機(jī)載雷達(dá)天線單元耐久試驗(yàn)研究

□王曉紅 □彭 超

中國電子科技集團(tuán)公司 第38研究所 合肥 230088

機(jī)載雷達(dá)天線單元耐久試驗(yàn)研究

□王曉紅 □彭 超

中國電子科技集團(tuán)公司 第38研究所 合肥 230088

機(jī)載雷達(dá)天線單元耐久試驗(yàn)時(shí)間要求為12.5 h，條件苛刻。通過對天線單元樣件開展耐久試驗(yàn)，驗(yàn)證樣件承受耐久試驗(yàn)的能力，然后依據(jù)樣件試驗(yàn)結(jié)果改進(jìn)正樣設(shè)計(jì)，進(jìn)而確保天線單元正樣順利通過耐久試驗(yàn)。實(shí)踐證明，先樣件后正樣的方法合理有效。

雷達(dá)；天線；測試

機(jī)載電子設(shè)備在使用和運(yùn)輸過程中會(huì)受到振動(dòng)和沖擊等復(fù)雜力學(xué)環(huán)境的作用[1]，這種作用常導(dǎo)致電子設(shè)備中元器件焊點(diǎn)斷裂、管腳損壞和緊固件松動(dòng)等故障，會(huì)大大降低機(jī)載電子設(shè)備的可靠性[2]。為了確保機(jī)載電子設(shè)備的安全可靠，要求在產(chǎn)品研制過程中開展各種力學(xué)驗(yàn)證試驗(yàn)，其中就包括耐久試驗(yàn)[3]。耐久試驗(yàn)的量值由設(shè)備生命周期中經(jīng)歷的力學(xué)環(huán)境決定，而具體試驗(yàn)時(shí)間與設(shè)備隨載機(jī)的飛行小時(shí)[4]直接相關(guān)。隨著科技的發(fā)展，載機(jī)服役時(shí)間大大延長，因此對載機(jī)設(shè)備的壽命也提出更高的要求，這就造成了耐久試驗(yàn)時(shí)間延長，條件更為苛刻。在這樣的背景下，如何確保產(chǎn)品順利通過耐久試驗(yàn)，已成為機(jī)載電子設(shè)備研制過程中備受關(guān)注的問題。

某機(jī)載雷達(dá)規(guī)定天線單元需經(jīng)歷X、Y、Z三個(gè)方向的耐久試驗(yàn)考核，振動(dòng)量加速度均方根值為4.87g[5]，每個(gè)方向振動(dòng)時(shí)間為12.5 h。針對如此苛刻的試驗(yàn)條件，筆者對如何開展耐久試驗(yàn)進(jìn)行了研究。采用對天線單元樣件開展耐久試驗(yàn)的試驗(yàn)方案，驗(yàn)證樣件是否能通過耐久試驗(yàn)的考核，并根據(jù)樣件試驗(yàn)結(jié)果，改進(jìn)設(shè)計(jì)，確保天線單元正樣順利通過耐久試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)方案

天線單元為復(fù)雜系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)件、電信件和相關(guān)附件，為節(jié)約時(shí)間與經(jīng)濟(jì)成本，在不影響試驗(yàn)驗(yàn)證效果的前提下，對天線單元進(jìn)行了簡化處理。結(jié)構(gòu)件和一些附件完全采用真實(shí)結(jié)構(gòu)，電信件和另一些相關(guān)附件參照電信件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以真實(shí)件為基礎(chǔ)[6]進(jìn)行簡化模擬，形成模擬件來代替真實(shí)件。天線單元樣件的安裝接口與真實(shí)天線單元完全相同，并且外形、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心位置也基本相同。經(jīng)分析，采用以上模擬件的天線單元樣件與真實(shí)的天線單元振動(dòng)特性基本一致。天線單元樣件主要包括支架、軸承座、端軸和天線陣面等，如圖1所示。

圖1 天線單元樣件示意圖

試驗(yàn)過程中，在天線單元敏感位置布置加速度傳感器[7]，目的有三個(gè)：首先，獲取敏感位置的響應(yīng)數(shù)據(jù)，為安裝于此處的元器件、分機(jī)等的研制提供振動(dòng)設(shè)計(jì)輸入；其次，監(jiān)測敏感點(diǎn)的響應(yīng)，評(píng)估其放大情況，如果出現(xiàn)不合理放大，則需要對相應(yīng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)；最后，監(jiān)測整個(gè)試驗(yàn)過程的響應(yīng)數(shù)據(jù)，可以為判斷樣件狀態(tài)提供依據(jù)，當(dāng)監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，也可作為定位故障位置的依據(jù)。

根據(jù)以上目的，并結(jié)合結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，試驗(yàn)過程中在天線單元的前后軸承座、天線陣面框架、支架及一個(gè)分機(jī)安裝位置布置多個(gè)加速度傳感器。部分測點(diǎn)布置如圖2所示。

圖2 測點(diǎn)布置圖

2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)及分析

天線單元三個(gè)方向的耐久試驗(yàn)共累計(jì)37.5 h，分兩個(gè)階段進(jìn)行，第一階段進(jìn)行了22 h，第二階段進(jìn)行了15.5 h。每個(gè)階段都進(jìn)行了數(shù)據(jù)測試，測試數(shù)據(jù)龐大，筆者挑選典型數(shù)據(jù)進(jìn)行列舉分析，其余不再贅述。

2.1 測試數(shù)據(jù)概況

以第一階段的測試數(shù)據(jù)為樣本，提取各測點(diǎn)測試過程前期、中期和后期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)譜線如圖3所示[8]，具體數(shù)值見表1。圖3中，15 Hz是本次試驗(yàn)的下限頻率，2 000 Hz是本次試驗(yàn)的上限頻率。

表1 測點(diǎn)數(shù)據(jù)

分析各測點(diǎn)的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：首先，各測點(diǎn)在整個(gè)試驗(yàn)過程中測試數(shù)據(jù)前后一致性比較好，譜形相同，均方根值相差不大；其次，各測點(diǎn)的放大倍數(shù)不大，均在可接受范圍內(nèi)；最后，隨著耐久試驗(yàn)的進(jìn)行，各測點(diǎn)的均方根值總體上出現(xiàn)增大的趨勢，說明試驗(yàn)件剛度有弱化現(xiàn)象。

2.2 突變測試數(shù)據(jù)

在耐久試驗(yàn)累計(jì)進(jìn)行了22 h后，發(fā)現(xiàn)各測點(diǎn)的響應(yīng)數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變，具體數(shù)值見表2。馬上停止振動(dòng)，中斷試驗(yàn)。對振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、工裝、天線單元試驗(yàn)件等進(jìn)行全面檢查，尋找數(shù)據(jù)突變的原因。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)激勵(lì)系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、工裝均未出現(xiàn)異常，而天線單元有個(gè)端軸在安裝法蘭盤處出現(xiàn)裂紋。分析認(rèn)為，由于端軸出現(xiàn)裂紋導(dǎo)致振動(dòng)傳遞效率降低，因此測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變。

圖3 測點(diǎn)數(shù)據(jù)譜線

表2 突變前后數(shù)據(jù)

2.3 端軸改進(jìn)后測試數(shù)據(jù)

將改進(jìn)后的端軸裝入天線單元樣件中，繼續(xù)進(jìn)行剩余15.5 h第二階段的耐久試驗(yàn)。各測點(diǎn)測試譜線如圖4所示，具體測試數(shù)值見表3。

圖4 軸端改進(jìn)后測點(diǎn)數(shù)據(jù)譜線

表3 端軸改進(jìn)后測點(diǎn)數(shù)據(jù)

端軸改進(jìn)[9]后，天線單元測試數(shù)據(jù)恢復(fù)正常，從而進(jìn)一步證明端軸裂紋是引起測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變的原因。

完成第二階段15.5 h的耐久試驗(yàn)后，除更換過的端軸，天線單元樣件完成了各方向12.5 h即三個(gè)方向累計(jì)37.5 h的耐久試驗(yàn)。但是，考慮到更換過的端軸從試驗(yàn)中斷點(diǎn)繼續(xù)進(jìn)行的試驗(yàn)不能保證滿足試驗(yàn)要求[10]，因此需繼續(xù)對天線單元樣件進(jìn)行22 h試驗(yàn)，直至更換過的端軸也完成累計(jì)37.5 h的耐久試驗(yàn)考核，試驗(yàn)結(jié)束。

3 結(jié)束語

天線單元樣件順利完成耐久試驗(yàn)。通過此次試驗(yàn)得到以下結(jié)論：第一，振動(dòng)會(huì)引起結(jié)構(gòu)松動(dòng)，特別是長期的振動(dòng)試驗(yàn)，隨著試驗(yàn)的進(jìn)行，剛度弱化比較明顯；第二，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時(shí)預(yù)測了結(jié)構(gòu)故障，避免了更大損失；第三，故障定位準(zhǔn)確，改進(jìn)措施有效；第四，分機(jī)安裝處的振動(dòng)數(shù)據(jù)可為后期分機(jī)的研制提供數(shù)據(jù)支持；第五，依據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)，提高了后期正樣產(chǎn)品的可靠性；第六，天線單元能夠承受耐久試驗(yàn)的考驗(yàn)，并且還具有一定余量。試驗(yàn)達(dá)到了預(yù)期目的，取得了圓滿成功。實(shí)踐證明，此種耐久試驗(yàn)方案合理有效，可以為后期開展類似試驗(yàn)提供參考。

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The required time for durability test of airborne radar antenna unit is 12.5 h,the requirement is harsh.Through the endurance test of the sample piece of antenna element,the ability of the sample piece to withstand the durability test was verified，and then the design of the prototype was improved in reference of the sample test resultsin an attempt to ensure the antenna passing the endurance test.Practice has proved that it is reasonableand effectivetotest thesamplepiecefirst followed by theprototype.

Radar；Antenna；Test

TH123

A

1672-0555（2017）03-048-04

2017年1月

王曉紅（1976—），女，碩士，高級(jí)工程師，主要從事雷達(dá)結(jié)構(gòu)力學(xué)試驗(yàn)和仿真工作

（編輯：小 前）