某地面雷達結構總體設計

郭向東

（中國電子科技集團公司第三十八研究所，安徽 合肥230088）

隨著技術發展和當代戰爭日益現代化和信息化，對先進的地面高機動雷達的需求也日趨增強。地面雷達系統集成化設計是在滿足雷達系統威力和精度的基礎上，設計出高集成、高可靠的結構形式是結構總體設計頂層考慮的關鍵點之一[1,2]。

本文根據總體設計指標要求，從頂層設計出發，在滿足系統運輸要求、工作狀態穩定性和剛強度要求等前提條件下，通過合理的布局和系統設計，將天線系統集成在一個工作平臺上。具有集成度高、精度高、可靠性高等特點，可滿足實際需求。

1 雷達設計指標及參數

1.1 陣面口徑：6.5m×2.5m；

1.2 運動范圍：方位≤-170°～+170°，

俯仰≤0°～90°；

1.3 調平精度：≤±6′；

1.4 抗風能力：≤13.8m/s（保精度工作）,

≤25m/s（不破壞）；

1.5 架設時間：≤30min/4 人；

1.6 運輸方式：可移動，滿足公路運輸。

2 結構總體設計

雷達整機由1 個天線系統單元、1 個電子方艙組成。天線系統單元是整個雷達系統的核心部分，其結構總體設計除了滿足基本的電性能指標外，還需要結合平臺選擇、運輸兼容性、架設撤收時間、整機外形尺寸、重量和成本等重要指標協同考慮，以其達到最優的布局效果和用戶適用性。一般來說，天線系統單元總體布置原則為：

2.1 天線下邊緣離地面盡可能高，以減少地物遮擋，且自身其他設備對其無遮擋；

2.2 天線處工作狀態時，其重心應盡可能靠近轉臺的回轉中心；

2.3 設備位置應保證操作方便和維修可達性，系統集成度盡可能高，整體布局美觀協調；

2.4 整機的運輸尺寸應符合GJB2948-97《運輸裝載尺寸與重量限制》規定的基本尺寸要求，以滿足研制總要求提出的公路、鐵路、空運和海運等多種運輸方式。

圖1 結構總體布局圖

根據以上布局原則，該雷達天線系統單元主要設備布局如圖1 所示。該雷達天線系統單元主要由天線陣面、轉臺、工作平臺、液冷機組和控制柜等組成，為提高系統集成性，將液冷機組集成在工作平臺上，平臺上還安裝有轉臺、伺服控制柜、和配電等設備。天線陣面為平面陣列天線，采用結構功能一體化及高密度電子設備集成設計，將電子處理設備、液冷管路集成安裝在天線骨架內。從成本和用戶使用情況考慮，運輸平臺使用非車載式工作平臺，是由高強度鋼板折彎拼焊而成的結構件，具有足夠的剛強度，采用四個手動撐腿實現6′的調平要求，平臺運輸固定接口采用6 米標準方艙式接口，可使用6 米方艙運輸平板車實現通用化運輸；天線運動機構為“方位轉臺+俯仰機構”型式，這種結構形式結構緊湊，承載能力大，調整測量方便。

3 轉臺設計

3.1 轉臺結構組成

如圖2 所示，轉臺主要由轉盤、底座、回轉支承、驅動裝置、角度反饋單元和拖鏈系統等設備組成[3,4]。其中，底座與平臺固定，轉盤上有天線骨架和俯仰機構的鉸接孔，轉盤和底座是采用黑色金屬焊接而成的密封腔體，以保證其整體強度和剛性。

3.2 方位驅動機構

方位軸系驅動機構采用交流伺服電機，直交軸型齒輪減速箱，經小齒輪嚙合回轉支承外齒，驅動轉盤旋轉，并通過在轉盤和底座上設置機械限位塊，實現方位-170°～+170°的轉動要求。回轉支承結合了齒輪和軸承的功能，起到了承上啟下的作用，采用40CrMo 材料，其內圈與底座固連，外圈與轉盤固連，連接均采用10.9 級高強度螺栓。回轉支撐的密封采用V 型旋轉密封圈，其安裝在回轉支撐外罩上，轉盤旋轉時對其配合的旋轉面進行軸向密封。

圖2 轉臺結構示意圖

3.3 角度反饋單元

角度反饋單元采用高精度絕對值旋轉編碼器，同軸安裝于轉臺內，其中，轉軸通過彈性聯軸節與轉盤相連，本體通過過渡件安裝在底座上，這種編碼器安裝方式具有占用空間小、維修方便、可靠性高及測量精度高等特點。

3.4 拖鏈轉繞系統

本系統中，天線陣面的方位轉動不是整周轉動，采用傳統的匯流環不僅結構復雜，而且成本較高，綜合考慮，可采用簡單經濟的三維拖鏈系統用于線纜轉繞。

TRL 系列拖鏈是一種輕量且經濟的三維拖鏈。其特點是具有高度的靈活性，可實現多軸轉動，能夠保證內部電纜實現復雜的軌跡運動。此外，拖鏈截面為兩個分隔的內腔，可將不同類型的電纜進行分隔。拖鏈的開放式缺口設計便于裝填電纜。本系統選用的拖鏈型號為TRL100，彎曲半徑145 毫米，每個分隔可容納最大電纜直徑為35.5 毫米，可以很好地兼容轉臺走線空間和走線數量(圖3)。

圖3 TRL 系列三維拖鏈

4 俯仰機構設計

俯仰機構采取兩套T 形絲桿機構，T 形絲桿具有較好的機械自鎖性能，電機、減速機驅動絲桿副實現絲桿運動，俯仰機構的齒輪箱上安裝有高精度絕對值編碼器，伺服系統通過采集編碼器信息，計算出絲桿運動距離，實現兩套俯仰機構的閉環同步控制。通過控制T 形絲桿伸縮來實現天線俯仰功能，可滿足0°～90°范圍內任意角度的定位和機械鎖定要求。

天線運輸狀態與工作狀態如圖4 所示，通過合理布局天線骨架和俯仰機構的鉸接點位置，整體輪廓滿足2.5 米的公路運輸寬度。

圖4 天線運輸狀態與工作狀態

5 力學分析

底座、轉盤和天線骨架支撐著天線重量和環境引起的風載荷，力學分析的主要目的是校核其結構剛強度是否滿足設計需求，以及在此基礎上進行結構優化設計。主要承力件采用Q355D，屈服強度355 MPa，力學仿真結果如圖5 所示。通過仿真結果可以看出，天線在自重+25m/s 風速工況下，應力較大處出現在回轉支承安裝面和骨架主縱梁附近，最大應力116.2MPa，安全系數3，滿足設計需求。

圖5 力學分析結果

結束語

本文從總體布局設計、轉臺設計、轉臺內部走線設計和俯仰機構設計及力學分析等方面對某地面雷達結構總體設計進行了詳細闡述，通過合理的布局和系統設計，設計出高集成、高強度、高可靠性的雷達結構。該雷達實際使用效果良好，實現了整機各項指標要求，為后續類似雷達結構的系統設計提供借鑒，并具有一定的參考意義。