生故障以及失靈情況發生的可能性，即存在一定失效的概率，但是其失效概率必須在允許的范圍內。最后，可靠性設計的一般步驟是，第一，要明確了解零部件失效的幾種情況以及對于零部件的設計準則要明確；第二，對于零件材料進行選擇，并且對其強度分布進行確定；第三，計算零部件所能夠承受的應力大小等。

二、提高雷達機械可靠性的相關建議

第一，風載荷是影響雷達工作可靠性的主要因素，由于風載荷的隨機寬帶激勵性質，因此，這就將會造成了升降桿工作應力具有較大范圍的波動幅度。同時，環境所帶來的影響因素又是無法避免的。因此，為了提高風載荷的可靠度，對于對升降桿的壁厚度以及外直徑進行加大加厚的處理方式可以達到這一目的。但是，這樣也存在著一定的缺陷，通過這樣的操作自然的會造成重量的增加；除此之外，還可以通過地面輔助作用或者鋼絲等方式進行加固，從而達到減少頂端位移量的目的，可以起到有效降低工作應力的目的。

第二，通過提高結構零部件的精度以實現提高雷達結構設計可靠性的目的。總體來說，如果管徑以及壁厚的精度越高，那么其對于輸出設計變量所造成的影響將會越小。所以，通過以實現雷達結構部件的精度再提高到新的標準、對雷達結構件尺寸的離散程度進行有效的降低，這也是達到提高雷達結構可靠性的其中一種有效的方式和方法。

第三，雷達結構可靠性在一定程度上會受到材料的影響。從而，采取一定的方式對材料的力學性能進行一定程度上的提高，可以在一定程度上起到有效降低結構部件失效的概率。

三、結語

在土木工程設計中，結構設計可靠性問題已經受到了廣泛的關注并且也對此展開了積極的研究和探討。雷達處于一個復雜多變以及隨機性非常強的一個環境之中。因此，在雷達的生產制造以及使用的過程中，很多隨機性非常強的因素會對雷達的工作情況帶來一定的影響，從而會對機械結構的可靠性造成影響。因此，在對結構可靠性進行分析的時候，要充分考慮各種因素的失效情況，并且對其開展可靠性計算，從而通過可靠性以實現應的約束以及指導作用。

參考文獻：

[1]崔海濤，彭兆行.機械強度可靠度計算的隨機有限元法[J].機械科學與技術，2007（5）：12.

[2]趙曉光，魏志卿.基于ANSYS的結構可靠性分析[J].國外建材科技，2008（5）：13.

[3]孫薇薇，周虹.有效的冗余設計[J].電子產品可靠性與環境試驗，2008，26（3）：4750.

作者簡介：高漢坤（1984），男，安徽濉溪人，學士，助理工程師，研究方向：雷達機械結構設計。