车载雷达篷布系统设计

车载雷达篷布系统设计

梁晓波

中国电子科技集团公司第38研究所，安徽 合肥，230088

摘要：为了进一步缩短车载雷达架设撤收时间，提升雷达车的生存能力和作战部署能力，本文设计了一套篷布系统，该篷布系统主要由升降机构和篷布骨架组成，重点介绍了升降机构的设计方案，同时校核了该机构在大风载荷下的强度和刚度。该篷布系统已在车载雷达型号中使用，实现了车载雷达的快速篷布架设撤收，大大提高了车载雷达的机动性并能满足铁路运输限制要求。

关键词：雷达车；篷布；机构设计；强度刚度分析

Tarpaulin System Design of Vehicle-borne Radar

LIANG Xiaobo

（NO.38 Institute of the CETC, Hefei, Anhui, 230088）

Abstract: In order to further shorten the erection and withdrawal time and improve the survivability and operational deployment capability of Vehicle-borne Radar, a tarpaulin system is designed and introduced. This tarpaulin system is composed of a lifting mechanism and a skeleton. Design scheme of lifting mechanism was introduced in this article and its strength and stiffness were checked at the same time. This tarpaulin system was used on vehicle-borne radar, the erection and withdrawal time was highly reduced. Mobility of this vehicle-borne radar was improved and railway transportation requirements were satisfied.

Keywords: Vehicle-borne Radar; Tarpaulin; mechanism design; strength and stiffness analysis

1　引言

现代化战争要求作战设备能实现战场的快速转移和部署，雷达作为作战系统中的重要组成部分，也对其机动性提出了越来越高的要求。车载雷达为了不暴露其转移路径，提高战场生存能力，通常会对其进行伪装，而篷布能适应不同区域环境，也具备保护雷达设备的功能，因此得到了大量的应用[1]。但是一般的篷布采用手动铺盖方式覆盖在雷达车上，这种方式对于大型车载雷达来说，常需要部分操作人员站在雷达设备顶部配合完成。因此会导致车载雷达架设撤收时间长、操作人员多、难度大且存在一定的操作风险，影响了车载雷达的机动性能，不符合现代化战争发展趋势。

针对上述问题，本文基于车载雷达结构特征，设计了一套能实现篷布快速架设撤收的升降机构，并以铁路运输基本轮廓为限制，完成了相应的篷布骨架的设计。通过升降机构和篷布骨架配合工作，有效解决了大型车载雷达篷布的架设撤收问题，显著提高了的其机动性能。

2　需求分析

通过需求捕捉分析，本文设计的篷布系统需满足以下指标要求：

（1）篷布机构升降时间≤35s，篷布骨架展开时间≤60s；

（2）覆盖了篷布的车载雷达应能满足铁路运输包络要求；

（3）2人操作可完成篷布系统的架设和撤收；

（4）篷布系统总重量≤650kg。

3　篷布系统结构设计

篷布系统主要包括篷布升降机构和篷布骨架，升降机构通过4个液压油缸分步工作将篷布骨架（包括柔性的篷布）举升上车或下车落地。篷布骨架设计成典型的剪刀叉结构，能实现整体结构较大的压缩比，在机构与车平台对接完成后可拉伸展开并覆盖整车。

图1 篷布系统工作状态图

3.1　升降机构和骨架设计

3.1.1　升降机构及其工作原理

升降机构主要通过液压油缸将机构连带篷布骨架进行升降，并能在机构和车平台对接完成后，再通过液压油缸将机构上端托架和篷布脱开。见下图2，支座1焊接在车体尾端，篷布放置于机构上端的托架上。通过油缸AB伸缩可将右侧机构连同骨架进行升降，通过油缸CD伸缩可将上端托架和骨架分离。EFCG组成典型的四连杆机构，上端托架为剪刀叉机构，两套机构实现了篷布上下车。

图2 机构二维模型

图3机构三维模型

雷达车在工作时，机构处于下降状态，下端油缸1伸长至行程X，上端油缸缩回至行程Y，剪刀叉机构下降（图a）。当雷达车需要撤收时，上端油缸伸长至Y1，剪刀叉机构上升，下端油缸再开始缩回，随着下端油缸的缩回，整个机构和骨架随之举起（图b），行程缩短至X1时，篷布举升到位并完成和车平台的对接锁定（图c），最后上端油缸缩短至Y，剪刀叉机构下降，完成机构和篷布骨架的脱离（图d）。至此完成篷布上车，而篷布下车为相反的步骤。

图4 升降机构不同工作状态示意图

3.1.2　骨架设计

篷布骨架设计为典型的剪刀叉结构，能实现纵向较大的压缩比，这种骨架易于扩展，能适用于任意长度的平台。

图5 骨架三维模型

为满足车载雷达的铁路运输界限要求，本文通过设计了和铁路界限轮廓[2]相吻合的骨架顶部形状，有效降低了骨架顶部的宽度，使得覆盖了篷布的车载雷达能满足铁路运输界限要求。

3.1.3　伺服控制逻辑

上述动作均通过伺服控制完成，在伺服操作界面上设计了“一键上车”和“一键下车”按钮，通过下图中的伺服控制逻辑完成篷布的上车和下车。机构上相应位置设置了“篷布落地到位”、“篷布上车到位”、“剪刀叉上升到位”和“剪刀叉下降到位”4处接近开关，用于判断系统当前状态。

图6伺服逻辑图

3.2　强度和刚度计算分析

雷达车在进行撤收时，机构将重达410kg的篷布骨架和篷布抬起1.8m并完成与车平台的对接。在此过程中需要满足25m/s风速下结构的强度要求；在篷布骨架的插销与车平台的孔对接前，在重力和风载作用下的径向变形不能大于销和孔的半径差，否则将导致篷布骨架无法与车平台对接，影响雷达车的正常撤收。

3.2.1　风载荷计算

参考《起重机设计规范》[3]，计算风压与阵风风速有关，按下式计算：

                              （1）

式中：P—计算风压，单位（N·m2）；Vs—计算风速，单位（m/s），工作状态的阵风风速取平均风速的1.5倍。

当风向与构件表面垂直时，沿此风向的风载荷按下式计算：

                                （2）

式中：C—风力系数，取值1.7；P—计算风压；A—构件垂直于风向的迎风面积。

3.2.2　强度分析计算

升降机构从地上举升至对接状态过程中，主要承受了篷布系统的重力和风载。本文中机构的质量为220kg，材料采用Q345，材料属性见下表[4]。计算时选取了3个状态，分析升降机构在举升过程中的强度能否满足要求。

表1 材料属性

状态1：升降机构刚脱离地面，风速25m/s。

图7 状态1的应力云图

状态2：升降机构举升角度45°，风速25m/s。

图8 状态2的应力云图

状态3：升降机构举升角度89°，风速25m/s。

图9 状态3的应力云图

通过上述应力分析云图可知，篷布机构最大应力值均低于190MPa，Q345的许用应力227MPa（考虑1.5倍安全系数），可知最大应力值小于许用应力，表明升降机构在上述3种状态下强度安全，设计满足强度要求。

3.2.3　刚度分析计算

篷布系统在机构举升至89°时，骨架下端两侧的锥形插销即将插入车平台的导轨孔中。受风载和重力作用，如果骨架的锥形插销在Y和Z向位移过大将导致插销不能顺利插入导轨孔从而影响雷达车的撤收。因此本节分析了机构举升到89°时，锥形插销相对导轨孔的位移量。

由下图可知，当骨架锥形插销的Y向和Z向位移满足下式时，篷布和车平台可顺利对接。

                         （3）

图10 插销与孔配合示意图

图11 机构Y向和Z向位移云图

从上图可知，升降机构在Y向最大位移4.3mm，Z向最大位移-2.02mm，均位于升降机构上端的托架处。由于篷布骨架在举升过程中仅受自重和风载作用，自身变形可忽略不计，因此可将托架上端单元节点的位移数值近似为篷布骨架的锥形插销处的位移。计算可知，骨架锥形插销位移数值满足上式。分析认为篷布系统在25m/s风速下，机构的刚度满足使用要求。

4　结论

本文设计了一种适用于车载雷达的篷布系统，其中升降机构采用2类油缸分步动作将篷布举升与车平台对接，可实现雷达车的快速撤收。针对车载雷达篷布体积、面积和重量大的问题，文中分析了机构结构的强度和刚度，计算表明设计方案均能满足使用要求。本文论述的篷布系统对类似结构的车载雷达篷布系统设计具有一定的参考价值。

参考文献：

[1] 肖冰，李军念，陈秦，等. 国外军用伪装网技术的现状及发展趋势[J]，四川兵工学报，2003，24（5）：64-66.

[2] 国防科学技术委员会. 运输装载尺寸与重量限值：GJB 2948-97. 中华人民共和国国家军用标准，1997-12.

[3] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局. 起重机设计规范：GB/T 3811-2008[S].北京：中国国家标准化管理委员会，2008.

[4] 刘洪文. 材料力学[M]. 上海：高等教育出版社，2001：58.

作者：梁晓波（1992-），男，硕士，工程师，主要从事雷达总体结构设计研究。 E-mail: 892275741@qq.com

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