一种自动折叠抛物面天线结构设计span
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２００５年第２ｌ卷第６期 ２００５．Ｖｏ１．２ｌ Ｎｏ．６ 电子机械工程 Ｅｌｅｃｔｒｏ—Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ ２９ 一种自动折叠抛物面天线结构设计 马利华。唐宝富 （中国电子科技集团公司第十四研究所，江苏南京２１００１３） 摘要：现代高科技条件下的战争对雷达的机动性提出了更高的要求，而天线的快速架撤是影响雷达机 动性的重要因素。大型抛物面天线由于其自身的结构特点，往往难以快速架撤。这里介绍的一种自动 折叠抛物面天线，可以进行快速架撤，满足雷达高机动要求。 ． 关键词：抛物面天线；自动折叠；结构设计 中图分类号：ＴＮ９５７．８ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１００８—５３００（２００５）０６—００２９—０２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ Ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ Ｏｎｅ Ｋｉｎｄ ｏｆ Ａｕｔｏ．ｆｏｌｄｉｎｇ Ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ Ａｎｔｅｎｎａ ＭＡ Ｌｉ－ｈｕａ，ＴＡＮＧ Ｂａｏ－ｆｕ （Ｔｈｅ １４ｔｈ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ＣＥＴＣ，Ｎａｎｊｉｎｇ ２１００１３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎ ｈｉｇｈ－ｔｅｃｈ ｍｏｄｅｒｎ ｗａｒ，ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｔｏ ｔｈｅ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒａｄａｒ ｉｓ ｐｕｔ ｆｏｒｗａｒｄ．Ｏｎｅ ｉｍ－ ｐｏｒｔａｎｔ ｆａｃｔｏｒ ｉｎｆｌｕｅｎｃｉｎｇ ｔｈｅ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｉｓ ｔｈｅ ｓｐｅｅｄ ｏｆ ｓｅｔｔｉｎｇ ｕｐ ａｎｄ ｆｏｌｄｉｎｇ ｔｈｅ ａｎｔｅｎｎａ．Ｉｎ ｆａｃｔ，ｉｔ ｉｓ ｄｉｆｆｉｃｕｌｔ ｔｏ ａｃｈｉｅｖｅ ｔｈａｔ ｆｏｒ ｍｏｓｔ ｌａｒｇｅ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ ａｎｔｅｎｎａｓ ｂｅｃａｕｓｅ ｏｆ ｔｈｅｉｒ ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｏｎｅ ｋｉｎｄ ｏｆ ａｕｔｏ－ｆｏｌｄｉｎｇ ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ ａｎｔｅｎｎａ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｅｔ ｕｐ ａｎｄ ｆｏｌｄｅｄ ｑｕｉｃｋｌｙ ｉｎ ｏｒｄｅｒ ｔｏ ｓａｔｉｓｆｙ ｔｈｅ ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ ｏｆ ｈｉｇｈ ｍａｎｅｕｖｅｒａｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｒａｄａｒ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｐａｒａｂｏｌｏｉｄ ａｎｔｅｎｎａ；ａｕｔｏ－ｆｏｌｄｉｎｇ；ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ０ 引 言 信息战是现代战争的主流，作为信息战不可缺少 的雷达，提高其自身生存能力和作战隐蔽性是现代战 争的迫切需要。而提高雷达的机动性是提高雷达生存 能力的有效手段之一。 雷达的机动性主要包括三个方面：一是架设／撤收 时间；二是运输、转移能力；三是雷达对阵地的适应能 力。而影响雷达架撤时间的主要因素是天线的架撤， 天线的快速架撤是雷达机动性研究的重要内容。大型 天线为了便于运输，必须分块、折叠，减少运输单元。 天线的自动折叠将大大减少架撤时间和对人员的要 求。 １ 可折叠天线结构 １．１天线折叠方法 将天线分成三块，两个边块和中块，中块不拆卸， 尺寸为２．３ ｍ，满足运输要求，运输时，保持９０。朝天状 ＋收稿日期：２００５—０７—１３ 态（见图１），天线旁边两边块朝下旋转折叠，以满足公 路运输要求。边块折叠共有三个动作：第一步松开锁 紧装置；第二步边块绕转轴ｌ旋转１８０。（见图２）；第三 步边块绕转轴２内翻７９。（见图３）。天线展开为上述 过程的逆过程。 图１天线分块 １．２天线结构形式 天线反射面采用梅花形冲孔板，不仅可以减少风 阻，而且无须预成型，只须铺贴在筋板上即可。常用背 筋分布方式有两种：一是辐射筋加环向筋；二是井字形 筋。第一种方式可以方便地使用样板测量表面精度， 但由于筋的分布与天线分块形式不吻合，背筋的完整 性差，断点多，影响天线的刚度，装配工作量大。第二 维普资讯
第６期 牛忠文。等：雷达天线座水平误差的一种测量方法 ４１ ３．４在１３５。方向上 ％ ＝（ 争＿ｔｇ－１争） （ｔｇ－＇０丽．８３一 ｔｇ． ）／２．（０．２８８ ２５７）／２－０．０１６。 在４个直线方向上，取水平误差的最大值为： ＝ｍａｘ［ ０， ４５， ９０， ｌ３５］＝ ｍａｘ［０．０１６，０．０２８，０．０３５，０．０１６］＝０．０３５。 通过计算可知，该天气雷达现场安装后水平误差 为０．０３５。 ４ 结束语 雷达天线座的现场安装质量对保障设备正常工作 起着很重要的作用，水平误差直接影响着雷达的标定 精度。分析水平误差的产生，计算水平误差量和规范 水平误差的调整方法，对安装质量的保证和评估有着 积极的作用。 ・＋“＋－＋－＋一＋－＋－－ｔ－－－ｔ－－－－４＂－－ｔ－＋一・・＋－＋－－ｔ－－－ｔ－－－－４＂－－－ｔ－．．—＋． （上接第３０页） ＾ … ・ ， ＾…‘ ‘ ＾， ’ …… ‘∞ …… ～ 一’－￡……’’“……－１ “● 图７天线受力变形图 ３ 天线精度分析 一般天线的放射面误差来自于加工误差和受力变 形，折叠天线还得加上重复定位误差。 天线中块（占整个天线的５２％）加工误差（均方 根，下同）ｏｒ巾＝１ ｍｍ，边块（占整个天线２４％）加工误 差ｏｒ曲＝１．２ ｍｍ。则整个天线加工误差为： ｏｒ加工＝／０．５２ｏ＇￣＋２×０．２４ｏ＇￣：１．１ ｍｍ 天线受力变形误差 变形＝０．８ ｍｍ，边块重复定位 误差ｏｒ定位＝０．５ ｍｍ，则天线总误差为： 实践证明，以上介绍的方法一方面易于测量和调 整的具体操作，另一方面能够保证雷达的设备安装精 度要求。 参考文献： ［１］ 叶尚辉．天线结构设计［Ｍ］．陕西：西安电子科技大学， １９８６． ［２］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００３． ［３］段宝岩．天线结构分析、优化和测量［Ｍ］．陕西：西安电 子科技大学，１９８６． 作者简介：牛忠文（１９６６一），男，硕士研究生，高 级工程师，主要从事气象雷达结构工艺的设计工作； 程海平（１９７９一），男，助理工程师，主要从事气象 雷达结构的设计工作。 ｏｒ＝ ＝１．４５ ｍｍ 满足 ≤１．５ ｍｍ的精度要求。 ４ 结束语 大、中型抛物面天线体积大、曲面深，快速架撤困 难。以上介绍的６．２ ｍ中型天线通过分块、旋转、收拢 实现折叠收藏，而液压系统的应用使天线的架撤实现 了自动化。整个天线的架设和撤收仅需一人操作，在 ８分钟内完成。天线结构简洁，折叠动作流畅，受到用 户的好评。天线结构形式、折叠方式、液压驱动机构、 定位锁紧机构等设计均有独到之处，可供同类天线设 计参考。 参考文献： ｆ １］ 胡长明，罗超人．从结构总体设计角度探讨提高地面雷达机 动性的方法ｌＪ］．电子机械工程，１９９９，１５（５）：１１—１４． ［２］ 叶尚辉，李在贵．天线结构设计［Ｍ］．西安：电子科技大 学出版社，１９８８． 作者简介：马利华（１９７１一），男，湖北天门人，工 程师，主要从事天线结构设计工作； 唐宝富（１９６７一），男，江苏泰州人，高０Ｉ．．ｘ－程师， 主要从事天线微波结构的研究和设计工作。 ．ｊ■■＿●■ ●●■—■＿ｌ＿ 叠■＿■¨ ＝ ～ 维普资讯
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３０ 电子机械工程 第２ｌ卷 图２边块旋转１８ｏ。 图３边块内翻７９。 种方式筋的分布与分块形式吻合，背筋完整性好，外观 整洁，便于分块之间的连接，天线整体刚度较好（见图 ４）。因此，对于分块折叠式抛物面天线，井字形背筋 是比较合适的结构形式。 图４天线结构形式 １．３主面折叠机构 天线主面边块折叠机构是由液压回转缸和收藏缸 组成。液压回转缸的伸缩带动齿条移动，再由齿条带 动转轴ｌ的齿轮转动，从而实现边块绕轴ｌ旋转１８０。。 回转缸的停留可利用极限位置停留，天线工作时，回转 缸处于锁定状态。边块绕转轴２的转动由收藏缸驱 动，油缸有两个工作位置：天线工作位置和收藏位置。 天线边块锁定后，油缸保压。考虑到油缸在工作状态 中承受负载 ，在回油路上设置液控单向阀和平衡阀，在 进油路上设置调速阀以便调整合适的速度。在油缸行 程两端设置接近开关和缓冲器，减少到位冲击。 １．４边块定位和锁紧 为了实现天线边块与中块的连接，消除折叠机构的 间隙和传动误差，保证天线的表面精度，在边块和中块的 结合面上每隔一段距离设置一个定位锁紧装置。定位方 式为锥面定位，锥销安装在天线中块上，在边块上对应位 置开Ｕ型开口槽。当边块绕轴１旋转到位时，锥销进入 Ｕ型槽中，锥销再轴向移动使锥面贴合，实现定位和锁紧。 定位销的动作由液压缸驱动凸轮机构来完成（见图５）。 为了避免边块回转时相互干涉，定位锁定装置分布在不 同的半径上，同时尽可能靠近纵横筋板交叉结点位置，以 便力的传递，提高天线整体刚度。 、 ［＝皓 块＼ ｕ ｌｊ Ｉ —Ｌ 图５定位锁定装置 １．５副面折叠机构 为保证运输不超高，副面必须收藏到主反射面内。 副面折叠采用平行四边形结构，由液压缸驱动（见图 ６）。副面定位精度要求高，所有旋转副的径向、轴向 游隙均需严格控制。副面工作位置由液压销锁紧。 图６副面折叠 ２ 天线力学分析 天线分成一个主块和两个对称的边块，在工作状 态下，两个边块通过锁紧机构与主块连接，反射面为网 板结构，计算时以筋板骨架作为分析对象，反射面板作 为负载。采用有限元法进行计算，单元类型为板单元。 边块与主块的锁紧机构约束了３个移动和两个转动自 由度，所以只释放绕ｙ轴转动自由度，在Ｐａｔｒａｎ中建立 ＲＢＥ２单元来模拟此处连接。计算天线在正常工作 （２５ ｍ／ｓ风速）下的变形。 根据计算结果，天线在工作状态下的受力变形 （均方根）为０．８ ｍｍ。天线变形见图７。 （下转第４１页） 维普资讯
第６期 牛忠文。等：雷达天线座水平误差的一种测量方法 ４１ ３．４在１３５。方向上 ％ ＝（ 争＿ｔｇ－１争） （ｔｇ－＇０丽．８３一 ｔｇ． ）／２．（０．２８８ ２５７）／２－０．０１６。 在４个直线方向上，取水平误差的最大值为： ＝ｍａｘ［ ０， ４５， ９０， ｌ３５］＝ ｍａｘ［０．０１６，０．０２８，０．０３５，０．０１６］＝０．０３５。 通过计算可知，该天气雷达现场安装后水平误差 为０．０３５。 ４ 结束语 雷达天线座的现场安装质量对保障设备正常工作 起着很重要的作用，水平误差直接影响着雷达的标定 精度。分析水平误差的产生，计算水平误差量和规范 水平误差的调整方法，对安装质量的保证和评估有着 积极的作用。 ・＋“＋－＋－＋一＋－＋－－ｔ－－－ｔ－－－－４＂－－ｔ－＋一・・＋－＋－－ｔ－－－ｔ－－－－４＂－－－ｔ－．．—＋． （上接第３０页） ＾ … ・ ， ＾…‘ ‘ ＾， ’ …… ‘∞ …… ～ 一’－￡……’’“……－１ “● 图７天线受力变形图 ３ 天线精度分析 一般天线的放射面误差来自于加工误差和受力变 形，折叠天线还得加上重复定位误差。 天线中块（占整个天线的５２％）加工误差（均方 根，下同）ｏｒ巾＝１ ｍｍ，边块（占整个天线２４％）加工误 差ｏｒ曲＝１．２ ｍｍ。则整个天线加工误差为： ｏｒ加工＝／０．５２ｏ＇￣＋２×０．２４ｏ＇￣：１．１ ｍｍ 天线受力变形误差 变形＝０．８ ｍｍ，边块重复定位 误差ｏｒ定位＝０．５ ｍｍ，则天线总误差为： 实践证明，以上介绍的方法一方面易于测量和调 整的具体操作，另一方面能够保证雷达的设备安装精 度要求。 参考文献： ［１］ 叶尚辉．天线结构设计［Ｍ］．陕西：西安电子科技大学， １９８６． ［２］成大先．机械设计手册［Ｍ］．北京：化学工业出版社， ２００３． ［３］段宝岩．天线结构分析、优化和测量［Ｍ］．陕西：西安电 子科技大学，１９８６． 作者简介：牛忠文（１９６６一），男，硕士研究生，高 级工程师，主要从事气象雷达结构工艺的设计工作； 程海平（１９７９一），男，助理工程师，主要从事气象 雷达结构的设计工作。 ｏｒ＝ ＝１．４５ ｍｍ 满足 ≤１．５ ｍｍ的精度要求。 ４ 结束语 大、中型抛物面天线体积大、曲面深，快速架撤困 难。以上介绍的６．２ ｍ中型天线通过分块、旋转、收拢 实现折叠收藏，而液压系统的应用使天线的架撤实现 了自动化。整个天线的架设和撤收仅需一人操作，在 ８分钟内完成。天线结构简洁，折叠动作流畅，受到用 户的好评。天线结构形式、折叠方式、液压驱动机构、 定位锁紧机构等设计均有独到之处，可供同类天线设 计参考。 参考文献： ｆ １］ 胡长明，罗超人．从结构总体设计角度探讨提高地面雷达机 动性的方法ｌＪ］．电子机械工程，１９９９，１５（５）：１１—１４． ［２］ 叶尚辉，李在贵．天线结构设计［Ｍ］．西安：电子科技大 学出版社，１９８８． 作者简介：马利华（１９７１一），男，湖北天门人，工 程师，主要从事天线结构设计工作； 唐宝富（１９６７一），男，江苏泰州人，高０Ｉ．．ｘ－程师， 主要从事天线微波结构的研究和设计工作。 ．ｊ■■＿●■ ●●■—■＿ｌ＿ 叠■＿■¨ ＝ ～ 维普资讯
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３０ 电子机械工程 第２ｌ卷 图２边块旋转１８ｏ。 图３边块内翻７９。 种方式筋的分布与分块形式吻合，背筋完整性好，外观 整洁，便于分块之间的连接，天线整体刚度较好（见图 ４）。因此，对于分块折叠式抛物面天线，井字形背筋 是比较合适的结构形式。 图４天线结构形式 １．３主面折叠机构 天线主面边块折叠机构是由液压回转缸和收藏缸 组成。液压回转缸的伸缩带动齿条移动，再由齿条带 动转轴ｌ的齿轮转动，从而实现边块绕轴ｌ旋转１８０。。 回转缸的停留可利用极限位置停留，天线工作时，回转 缸处于锁定状态。边块绕转轴２的转动由收藏缸驱 动，油缸有两个工作位置：天线工作位置和收藏位置。 天线边块锁定后，油缸保压。考虑到油缸在工作状态 中承受负载 ，在回油路上设置液控单向阀和平衡阀，在 进油路上设置调速阀以便调整合适的速度。在油缸行 程两端设置接近开关和缓冲器，减少到位冲击。 １．４边块定位和锁紧 为了实现天线边块与中块的连接，消除折叠机构的 间隙和传动误差，保证天线的表面精度，在边块和中块的 结合面上每隔一段距离设置一个定位锁紧装置。定位方 式为锥面定位，锥销安装在天线中块上，在边块上对应位 置开Ｕ型开口槽。当边块绕轴１旋转到位时，锥销进入 Ｕ型槽中，锥销再轴向移动使锥面贴合，实现定位和锁紧。 定位销的动作由液压缸驱动凸轮机构来完成（见图５）。 为了避免边块回转时相互干涉，定位锁定装置分布在不 同的半径上，同时尽可能靠近纵横筋板交叉结点位置，以 便力的传递，提高天线整体刚度。 、 ［＝皓 块＼ ｕ ｌｊ Ｉ —Ｌ 图５定位锁定装置 １．５副面折叠机构 为保证运输不超高，副面必须收藏到主反射面内。 副面折叠采用平行四边形结构，由液压缸驱动（见图 ６）。副面定位精度要求高，所有旋转副的径向、轴向 游隙均需严格控制。副面工作位置由液压销锁紧。 图６副面折叠 ２ 天线力学分析 天线分成一个主块和两个对称的边块，在工作状 态下，两个边块通过锁紧机构与主块连接，反射面为网 板结构，计算时以筋板骨架作为分析对象，反射面板作 为负载。采用有限元法进行计算，单元类型为板单元。 边块与主块的锁紧机构约束了３个移动和两个转动自 由度，所以只释放绕ｙ轴转动自由度，在Ｐａｔｒａｎ中建立 ＲＢＥ２单元来模拟此处连接。计算天线在正常工作 （２５ ｍ／ｓ风速）下的变形。 根据计算结果，天线在工作状态下的受力变形 （均方根）为０．８ ｍｍ。天线变形见图７。 （下转第４１页） 维普资讯