顶帆和顶舵雷达天线转台仿真系统的研制

作者：南京船舶雷达研究所 肖万选

欢迎访问e展厅 展厅 1 电子产品展厅 平板电脑, 电子书阅读器, 笔记本电脑, IC卡设备, GPS/卫星导航系统, ... 摘 要：在《顶帆和顶舵雷达天线转台系统仿真设计中的若干问题》一文的基础上，对天线系统的最大回转半径、天线转台仿真系统与舰船桅杆基座的联接方式、顶帆雷达天线与方位转台的联接方式以及顶帆雷达球形支座的展开图作了分析，提出系统研制中需要注意的一些问题。 关键词：顶帆雷达；顶舵雷达；天线转台仿真系统；最大回转半径；球形支座 1 引言 在《顶帆和顶舵雷达天线转台系统仿真设计中的若干问题》一文中[1]，介绍了顶帆和顶舵雷达天线的结构型式和方位转台的传动型式，对天线背架以及顶帆雷达的转盘和尾翼等一些关键部件的结构特点及设计原理作了分析，提供了天线和方位转台的主要参数。顶帆雷达天线转台仿真系统主要由L波段柱形抛物面天线、方位转台、尾翼和过渡基座等部分组成，天线和尾翼设置在方位转台的两侧，天线通过支架和支柱分别与方位转台的转盘和球形支座联接(见图1)。顶舵雷达天线转台仿真系统主要由S波段柱形抛物面天线、S波段双弯曲抛物面天线、方位转台和过渡基座等部分组成，两种天线背靠背地设置在方位转台的两侧。这两种雷达的天线转台仿真系统分别通过过渡基座与舰船上相应的桅杆基座联接。在参考文献[1]的基础上，着重对系统研制中的以下几个问题进行讨论。 2 天线系统的最大回转半径 天线系统的最大回转半径这里指的是，天线系统作方位运动时，其上离方位轴最远的点与方位轴的距离。最大回转半径是检查天线系统与它周围的设施是否发生碰撞的依据。确定最大回转半径可按下列步骤进行：(a)在天线系统上选择多个回转半径可能为最大值的点；(b)计算这些点的回转半径；(c)通过比较，确定最大回转半径。 从图1可以看出，顶帆雷达天线转台仿真系统周围的设施是塔康系统，顶舵雷达天线转台仿真系统周围的设施是塔康系统、烟囱和灯。顶帆雷达天线系统上回转半径可能为最大值的点是天线线源上的A点、天线背架上的B点、尾翼上的C点或D点。顶舵雷达天线系统上回转半径可能为最大值的点是双弯曲抛物面天线馈源上的E点、天线背架上的F点、柱形抛物面天线线源上的G点和天线背架上的H点，现将这些点的回转半径的计算值列于表1。由比较得出，对于顶帆雷达天线系统，C点或D点的回转半径最大，为6002 mm，小于方位轴与塔康系统的最小水平距离(6200 mm)，因此天线系统转动时不会与塔康系统发生碰撞。对于顶舵雷达的双弯曲抛物面天线，E点的回转半径最大，为4813 mm；对于顶舵雷达的柱形抛物面天线，H点的回转半径最大，为3892mm，E点和H点的回转半径均小于方位轴与塔康系统的最小水平距离(5000mm)。顶舵雷达天线系统转动时，双弯曲抛物面天线从烟囱和灯的上方通过，柱形抛物面天线上的H点从烟囱前方通过，H点与烟囱的最小距离计算为813 mm。 为安全起见，顶帆和顶舵雷达天线转台仿真系统安装完毕后，应先用手工方法使天线系统慢慢地转一圈。确认天线系统与周围设施不发生碰撞后，再开机运行。 3 天线转台仿真系统与舰船桅杆基座的联接方式 图2(a)和(b)分别表示了顶帆和顶舵雷达天线转台仿真系统的过渡基座与舰船上相应的桅杆基座的联接方式。就图2(a)来说，过渡基座的法兰与桅杆基座的法兰采用20个M36的螺栓固定，其中有1个螺栓是定位螺栓，圆柱配合面的直径为Φ39-0.2-0.25mm，过渡基座和桅杆基座的法兰上相应的孔的直径为Φ390+0.1mm。 按照技术规格书的要求，雷达天线转台仿真系统在风速不大于20 m／s的情况下，应能正常工作，方位转台能使天线在水平面内作方位旋转运动；在风速不大于35 m／s的情况下，系统结构不破坏。经估算，风速为35 m／s时，顶帆雷达天线系统的风阻力的峰值Fx＝2720 kgf，方位风力矩的峰值My＝2000 kgf·m，风阻力对过渡基座与桅杆基座的法兰安装平面的倾覆力矩Mz＝6470 kgf·m。风阻力由定位螺栓以及法兰安装平面上的摩擦力来抗衡，方位风力矩靠法兰安装平面上的摩擦力矩来平衡，倾覆力矩由螺栓组合来承受。假设风阻力全部由定位螺栓来承受，那么由计算得出定位螺栓横截面(位于法兰安装平面)上的剪应力τ＝2.28 kgf／mm2。定位螺栓的材料为40Cr钢，τ值小于该材料的许用剪应力。 就图2(b)来说，顶舵雷达天线转台仿真系统的过渡基座的法兰与桅杆基座的法兰采用直径为700 mm的圆柱面配合，用15个M20的螺栓固定。圆柱配合面用于承受天线系统的风阻力，方位风力矩靠法兰安装平面上的摩擦力矩来平衡。 需要说明的是，过渡基座与桅杆基座的安装尺寸是通过对桅杆基座的实际测量以及样板验证确定的。由于测量不准确等原因，顶帆雷达的过渡基座与桅杆基座没有采用大圆柱面配合，而是用1个(不是2个或2个以上)定位螺栓来承受剪切力。这样，安装时不要修配就可以把定位螺栓与相应的孔装配好。此外，过渡基座上的安装孔与螺栓的间隙较大，这样便于安装。 4 顶帆雷达天线与方位转台联接方式 顶帆雷达天线通过图3(a)所示的支架(共2个，左右对称)和图3(b)所示的支柱(2个)分别与方位转台的转盘和球形支座联接。支架由外径为95 mm、壁厚为4 mm的钢管(共6个)、空心球体(壁厚为8 mm，共4个)、角板(共3个)、支座Ⅰ(3个)和支座Ⅱ焊接而成。支座Ⅰ的法兰与转盘上相应的法兰、支座Ⅱ的法兰与天线上相应的法兰均采用4个M24的螺栓固定。支座Ⅱ上设有凸台，这对于承受天线的重力至关重要。 支柱由支臂(用壁厚为8 mm的钢板制成的锥形筒)、空心球体、底板和支座焊接而成。底板与球形支座上相应的法兰、支座的法兰与天线上相应的法兰均采用M24的螺栓固定。 支架和支柱结构简洁，具有足够的强度和刚度，能满足天线的安装要求。支架和支柱均采用了外径为160 mm、壁厚为8 mm的空心球体，这不仅便于设计与制造，而且有利于提高构件的承载能力。 需要指出的是，在支架上焊接支座Ⅰ可与转盘配作。在支架上焊接支座Ⅱ、在支柱上焊接支座可与天线和方位转台配作。 5 顶帆雷达球形支座的展开图尺寸 对于顶帆雷达方位转台的球形支座(见图1)，考虑了两种结构方案：一种方案是球形支座采用铸钢件(ZG230450)，经退火处理后进行切削加工。这种方案的特点是：(a)结构简洁，设计方便；(b)由于球形支座的尺寸较大(球体部分的外径为1630 mm)，铸造工艺要求最小壁厚不应小于25 mm，因此结构笨重，总重量约为1500 kg；(c)铸造需要木模，制造成本较高。另一种方案是球形支座采用钢板(Q235)焊接成型，球体部分用多个锥形筒体来拟合，每个锥形筒体由厚度为16 mm的钢板卷曲而成。这种方案的特点是：(a)球体部分的壁厚较小，重量较轻，球形支座的总重量约为1000 kg；(b)结构复杂，焊接工作量大；(c)设计工作量较大，要确定每个锥形筒体的展开图尺寸，以便完成卷曲加工。从减轻重量方面考虑，决定采用第二种方案。 下面对球形支座球体部分的展开问题进行分析。图4(a)表示了球形支座的部分图形，设球体部分的外径为1630 mm，壁厚为16 mm，因此球壁中性层的直径(外径减去壁厚)为1614 mm。将球体部分分成8个单元，每个单元用相应的壁厚为16 mm的锥形筒体来代替。就单元Ⅱ来说，线段AA′表示其锥形筒体的中性层，由作图得AA′＝124.8 mm，OA＝679.7 mm，O′A′＝738.7 mm，OO′＝110 mm。设直线OO′与直线AA′相交于J点(图中未画)，由作图得JA＝1439.2 mm，JA′＝1564 mm。单元Ⅱ的锥形筒体可以看作是线段AA′绕轴线OO′旋转而成的。图4(b)给出了单元Ⅱ的锥形筒体的端面倒角。相邻锥形筒体采用双面V形焊缝，坡口角度为60°，考虑到锥形筒体中性层的倾斜角以及焊缝的对称性，因此得出如图所示的倒角数值。图4(c)表示了由上述结果得出的单元Ⅱ的展开图及有关尺寸，图中θ＝2π·OA／JA＝2π·O′A′／JA′＝170°。依同理，可以绘制出其它单元的展开图。 总的来说，确定球形支座球体部分的展开图可按下列步骤进行：(a)将球体部分分成多个单元，每个单元用相应的锥形筒体来代替，确定中性层，由作图得到有关尺寸；(b)求出锥形筒体的端面倒角；(c)绘制展开图，并标注有关尺寸。 参考文献： [1]肖万选．顶帆和顶舵雷达天线转台系统仿真设计中的若干问题[J]．电子机械工程，2003，19(4):22-25. [2]肖万选．舰载雷达天线最大回转半径计算中的一些问题[J]．电子机械工程，1999，(1). [3]成大先．机械设计手册[M]．北京：化学工业出版社，1993.(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (3/13/2005)