某雷达高频舱的结构总体设计

高频舱舱段主要包括发射机 、 信号处理机 、 高频接 收、 整机 电源 等 。发 射 机 由前 级放 大 器 、 级 放 大 器 、 末 高压电源 、 固态调制器 、 控保 系统组成 ， 是一个频率高、 功率大 、 高电压 、 发热量大 的分机 ， 且相对于其他分机 来说 ， 它是 一 个 干扰 源 ， 计 时既要 考虑 发 射机 的散 热 设
雷 达结 构 设 计 是 雷 达 研 制 过 程 中 的 一 个 重 要 环
１ 高频舱 总体 设计思路
高 频舱是 雷 达 的一 个 重 要组 成 部 分 ， 整 个 雷 达 是 各系统安装连接的关键部位 。其底端是天线座的安装
节， 它对保证雷达的优良性和可靠性起着重要的作用。 雷达的机动性 、 可靠性、 安全性 、 环境适应性 、 工艺性等 在很大程度上都通过结构设计来实现 ； 雷达的造型、 美 观也取决于结构设计的水平。某雷达高频舱是该雷达 的重要组成部分 ， 是一个非标舱 ， 舱上安装天线及倒竖 机构 ， 重量约 ９５ｔ ． ； 舱内安装设备 ， 重量约 ７ｔ同时高 ； 频舱又兼顾转台的作用 ， 要求可带动天线全方位转动 ， 又要有足够的刚强度承受天线俯仰带来 的巨大力矩 ； 如此重的载重量要求对高频舱 自 重小于 ６ｔ ， 局部设备 处最大变形小于 １ ｍ。所 以， ０ｍ 高频舱的设计 既要保 证内部设备的布局合理、 三心合一 ， 又要保证高频舱具 有很 好 的刚强 度 ， 同时还 要 提 供 内部 设 备 运行 的 良好 环境。需综合考虑高频舱的总体布局 、 结构形式 、 有限 元分析 、 冷却设计 、 电磁防护、 隔振缓冲设计等 ， 以保证 雷达设备的可靠运行。
ｐ ｎ ｉ ｌｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｋ ｙ ｔｃ ｎ ｌｇ ｅ ｆ ｈ ａ ｉ ｔ ｃ ｕ ｅ ｄ ｓ ｎ ｂ ｅ ｃ ｂ ｎ ｓｄ ｓｇ ｈ ｕ ｈｗａ ｓａ ｄ ｍｅｈ－ ｉ ｒ ｃｐ ｅ ｎ ｈ ｅ ｈ ｏ ｏ ｉｓｏ ｅ ｃ ｎ ｓｒ ｔ ｒ ｅ ｉ ｙ ｄ ｓ ｒ ｉ ｇ ｉ ｅ ｉ ｔ ｏ ｇ ｔ ｙ ｎ ｔ ・ ｅ ｔ ｂ ｕ ｇ ｉ ｔ ｎ
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所 以要尽可能保证转动部分风力矩中心、 重心、 转动中 心合 而为一 。 在设计 阶段 ， 各系统设备在不影 响电 将
收稿 日期 ： １ ２ ０—１ —１ ０ １ ９
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产品设计 ・
电 子 机 械 工 程
２ １ 年４月 ０１
气性能的前提下尽可能对称 布局 ， 并结合 现在 的虚拟 数字样机技术 ， 得到各个系统 的理论数据 ， 搭建实体模
Ａ ｓ ａｔＡｍｎ ｅｃａ ｃ ｒｔｓ ｆ ｉ ｆ ａａ ｈ ｅｕｎｙｃｂ ，ｈ ａｅ ｉｒ ｕｅ ｖ ａ ｂｔ ｃ：ｉｉ ａ ｔ ｈｒ ｔ ｓｃ ｏ ａｋ ｄｏ ｒ ｒ ｉ ｆ ｑｅｃ ａｉ ｔ ｓ ｐｒｎ ｏ ｃｄｓ ｅ ｌ ｒ ｇ ｔｈ ａ ｅ ｉ ｎ ｄ ｇ ｒ ｉ ｈ ｎ ｉｐ ｔｄ ｅ ｒ
ｃ 由于 天 线 Ｏ ） 。～９ 。 ０ 的俯 仰 运 动 ， 架 可 以按 ３ 骨
个 产 品最 终是 要经 过批 生产 来 获得 其经 济 价值
的。要能进行批生产 就必须有 良好 的工艺性 ， 即必须 保证产品的高可靠性 、 易维修性和易操作性。这里 的
工艺 性包 括 加 工 工 艺 性 、 配 工 艺 性 与 调 试 工 艺 性 。 装 这就 要 求在 整体 设计 阶段 有 综 合 考 虑 ， 以保 证 上 述 要
骨架 在 设 计 前 期 ， Ｉ ｅｓ软 件 的 有 限 元 前 处 理 模 用 － ａ Ｄ
压部分尽可能做到完全隔离或者屏蔽。为了确保在工 作过程中各设备的正 常工作 ， 在天线舱 内配置 了 ２套
冷却系统 ， 满足整机环境条件要求 。其 中发射速调管 、 馈线等设备采用液体 冷却系统 ， 它电子设备则采用 其 空调冷却系统。根据计算 ， 液体冷却 系统所需要 的冷 却 容量 达 １０ｋ ， １ Ｗ 空调 冷却 容量 达 １ Ｗ。 ６ｋ
ｏｓ ｎｌｚｄａｄｃｍ ｕｅ ｅｋｙｅｈｏｏｉ ｆ ｉ ｅｕｎｙｃ ｉ ｉ ｄｔｌＴ ｉｔｏｇｔａｓ ｎ ｅ ・ ｄ．Ａ ａ ｅ ｎ ｏ ｐｔ ｔ ｅ ｃｎｌ ｅ ｏ ｇ ｆ ｑｅｃ ａ ｎ ｎ ｅ ｉ ｈｓｈｕ ｗｙ ｄｍ ｔ ｙ ｄｈ ｔ ｇ ｓ ｈ ｈｒ ｂ ａ． ｈ ａ ｈ
种工况进行分析 ， 天线刚升起时对骨架的影响最大 ， 此 工况下天线骨架支座受力大小如图 ２和表 １ 所示。模 型的网格和边界条件如图 ３ 所示。
求。对结构总体设计 师 ， 除了要考 虑结构件 的设计工 作外 ， 还要考虑电缆走线 、 水管管路的布局 。对于高频
舱来说 ， 整机布线均在其 内， 各种 电气接 口也在其 内，
Ｋｅ ｒ ｓ ｔ ｅ ｆａ ｗｏ ｋ ｃ ｂ ｎ；ｆ ｉ ｌ ｍｅ ｔ ａｙ ｉ ；ｃ ｏｉ ｇ ｄ ｓｇ ；ｔｓｓｏ ｒ ｓ ｙ ｗｏ ｄ ：ｈ ｒ ｍｅ ｒ ａ ｉ ｉ ｔ ｅｅ ｎ ｌ ｓｓ ｏ ｌ ｅ ｉ ｎ ｅ ｔ ｆｓ ｅ ｓ ｎｅ ｎ ａ ｎ ｔ
引 言
设计 ， 要兼 顾对 其 他 分 机 的 电磁 干 扰 ， 又 将其 高 频 、 高
图 １ 高 频 舱 内 布 局
通过对高频舱总装进行实体 建模 ， 理论计算高频 舱 重 心和 转 台 中心 距离 为 ５ ｍ。最后 通过 实物 验 证 ０ｍ 理论数据基本属实 ， 高频舱转动平稳 ， 启动力矩小。 ２２ 高频 舱 骨架设 计 ． 高频 舱 的骨架 设 计 也 成 了高 频 舱 设 计 的 关 键 件 。
合理和方便的布线 ， 直接影响整机的装配效果 ， 合理的 分布线缆和管路可使整机结构美观 ， 维修方便 。
２ 关 键 件 和 关 键 技 术设 计
２ １ 高频舱总体布局设计 ． 根据高频舱的设计思路和天线位置 、 重量的约束 ， 在发射机布局时将高压电源 、 低压 电源、 速调管集中安 排。由于发射部分设备重 ， 在布局上与天线前后呼应 ， 将发射部分放置在高频舱的后 面， 将馈线网络 、 高频接 收、 波控放置在天线正下方 ， 各个设备左右对称布置。 为了准确 的计算整舱 的重心 ， 采用 三维 实体建模软件 根据最初计算的结果对 骨架进行 了结 构优化 ， 优 化措 施 如下 ：
图 ２ 骨架支座受力示意 图 表 １ 骨架支座受 力表
Ｐｏｅ ｒ 将高频 舱 、 ／ 各个 分 系统进 行 实体建 模 、 心核 重
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３ ・ ４
第２ ７卷第 ２期
赵
静： 某雷达高频舱 的结构 总体设 计
・ 产品设计 ・
次冷却装置及相应管道组成。二次冷却装置安装在天 线舱前部 ， 与舱内设备间隔开， 此装置为整个液体冷却 系统的核心部件 ， 担负着冷却系统 的最终散热作用 。 它 主要 由风冷 散热 器 、 风机 、 水泵 、 水箱 、 滤器 和必要 过 的控制保护系统组成 ， 具体组成框图如图 ５所示。由
摘 要 ： 对 某雷达 高频舱 的结构 特点 ， 针 通过 对其 结 构设 计 思路 和 方 法的 介 绍 ， 阐述 了一 类 高频 舱 在进
行结构总体设计 时应重点考虑的几项关键技术 ， 并对这几项关键技 术进行 了详细分析和计算。作为一
种设计思路和方法 ， 可在类似 高频舱 结构总体设计中参考与借鉴。 关键词 ： 骨架方舱 ； 有限元分析 ； 冷却设计 ； 应力测试 中图分 类号 ：Ｎ ５ 文 献标 识码 ： 文章 编 号 ：０８—５０ （０ １０ ０３ ０ Ｔ ９５ Ａ １０ ３０ ２ １ ）２— ０ ３— ４
载荷到天线座 ， 骨架底座采用辐射梁 的结构形式 ， 骨架 上 下 的立 柱 即可 安装 设 备 ， 可加 强 骨 架 强 度 。 采 用 又
了数 字化 建模 和有 限元 分 析 对 骨 架 进 行 了优 化 分 析 ， 并 通 过力 学测 试对 其 刚强 度进 行 了校核 。 １３ 高频 舱 冷却 设计 ．
型 ， 到理 论 和实 际相一 致 。 做 １２ 高频 舱骨 架设 计 ．
算， 把高频舱 内部设备布局进行多方案 比较 ， 最后适当 调整转台中心 ， 力求将高频舱重心布置在转动中心上。 整体布局如 图 １ 所示 。
如此重载荷的舱体 ， 只有采用骨架舱的结构形式 ，
高频舱骨架用来传递天线阵面的静载、 俯仰载荷 、 风力
１４ 满 足 工艺性 设计 ．
一
块， 对骨架模型进行 了有限元分析 ， 模型全部采用实体 单元进行 网格划分 ， 单元数量共 ６ ８ 个 ， 了提高 ２４ ９ 为 分析的准确度 ， 划分网格 时采用 的是带 中节点 的高精 度等参单元 ； 骨架的边界条件约束包括 ： ａ 骨架底部天线座部分 固支 ； ） ｂ 将设备静载荷加到模型相应的位置上 ； ）
第２ ７卷第 ２期
２１ ０ １年 ４月
电 子 机 械 工 程
Ｅｌｃ ｒ ｅ ｔ ｏ—Ｍ ｅ ｈ ｎ ｃ ｌ ｇ ｎ ｅ ｉ ｇ ｃ ａ ｉａ Ｅｎ ｉ ｅ ｒ ｎ
Ｖ Ｉ２ ． ｏ ２ ｏ． ７ Ｎ ．
Ａ ｒ２ １ ｐ．０ １
某雷达高频舱 的结构总体设计
赵 静
（ 南京电子技术研究所 ， 江苏 南京 ２０ ３ ） １０ ９
１１ 结构 布 局合理 。 证三 心合 一 ． 保
天线舱内部安装 的设备量大 ， 有近 ７ｔ 源自文库设备 ， 同 时其下部需与天线座相连 ， 上部还用作天线阵面的支 撑结构 ， 工作时舱体随天线一起 以 ６ｒｍ转速转动 ， ｐ 该 舱与普通舱体设计具有明显区别 ， 具有天线转 台特点。
Ｄｅ ｉｎ ｏ ｈ ｔｕ ｔ ｅ ｏ ｇ ｅ ｕ ｎ ｙ Ｃａ ｉ ｆａ Ｒａ ａ ｓｇ ｆｔ ｅ Ｓ ｒ ｃｕｒ ｆＨｉ ｈ Ｆｒ ｑ ｅ ｃ ｂ ｎ ｏ ｄ ｒ
ＺＨＡＯ ｉ ｇ Ｊｎ
（ ａｊ ｇＲｓａｃ ｓｔｔｏ ｌ ｔ ｎｃ Ｔｃｎｌ ｙ Ｎ ｎｉ １０ ９ Ｃ ｉ ） Ｎ ｎｎ ｅ ｒ Ｉ ｔｕ ｅ ｒ ｉ ｅｈｏｏ ， ａｊ ｇ２０ ３ ， ｈｎ ｉ ｅ ｈ ｎ ｉ ｅｆＥ ｃｏ ｓ ｇ ｎ ａ
于天线舱 内空间局 限， 总体要求二次冷却装置 内部设 备根据所给的舱内空间位置分散布置 ， 同时兼顾其 内
设备 的安 装 、 维护 。
图 ３ 骨架 网格及 载荷 条件
２ ２ １ 调 整板 厚 ．．
ａ 将 原模 型所 有 ８ｍｍ 的板 改 为 ６ｍｍ； ） ｂ 底 部 平 台框架 四边 铡板 由 ６ｍｍ改 为 ４ｍｍ； ） ｃ 将 原模 型所 有 １ ｍ板 改 为 １ ） ２ｍ ０ｍｍ。
基面， 前上部分是天线阵面的安装面 ， 内部又有发射 、 高频接收等大量设备。设计时不仅要严格按照雷达总 体布局要求满足其结构外形 、 重量要求 ， 还要合理 布 局， 保证高频舱带动天线转动时 ， 整体 的重心要求 ； 并 且要优化分析高频舱骨架 ， 确保高频舱 的刚强度满足 设计要求 ； 考虑 维修性 ， 要求各 系统单元能够快 速更 换， 且能够对现有成熟产品有继承性 ， 提高产品研发进 度。所以在高频舱的总体设计中， 具体总结如下 。