大型相控阵雷达轮轨式天线座设计

电子机械工程

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Electro-MechanicalEngineering

2009年第25卷第3期2009.Vo.l25No.3

大型相控阵雷达轮轨式天线座设计

瞿亦峰,郭洪伟

(南京电子技术研究所, 江苏南京210013)

*

摘 要:低速、重载的大型相控阵雷达,采用轮轨式天线座无疑是一种比较好的选择。结合某大型相控阵雷达项目,阐述了相控阵雷达轮轨式天线座的技术实现途径、系统组成,对滚轮布局、轮轨打滑、轮轨接触等关键技术进行了分析、研究,最终将轮轨式天线座成功应用于该大型相控阵雷达。关键词:相控阵雷达;轮轨式;天线座

中图分类号:TN957.8 文献标识码:A 文章编号:1008-5300(2009)03-0026-03

DesignofaRollerRacewayTypePedestal

forLargePhased-ArrayRadar

QUY-ifeng,GUOHong-wei

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology, Nanjing210013,China)

Abstract:Rollertrackpedestalisagoodchoiceforalarge,lowspeed,heavyphased-arrayradar.Fromapro-jectoflargephased-arrayradar,thetechnicalconceptandsystemcompositionoftherollertrackpedestalforphased-arrayradarispresentedinthispaper.Someofthekeytechnicalissues,suchasthelayoutofwheels,whee-lrailslip,whee-lrailcontac,tarediscussed.Finally,therollertrackpedestalisappliedsuccessfullytoalargephased-arrayradar.

Keywords:phased-arrayradar;rollertrack;antennapedestal

0 引 言

通常,我们把利用滚轮和轨道作为天线座的轴向支承、依靠轮轨之间的摩擦力实现方位传动的天线座称为轮轨式天线座。轮轨式天线座最大的技术优势是

结构简单、承载能力大(数百甚至数千吨)、制造成本低、特别适合应用于一些低速、重载的场合。目前,轮轨式天线座主要应用于一些大型地面站、射电望远镜。随着相控阵雷达天线规模、重量越来越大,采用转台式天线座,将面临着设计、制造工艺、运输、成本等方面的问题。而采用轮轨式天线座,由于省略了大齿轮、底座等构件,则可以较好的解决以上问题。因此,在低速、重载的大型相控阵雷达上尝试采用轮轨式天线座,已是一个必然的选择。

文中结合某大型相控阵雷达,阐述了相控阵雷达轮轨式天线座的技术实现途径,对需要解决的关键技术问题进行了探讨。

1 轮轨式天线座系统方案

某相控阵雷达天线外形近似为梯形截面的六面体,高12.3m,宽16.3m,天线系统总质量约200t。天线要求能够实现一维方位旋转运动。其主要技术指标如下:

方位运动范围: ?200b;

方位最大角速度: 方位角加速度:

5b/s;2.5b/s;

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轨道水平度: 1.5mm。

轮轨式天线座主要由方位回转支承系统、天线座架、方位驱动系统、安全保护系统等组成。天线座系统的结构组成和布局如图1所示。

天线座方位回转支承系统由滚轮、铁轨、中心轴承组成。滚轮轨道提供天线的轴向支承和定位,中心轴承实现天线的径向支承和定位。

天线座的所有轴向载荷由8只圆周均匀分布的滚

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第3期瞿亦峰,等:大型相控阵雷达轮轨式天线座设计

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轮承受,滚轮表面淬火处理。轨道采用标准重轨分5段弯制后拼接,每段铁轨弧长约6m,拼接后的轨道中径约 9.3m

。

环,而是采用了线缆绕曲装置。为了确保雷达设备在意外情况下不出现破坏,天线座设置了方位安全保护系统。在方位?195b、?197b、?201b位置处,设置了3

组限位开关,当雷达转至这些位置时,可自动限速、直至切断电机电源并制动;在?208b位置上设有缓冲器,用作系统的最后一道保护。

天线座全重约55,t分解后的天线座各运输单元,均可满足公路铁路运输要求。

2 关键结构技术及实现

图1 天线座结构与布局

各段铁轨用压板压紧在枕板上,枕板与水泥基础

之间用地脚螺栓连接,通过调节枕板高度,可将轨道调平至1.5mm,轨道结构如图2

所示。

2.1 滚轮支承点布局

地面站、射电望远镜一般都采用方位、俯仰型轮轨式天线座,天线能够方位、俯仰二维运动。天线座主要承力构件为由梁、杆组成的空间桁架,天线座通常采用4点支承的布局方案,天线重力等载荷通过桁架结构可以直接传递到4个支承节点上。根据负载情况,每个支承节点可以布置一个滚轮或两个滚轮。如果是两个滚轮,则采用均衡台车结构,以平衡两个滚轮的轮压。均衡台车的结构示意如图3所示。

图2 轮轨结构

在天线座中心布置有大型圆柱滚子轴承,起定心作用,轴承轴向可窜动,仅用于承受径向载荷。

天线座的8个滚轮中,4个作为驱动轮,4个作为从动轮,驱动轮与从动轮间隔布置。滚轮采用两个球面滚子轴承支承。为了保证驱动轮与轨道之间有足够的摩擦力,避免出现轮轨打滑现象,在驱动轮上设计了弹性支承结构,以保证在各种情况下,驱动轮轮轨之间都有足够的摩擦力。

方位驱动系统由四套完全相同的传动链组成,每个分支传动链均由电机、摆线减速机、驱动轮组成。为了防止驱动系统过载打滑,在电机与减速机之间设置有力矩限制器;在电机尾端设置有制动器,用于雷达方位锁定和制动,可保证雷达静止时,风载荷作用不出现位移;在减速机与驱动轮轴之间设计有齿式联轴节,用于消除各种因素导致的轴线歪斜误差。

天线座架是天线座的主要传力构件,雷达天线设备安装于天线座架的上表面,天线座的8个滚轮安装于天线座架滚轮座下表面,天线座架中心座与基座通过中心轴承相连。

,图3 均衡台车示意

方位俯仰型轮轨天线座采用这种4点布局型式,具有传力途径简单、合理,结构重量轻的优点。

相控阵雷达由于只有方位一维运动,并且天线结构与抛物面天线差别较大,如果也采用4点支承,会导致支承跨距过大、对天线的结构刚度要求过高、传力途径反而不合理的问题,因此,本天线座没有采用传统的4支承节点方案,而是采用了8点支承的方案。在支承节点数量的选择上,兼顾了天线的变形和轮压,在保证滚轮具有足够的轮压、避免驱动轮打滑的前提下,设计了较多的支承点,以改善天线变形。此外,由于误差均化效应,较多的支承点还可以减小轨道不平度对方位轴系精度的影响。2.2 轮轨接触副选型

根据滚轮与轨道接触区域形状的不同,可将轮轨接触副分为点接触和线接触两种型式。对于采用线接

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电子机械工程第25卷

运动为纯滚动,滚轮表面必须有一定的锥度,使滚轮轴线的延长线与轨道面的交点落在方位回转轴线上。理论上讲,轮轨接触副设计成线接触比点接触受力更合理,承载能力更大一些,并且线接触因传动精度不受轨道圆度的影响,其传动精度也要高于点接触型轮轨天线座,故在地面站、射电望远镜上普遍采用的是线接触轮轨。

但线接触的轮轨对装配、调整的要求较高,否则难以实现线接触,反而可能出现受力更为不利的边缘点接触。而点接触轮轨的工艺要求则相对较低。

为了降低技术难度,并考虑到本天线座的指向精度指标相对较低,本天线座轮轨最终采用了点接触方案。轨道采用了弧顶的QU80重轨弯制,顶面弧线半径为R400mm,滚轮为圆柱形,直径746mm。2.3 天线座架设计

天线座架是天线座的主要传力构件,根据其传力特点,天线座架的轴向刚度被设计得比较软,主要是考虑利用天线座架在天线重力载荷下的适当变形,改善轨道水平度误差对滚轮轮压的影响,使滚轮在旋转过程中的轮压起伏不至于过大,避免滚轮打滑甚至悬空的问题。

此外,作为天线座系统中尺寸最大的构件,天线座架在设计 …… 此处隐藏：4402字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……