0引言

電子信息化技術(shù)的快速發(fā)展,對相關(guān)產(chǎn)品性能提出了越來越高的要求:一方面,在復雜的電磁環(huán)境中,為了提高產(chǎn)品對目標信號的捕捉能力,其天線陣口面設(shè)計尺寸不斷增大;另一方面,為了提高產(chǎn)品在各種復雜環(huán)境下的生存能力,需要根據(jù)電磁環(huán)境態(tài)勢隨機快速轉(zhuǎn)換場地,對產(chǎn)品機動性提出了更高的要求。

車載產(chǎn)品系統(tǒng)與固定站產(chǎn)品系統(tǒng)相比,具有機動性好、可迅速靈活轉(zhuǎn)移等特點。但大型天線陣的技術(shù)發(fā)展趨勢帶來了一系列問題,例如天線組合體拆裝運輸不方便,嚴重制約了其在車載平臺上的應用。因此,大型天線陣能夠在場地快速自動架設(shè)展開投入工作狀態(tài),具有架設(shè)人員少、工作強度小的特點,滿足當前對電子信息化產(chǎn)品高機動性的基本要求^[1]。

1 設(shè)計總要求

產(chǎn)品主要設(shè)計功能及指標要求:

1)產(chǎn)品折疊撤收后可滿足公路運輸限界要求。

2)六面陣工作時需要適時保持水平姿態(tài)。

3)主面陣背架上天線單元安裝基面精度在±5mm 以內(nèi)(包括±5 mm)。

4)天線陣抗風能力:在10級風力(28 m/s)下正常工作,12級風力(36 m/s)環(huán)境下不損壞。

5)自動架設(shè)/撤收時間小于10 min。

2 天線陣結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計

該天線陣主要由主面陣、六面陣組成。其中,主面陣由若干天線單元(陣列分布)、3個機箱I、1個轉(zhuǎn)接箱組成,六面陣由24個天線單元、1個機箱Ⅱ組成。根據(jù)各設(shè)備功能及結(jié)構(gòu)特點,采用以下結(jié)構(gòu)布局設(shè)計:主面陣隨方位轉(zhuǎn)盤回轉(zhuǎn);機箱I(3個)、機箱Ⅱ(1個)及轉(zhuǎn)接箱集成在主面陣背部;六面陣固定在主面陣頂部;設(shè)備艙固定于方位轉(zhuǎn)盤上。該車載組合天線陣 結(jié)構(gòu)布局設(shè)計如圖1所示。

2.2 主面陣折疊設(shè)計

主面陣由天線單元陣列排布而成,為了保證每個天線單元的安裝精度,主面陣背架采用Q355B矩形管焊接,矩形背架對角采用Q355B斜撐圓形管加強形式,用以保證天線陣背架的剛強度。

根據(jù)主面陣天線外形尺寸,并綜合考慮底盤自身高度及GJB 2948—1997《運輸裝載尺寸與重量限值》中關(guān)于公路運輸車輛外形限制的要求(12 000 mm×2 500 mm×4 000 mm)^[2] ,主面陣背架沿著縱向線分解為左背架、中心背架及右背架三片結(jié)構(gòu)體,相互通過軸式機械鉸鏈連接;主面陣左、右背架的展開和折疊采用電動缸來驅(qū)動;主面陣展開到位時,相鄰兩片背架拼縫處設(shè)計拼接凸臺面來定位;由于主面陣尺寸大,左、右背架重量較重,連接的機械鉸鏈負載力不均衡,因此左、右背架采用雙桿電動缸同時驅(qū)動,可增強主面陣結(jié)構(gòu)系統(tǒng)傳動穩(wěn)定性。為解決雙桿電動缸動作同步問題,此處采用單電機同步驅(qū)動雙桿電動缸機構(gòu),并在其減速器輸入端設(shè)置應急狀態(tài)時使用的手搖接口。主面陣折疊機構(gòu)設(shè)計如圖2所示。

2.3 主面陣倒伏設(shè)計

主面陣的中心背架固定于方位轉(zhuǎn)盤上,同樣采用單電機同步驅(qū)動雙桿電動缸機構(gòu),實現(xiàn)主面陣的翻起和倒伏;電動缸選用梯形絲杠螺母傳動形式, 自身具有自鎖性,一方面可保證電機意外斷電主陣面翻起過程中的安全穩(wěn)定性,另一方面,方便電機減速器故障的拆卸維修。主面陣倒伏機構(gòu)設(shè)計如圖3所示。

2.4 六面陣水平調(diào)節(jié)設(shè)計

當主面陣俯仰工作角為α°時,六面陣亦會跟隨俯仰α°;依照設(shè)計要求,六面陣工作時其需保持在水平狀態(tài),此處六面陣底座采用旋轉(zhuǎn)鉸鏈與主面陣頂端連接,并在其底座下方布置一個電動缸,進行—α°的反向轉(zhuǎn)動補償,從而調(diào)節(jié)六面陣至水平狀態(tài),如圖4所示。

2.5 天線陣運輸鎖定設(shè)計

天線陣倒伏后車載運輸時,會隨路基狀況受到隨機振動和沖擊,為防止對天線陣和舉升電動缸造成疲勞應力破壞,需要將倒伏的長懸臂天線陣進行固定,此處在中心背架背部頂端處設(shè)置V型導向塊,其側(cè)面預制銷孔;對應的車載平臺上設(shè)置運輸托架,在其上安裝V型導向座和自動鎖定機構(gòu);當天線陣倒伏臨近到位時,V型導向塊和V型導向座配合導向,天線陣倒伏到位后,由 自動鎖定機構(gòu)自動鎖定。運輸鎖定機構(gòu)設(shè)計如圖5所示。

2.6 天線陣撤收過程

當完成相關(guān)工作后,對天線陣進行撤收時,在伺服控制箱上有“自動撤收”(按鍵一次,連續(xù)完成撤收)操作鍵,可一次性完成撤收。將撤收動作分解后,步驟如下:

1)六面陣回初始零位(和主面陣恢復00夾角),動作完成時間約30 S;

2)主面陣俯仰回900零位,動作完成時間約90 S;

3)主面陣折疊,動作完成時間180 S;

4)主面陣倒伏,動作完成時間270 S;

5)運輸鎖定,動作完成時間10 S。

撤收完成后,運輸狀態(tài)如圖6所示。

自動架設(shè)過程按照撤收過程逆向動作即可,兩者動作過程用時一致。

自動架設(shè)/撤收天線陣時,以上動作連續(xù)完成實測時間合計580 S,滿足小于10 min的設(shè)計指標要求。

3 天線陣力學分析

3.1 有限元建模及工況分析

依照天線陣三維模型,建立有限元分析模型;對天線陣的各種工作環(huán)境和工況進行分析,影響天線陣面主要工況為陣面展開時其重力及風力載荷;按

照10級28 m/S風力作用下正常工作,36 m/S風力作用下不損壞的指標要求進行力學分析。

3.2 材料

天線陣背架的制造加工材料為高強度結(jié)構(gòu)鋼Q355B,其材料力學性能如表1所示。

3.3力學分析

3.3.1變形分析

天線陣背架在10級風力28 m/S條件下工作,其有限元分析位移云圖結(jié)果如表2所示。

3.3.2強度分析

天線陣背架在12級風力36 m/S條件下工作,其有限元分析應力云圖結(jié)果如表3所示。

3.4結(jié)論

根據(jù)以上有限元分析數(shù)據(jù),在10級風載荷下,主面陣背架結(jié)構(gòu)變形最大值為3.91 mm,達到指標小于5mm要求;在12級極限風載荷下,主面陣和六面陣背架結(jié)構(gòu)最大應力為182Mpa,小于屈服極限應力355Mpa,滿足設(shè)計要求。

4 結(jié)束語

本文按照車載產(chǎn)品設(shè)計要求,對天線陣進行結(jié)構(gòu)布局設(shè)計;結(jié)合車載平臺尺寸,對天線陣自動架設(shè)各機構(gòu)進行設(shè)計,以滿足公路運輸機動性要求;各機構(gòu)均采用伺服電機驅(qū)動執(zhí)行相應動作,提高了產(chǎn)品架設(shè)自動化程度;其中的折疊、倒伏機構(gòu)采用單電機同步驅(qū)動雙桿電動缸機構(gòu)執(zhí)行相應動作,優(yōu)點是主面陣展開后,車載設(shè)備抗風載荷能力強,展開折疊過程中傳動系統(tǒng)穩(wěn)定,可增強產(chǎn)品機動性、設(shè)計可靠性。

另外,將六面陣堆疊在主面陣頂部,依托主面陣翻起后的頂部高度,達到其工作高度條件;設(shè)計一種角度調(diào)節(jié)機構(gòu),滿足六面陣水平姿態(tài)工作條件。此處摒棄采用獨立升降塔舉高六面陣的行業(yè)傳統(tǒng)設(shè)計方案,既提高了車載平臺空間利用率,又較大地縮短了架設(shè)/撤收時間。

利用相關(guān)分析軟件對最惡劣工況下的天線陣進行了有限元分析,結(jié)果表明天線陣剛強度均符合理論設(shè)計要求。 目前該產(chǎn)品已經(jīng)順利完成各項長途轉(zhuǎn)場任務(wù),通過了實際環(huán)境的檢驗,驗證了該產(chǎn)品設(shè)計的正確合理性,可為行業(yè)相關(guān)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)設(shè)計提供參考。

[參考文獻]

[1]張增太.機動式雷達自動架撤系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].雷達科學與技術(shù),2004(6):345-348.

[2]運輸裝載尺寸與重量限值:GJB2948—1997[S].

2024年第19期第11篇