天气雷达天线座机动性结构设计研究

[摘要]移动式天气对雷达天线座的机动性结构有很高的要求，需要对天线座的结构进行减重设计以满足系统支承以及灵活性地工作，此外，还需要对整个系统的联结结构进行架构与撤回操作的设计以满足移动式天气雷达对系统的工作与运输的需求，使得系统能够适应各种天气的工作，该结构设计具有现实的指导意义。

[关键词]天线座；机动性；结构设计

在对移动天气雷达的天线座系统进行设计时，要考虑到各种恶劣天气情况下对天线座的需求，设计出来的结构要能够满足各种恶劣的天气以及不同状态（工作、运输）下的雷达监测系统的要求。

1性能特性

关于性能相关指标与参数值包括天线的参数值有抛物面口径为2.4m，天馈线重G=85kg；工作的角度参数有方向位置360度角内的所有角度；俯仰位置为-2度角至90度角；天线的运动参数值有方位角转速24°/s；俯仰角转速12°/s；方位角与俯仰角之间转动的加速度10°/s2；天线座轴系的精度值有方位轴与大地形成的垂直度1'；俯仰轴与方位轴形成的垂直度：1'；风的负荷范围，平稳风速不超过20m/s，不会形成结冰；14m/s，则冰的厚度在1cm左右，这两种情况下都能工作。关于天线座对环境适应的条件：工作环境温度范围-40℃~+50℃；环境相对的湿度范围：95%~98%(+30℃)；其它条件下的工作情况：在潮湿、雷雨天气、烟雾等环境下，具有防护的作用，保证正常运转。在野外天气能够防振动以满足正常运输。关于机动性，天线座系统的总体重量≤1300kg；在运输天线系统的时候，要采用整体运输的方式将天线座系统的所有部件放置在舱内，天线座系统工作的时候再按照相应的规范架构在舱外。

2系统的组成与功能

本次研究的雷达系统由雷达装置、方舱装置和载车装置组成。雷达装置由天线系统和电子设备组成。天线系统安装在前舱，电子设备安装在后舱。天线座系统包括天线座和倒竖机构。天线座系统是用来支承天线和实现天线的方向转动与俯仰转动，而倒竖机构是用来架构与收回天线系统装置。

3机动性结构设计

雷达装置对机动性要求很高，需要高度集成结构装置，能够随时、迅速架构与撤回系统，并且移动到指定的地方[1]。主要从三方面提高雷达天线座系统的机动性。天线座系统结构的重量设计，一是当系统的总量轻时，能够提高系统的运输机动性。天线座系统的转盘、底座、俯仰箱这三个部件重量最大，因此，在减轻系统重量时，要重点设计这几个部件。二是转盘减重设计。俯仰箱和轴承底板分别安装在转盘上下端，减重孔用圆形钢板进行设置，内置结构加强对辐射钢筋的设置。三是底座的减重设计。底座呈圆筒形，底座内壁包括环形钢筋和防辐射的钢筋。另外，还包括倒竖的架构与撤回装置的支架与支腿。这三大部件经过钢筋加强与稳固，设计出俯仰箱G=100kg，转台G=150kg，底座G=180kg。四是校验刚的强度。分别计算不同状态下的俯仰箱、转台和底座的刚强度大小。系统处于工作状态时，天线和支臂以及相关的部件作用于天线上，重量由俯仰轴进行支承，总重量G=395kg，设置风速V=35m/s，则风负载力F=115kg；系统处于运输状态时，天线和支臂以及相关的部件，总重G=395kg，支撑作用力M=395×L，L表示的是所有部件之间的重心到支撑中心的距离。天线座在运输过程中，处于载荷状态时的冲击加速度a=6g。按照以上的指标数据，计算出刚强度的大小满足了设计的要求。关于倒竖机构的重量设计，天线系统的架构和撤收装置由倒竖机构进行，每次进行架设或者撤收的时间控制在3min内。数据指标与计算式为设备总重G=天线G1+天线座G2+相关配置G3=1100kg；风阻力F=1.6•202•π•1.22/16/cos50°=115kg；风力矩Mf=0.14•202•π•1.2•2.4/16=38kg•m；所有设备的重心到回转中心之间的距离=1300mm；所有设备的重心到倒竖回转中心的距离：M=11000•1.3+1150•1.3+380=16175N•m；油缸距离其支点之间的力臂=521mm；当天线与水平方向夹角为0时，负载F=MG/L=1617/0.52=3110kgf；当倒竖油缸供油压力=12MPa时，设置油缸直径=80mm，活塞杆直径=45mm，则活塞的面积=πD2/4=5026.6mm2；油缸推力F=6155kgf＞F，此时的设计符合装置的需要。结构的设计方面，倒竖机构包括油缸、液压油和机座。选择标准型号的液压油缸进行倒竖操作，选择型号为HSGK01-80/45E-3111-960×1100时，油缸工作范围可到达1200mm~2160mm[2]。关于设计架构与撤收的联结结构，根据架构与撤收的位置来设计系统的底座和倒竖机座的联结支腿，用螺栓对其进行稳固操作[3]。当系统处于工作状态时，采用法兰联结与固定；当系统处于运输状态时，直接进行联结与固定。

4结语

本文通过设计天线座的支承结构、倒竖结构和架构与撤收的联结，以最轻的重量来承载系统，并使得系统的结构具有很好的刚强度。倒竖机构通过设计出符合要求的方舱天线系统来满足公路与铁路的运输，并且实现美观的外形特征，在进行系统的架构、撤回与联结操作时，简便而快捷，满足了移动式天气对雷达机动性的要求，具有现实的指导意义。

[参考文献]

[1]夏伟光.某雷达有源天线阵面结构设计[J].中国高新区，2018,000(007):139-140.

[2]史勇民,赵惇殳.雷达机柜分机风阻的理论计算和实验[J].电子机械工程，1991(5):27-35.

作者：吴云 单位：中船重工鹏力（南京）大气海洋信息系统有限公司