某車載雷達(dá)天線陣面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及仿真分析

摘 要：針對(duì)某車載雷達(dá)的高機(jī)動(dòng)效能的需求，天線陣面采用模塊化和集成化設(shè)計(jì)，為天線陣面的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了一種新的思路。文中建立了天線骨架的有限元模型，針對(duì)工作、運(yùn)輸兩種狀態(tài)進(jìn)行力學(xué)分析，研究結(jié)果表明，天線陣面結(jié)構(gòu)具有較好的剛強(qiáng)度，在各工況下均能滿足電訊提出的精度指標(biāo)要求。

關(guān)鍵詞：模塊化;集成設(shè)計(jì);盲插互連;有限元;剛強(qiáng)度

0引言

天線陣面結(jié)構(gòu)是雷達(dá)結(jié)構(gòu)的核心設(shè)備，其設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是針對(duì)結(jié)構(gòu)總體布局特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)天線陣面各設(shè)備合理布局，并確保天線具有良好的剛強(qiáng)度、環(huán)境適應(yīng)性和維修性。天線陣面通常由天線單元、收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件、液冷管網(wǎng)、為設(shè)備提供安裝空間及承受載荷的天線骨架等組成。其中收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件之間需要實(shí)現(xiàn)快速連接，可以使天線陣面獲得更高的集成度，可以提高陣面空間的利用率，簡(jiǎn)化陣面設(shè)備的維修、更換過(guò)程;同時(shí)各組件采用獨(dú)立的盲配背板，電、液連接器布置在同一塊背板上，可以保證組件與背板的盲插精度，將對(duì)精度有較高要求的盲配連接集中在各組件和獨(dú)立的盲配板上，從而降低對(duì)整個(gè)天線骨架加工精度的要求。液冷管網(wǎng)與天線骨架一體化設(shè)計(jì)，整體焊接后加工成型，保證了位置精度同時(shí)簡(jiǎn)化了陣面裝配過(guò)程。

1天線陣面布局

天線陣面由天線單元、反射板、收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件等設(shè)備組成，天線單元布置在陣面的前部，陣面設(shè)備布置在陣面的后部背箱內(nèi)，天線單元與陣面設(shè)備、各陣面設(shè)備之間通過(guò)盲配板實(shí)現(xiàn)互連，陣面的液冷管網(wǎng)集成在背箱內(nèi)，背箱兩側(cè)分別布置一供、一回兩根液冷管路。盲配板安裝在液冷管網(wǎng)的供、回液管路上，盲配板與管路之間加裝O型密封圈實(shí)現(xiàn)密封。對(duì)收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件等陣面設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)型設(shè)計(jì)，將天線骨架分割成多個(gè)獨(dú)立的艙室，各艙室放置若干個(gè)陣面設(shè)備，艙室側(cè)邊設(shè)有維修門，用于設(shè)備的更換和維修。

收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件等陣面設(shè)備統(tǒng)型設(shè)計(jì)，組件兩側(cè)設(shè)有導(dǎo)軌，前部裝有把手和助推/助拔器實(shí)現(xiàn)組件的快速插拔和固定，電、液連接器布置在組件末端，同時(shí)末端設(shè)有兩個(gè)定位銷，用于組件與盲配背板的盲插定位。

2天線骨架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

根據(jù)天線陣面布局，天線骨架的主體采用框架式結(jié)構(gòu)形式，由5A06鋁板焊接而成，綜合考慮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和承載要求將天線骨架的前部作為承載主體。將天線骨架拆分為前部框架和兩個(gè)背箱共三個(gè)焊接部件，各部件分別焊接完成后再拼焊成型。前部框架作為天線陣面與轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝接口，承載整個(gè)陣面的載荷，為提高框架的剛強(qiáng)度，設(shè)計(jì)時(shí)采用縱橫交錯(cuò)的工字梁拼焊，工字梁由整板加工而成，這樣極大的減少了焊縫長(zhǎng)度，避免了焊接變形過(guò)大等問(wèn)題，提高了框架的剛強(qiáng)度。

背箱作為陣面設(shè)備的主要安裝空間，安裝接口多、加工精度要求高。背箱采用鋁板拼焊，背箱內(nèi)部沿橫向設(shè)有筋板增加結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，背箱兩側(cè)開(kāi)窗，用于安裝可拆卸的維修門和維修蓋板，這樣既保證背箱內(nèi)部的加工可達(dá)性，又保證了內(nèi)部設(shè)備的維修性。液冷管網(wǎng)的供、回液管路布置在背箱的兩側(cè)，既作為設(shè)備的安裝接口，又對(duì)整個(gè)骨架的剛強(qiáng)度起到加強(qiáng)的作用。骨架內(nèi)部導(dǎo)槽等結(jié)構(gòu)件單獨(dú)加工完成后與骨架主體進(jìn)行螺接，縮短了項(xiàng)目的加工周期，節(jié)約成本。

3天線陣面力學(xué)分析

結(jié)構(gòu)力學(xué)剛度設(shè)計(jì)要滿足電性能對(duì)結(jié)構(gòu)剛度設(shè)計(jì)要求，依據(jù)三維模型，建立對(duì)應(yīng)有限元分析模型，其中天線骨架采用殼單元進(jìn)行模擬，天線單元、收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件等陣面設(shè)備采用質(zhì)量單元進(jìn)行等效。約束點(diǎn)位于天線陣面與轉(zhuǎn)臺(tái)的安裝法蘭孔位置。天線骨架采用5A06鋁板焊接而成，材料參數(shù)見(jiàn)表1。

經(jīng)過(guò)計(jì)算，工況1、工況2下天線陣面的法向變形分別為1.81mm、1.39mm，滿足電訊對(duì)陣面精度的要求。

工況3、工況4下天線陣面的最大應(yīng)力分別為46.8MPa、47.0MPa，最大應(yīng)力位于天線陣面與轉(zhuǎn)臺(tái)的法蘭安裝空出。5A06材料的屈服強(qiáng)度為155MPa，安全系數(shù)為1.5是，安全系數(shù)均大于1.2，滿足設(shè)計(jì)要求。

3.2天線陣面運(yùn)輸狀態(tài)力學(xué)分析

雷達(dá)在運(yùn)輸過(guò)程中，天線陣面及骨架還需要保證足夠的剛強(qiáng)度，根據(jù)公路運(yùn)輸情況下的設(shè)計(jì)要求，計(jì)算響應(yīng)結(jié)果可知，天線骨架最大應(yīng)力46.3MPa，位于與轉(zhuǎn)臺(tái)安裝法蘭孔安裝孔附近，安全系數(shù)1.5時(shí)，安全裕度1.23;滿足設(shè)計(jì)要求。

4.結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)某車載雷達(dá)的高機(jī)動(dòng)效能的需求，天線陣面采用模塊化和集成化設(shè)計(jì)，陣面內(nèi)部收發(fā)組件、電源組件、負(fù)載組件等設(shè)備采用統(tǒng)形模塊設(shè)計(jì)，通過(guò)各自獨(dú)立盲配背板實(shí)現(xiàn)電（液）的盲插互連，實(shí)現(xiàn)組件的快速插拔，同時(shí)降低了天線骨架加工精度的要求;液冷管網(wǎng)與天線骨架一體化設(shè)計(jì)，整體焊接后加工成型，保證了位置精度同時(shí)簡(jiǎn)化了陣面裝配過(guò)程。文中針對(duì)天線陣面在工作、運(yùn)輸兩種狀態(tài)進(jìn)行力學(xué)分析，結(jié)果表明天線陣面結(jié)構(gòu)在各工況下均能滿足電訊提出的精度指標(biāo)要求，整體性能較好。

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作者簡(jiǎn)介

楊猛（1991.05—）安徽淮北人，工程師，主要從事雷達(dá)天線陣面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及力學(xué)仿真技術(shù)研究