某機載雷達伺服轉臺結構設計

何文杰，程 林，王晨晨

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088）

無論在和平時代，在本國國土領域內，獲取可疑活動目標信息，保障領土領空領海安全；還是在戰(zhàn)爭時期，獲知敵情，進行火力打擊，搜索雷達裝備是必不可少的國防利器。相對于地面雷達系統(tǒng)，機載搜索雷達具有靈活機動、快速進出戰(zhàn)場等優(yōu)勢，其作用越來越明顯。然而惡劣的使用環(huán)境也限制了機載搜索雷達的發(fā)展。

針對機載雷達所處的復雜熱環(huán)境、力學環(huán)境以及電磁環(huán)境，本文在有限的空間和重量下，通過合理布局、潤滑密封設計、力學仿真分析設計出滿足要求的伺服轉臺。以下就雷達伺服轉臺結構設計、驅動力矩計算、力學仿真分析進行詳細論述。

1 伺服轉臺結構組成

伺服轉臺主要包括外殼及底座、方位機構、方位驅動機構和角度反饋單元[1-2]。如圖1所示，方位機構主要包括外殼及底座、直流減速電機、回轉支撐、編碼器等幾部分。外殼和底座是整個伺服系統(tǒng)的基礎，支承天線重量和環(huán)境引起的力學載荷，要有足夠的剛強度，并且重量和尺寸要最小[3-4]。

圖1 伺服轉臺結構

2 方位結構設計

2.1 方位驅動機構

回轉支撐結合齒輪和軸承功能，具有軸向尺寸小、承載力大、抗傾覆能力強、結構簡單等特點，本著“軸向空間和重量最小化”原則，采用帶外齒的回轉支撐和小齒輪作為整個方位驅動機構，回轉支承采用脂潤滑，如圖2所示。為保證強度和剛度，齒輪及回轉支撐采用40CrMo；為了輕量化設計，固定外殼等使用高強度鋁合金7075。

圖2 方位驅動結構

轉臺整體受徑向尺寸限制，在確定電機輸出功率、扭矩、轉速等條件下，同級別電機減速機軸向尺寸較大，易形成懸臂梁問題。為減小機載振動對電機輸出穩(wěn)定性的影響，除在減速機輸出端進行固定外，在電機中段位置安裝兩個半月型卡箍，將其固連于法蘭盤上，一方面加強電機減速機安裝穩(wěn)定性，一方面可以將電機工作產生的熱量傳遞至外殼上，起到冷卻作用，如圖3所示。

圖3 電機固定方式

2.2 角度反饋單元

角度反饋單元采用絕對式編碼器，內圈轉動，外圈固定，其同軸安裝于與轉盤固連的撥叉上，內圈通過固定環(huán)軸向固定，外圈通過3個固定塊安裝在外殼上。另一方面在轉臺運動時，撥叉還起到撥動匯流環(huán)旋轉端的功能，如圖4所示。將角度反饋單元安裝在撥叉上，結構簡單，集成度高，有效地降低了高速轉臺軸向尺寸。

圖4 角度反饋單元安裝方式

2.3 高速潤滑

回轉支撐與密封罩構成的空間內注入軸承7008潤滑脂，一次注入密封脂位置如圖5所示，回轉支撐外圈與外界通過旋轉密封圈來密封。由于低溫條件下摩擦力矩較大，故拆除回轉支撐內外圈的密封圈，通過迷宮結構設計來完成潤滑脂的密封。

圖5 高速潤滑密封結構

3 力學分析

機載搜索雷達的轉臺特點是高轉速、強振動，力學仿真主要目的校核結構設計方案，提高結構剛強度和降低重量，避免發(fā)生力學相關質量問題。機載設備對尺寸和重量的要求非常苛刻，為滿足輕質的設計要求，高速轉臺的主要承力件采用高強度鋁合金7075-T6，該材料的屈服強度為395 MPa。

通過仿真分析可以看出，高速轉臺殼體在向上10.5 g過載工況下（見圖6），最大應力為56.9 MPa，出現(xiàn)在轉臺殼體與載機連接孔處。在Z向20 g沖擊下（見圖7），轉臺殼體最大應力為207 MPa，出現(xiàn)在轉臺殼體與載機連接孔處。在Z向隨機載荷下（見圖8），轉臺殼體最大3σ應力為136.1 MPa，出現(xiàn)在轉臺殼體與載機的連接孔處。在Z向正弦振動下（見圖9），轉臺殼體最大應力為103.6 MPa，出現(xiàn)在轉臺殼體與載機連接孔處。從上面的仿真結果可以看出，伺服轉臺重要承力件殼體滿足強度要求。

圖6 向上10.5 g過載應力

圖7 Z向20 g沖擊應力

圖8 Z向隨機振動3σ應力

圖9 Z向正弦振動應力

4 結語

機載搜索雷達復雜的工作環(huán)境對整個雷達系統(tǒng)的空間尺寸和重量都提出了苛刻的要求。本文在有限的空間和重量下，通過合理布局、潤滑密封設計、力學仿真分析設計出滿足要求的伺服轉臺。系統(tǒng)工程樣機通過了多次地面振動臺試驗以及高溫（+55 ℃）低溫（-40 ℃）試驗，系統(tǒng)達到了設計指標要求。

[參考文獻]

[1]洪長滿，段勇軍.機載雷達天線座結構的剛強度性能評估[J].現(xiàn)代雷達，2011（6）：72-75.

[2]張潤逵，戚仁欣，張樹雄.雷達結構與工藝[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007.

[3]吳鳳高.天線座結構設計[M].西安：西北電訊工程學院出版社，1986.

[4]高安幫.機電一體化系統(tǒng)設計禁忌[M].北京：機械工業(yè)出版社，2008．