航管一次雷達反射面天線制造工藝研究*

徐 正

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

航管一次雷達反射面天線制造工藝研究*

徐 正

(南京電子技術(shù)研究所， 江蘇 南京 210039)

文章概述了大口徑高精度遠程航管一次雷達的天線結(jié)構(gòu)特性，論述了雙彎曲反射面天線制造工藝和采取的精度保障措施。針對板焊箱梁拼接結(jié)構(gòu)天線骨架，闡述單塊反射面框架的鉚接工藝和天線骨架的焊裝方法，并介紹了天線的總裝工藝。通過設置合理的精度定位系統(tǒng)，輔以工裝保障措施，再借助電子雙經(jīng)緯儀和數(shù)字攝影測量技術(shù)，使得天線陣面(15 m×7 m)的均方根≤1.5 mm。

雙彎曲反射面天線；制造工藝；精度測量

引 言

遠程航路監(jiān)視一次雷達主要用于航空交通管制系統(tǒng)，它與二次雷達互相補充，共同完成對飛機的監(jiān)視和引導。遠程航管一次雷達的天線系統(tǒng)均采用雙彎曲反射面結(jié)構(gòu)形式，并且具有天線口徑大、精度要求高等特點。

遠程航管一次雷達天線主要由骨架和反射面兩部分構(gòu)成。目前主要有兩種結(jié)構(gòu)形式：

1)天線骨架采用管材焊接成桁架的結(jié)構(gòu)形式，如美國的“雷神”，每塊反射面筋板通過過渡件與骨架連成一體，反射面網(wǎng)覆蓋在反射面筋板上形成陣面。該類型雷達具有天線骨架簡潔明了、制造工藝過程簡單、串行制造流程等特點。

2)天線骨架采用板焊箱梁拼接的結(jié)構(gòu)形式，如法國的THALES，反射面分成多塊，通過調(diào)節(jié)機構(gòu)將各單塊反射面與骨架連接形成陣面。該類型雷達天線骨架剛性強、造型美觀，反射面與骨架能夠并行制造，總裝時通過調(diào)節(jié)機構(gòu)調(diào)整陣面精度，具有陣面精度高、生產(chǎn)周期短、適合批量生產(chǎn)的特點。

下面以某型號航管一次雷達為例，介紹其反射面天線制造工藝[1]。

1 雷達天線結(jié)構(gòu)要求及工藝流程概述

某型號航管一次雷達天線采用箱梁結(jié)構(gòu)形式，反射面口徑寬×高近15 m×7 m，由12塊單塊反射面組成，如圖1所示。各塊反射面通過箱梁骨架上的調(diào)節(jié)機構(gòu)與骨架連接，共同形成雙彎曲反射陣面。其中每塊反射面由縱向筋板、橫向筋板交錯鉚接成框架，上表面鋪設反射面網(wǎng)而成。天線裝配完成后，反射面總均方根要求不大于2 mm。

圖1 某雷達反射面分塊示意圖

天線制造總的工藝流程如圖2所示。

圖2 某雷達天線制造工藝流程圖

2 天線制造工藝

2.1 各單塊反射面成形

2.1.1 筋板的制造工藝

天線反射面筋板分為縱向筋板和橫向筋板，它與反射網(wǎng)接觸的前端面的精度直接影響到天線的精度。因此，筋板前端曲面采用數(shù)控設備加工。對于立體式筋板應注意焊接和機加工工藝的合理安排，以保證前端面的曲面精度。考慮到后期裝配時的工作效率，各條筋板加工時應制作相應的標示。而最重要的工藝措施是，對于后期反射面框架成形時各筋板位置的定位，筋板上必須制作檢測孔和定位標記。

2.1.2 反射面框架鉚接

航管雷達反射面板的形狀和精度是實現(xiàn)性能的關(guān)鍵，而反射面框架的精度是每塊反射面精度的基礎。因此，借助立體臥式鉚接工裝，將橫向筋板、縱向筋板定位固定，再通過角形件鉚接成雙曲面框架，如圖3所示。

圖3 反射面框架示意圖

在框架的鉚接過程中，應注意以下事項：

1)各主筋板利用定位孔在工裝中安裝到位后，輔助筋板按其標號進行預裝，確保正確后再定位、鉚接。

2)橫向筋板長度尺寸應按負公差制作。裝配時，若與主筋干涉，可適當修配輔助筋。

3)合理安排鉚接順序，減少鉚接變形，保證反射面框架的曲面精度。

2.1.3 反射網(wǎng)面的鋪設

雷達天線反射網(wǎng)面采用平板型梅花網(wǎng)，如圖4所示。材料選用鋁板，厚度δ=1.5 mm。在反射面框架鉚接成形后，將梅花網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的反射網(wǎng)面鋪設在框架上，使其與背面的筋板曲面密貼，用氬弧焊點焊牢固，形成雙曲反射面。反射網(wǎng)面鋪設后，點焊的過程中，須防止反射網(wǎng)燒穿。反射網(wǎng)面在鋪設、拼接、點焊時，須保證單塊反射面拼接后整個天線反射面網(wǎng)孔排列整齊、美觀。最后對反射面周邊進行剪裁。

圖4 雷達反射網(wǎng)面

2.1.4 精度保證

為保證一百多平米的雙曲反射面拼裝后均方根達到電訊設計要求，工藝上采取以下措施，逐級分解精度指標：

1)適當提高筋板零件加工精度，保證所有筋板曲面坐標精度，筋板上曲面與定位孔相對尺寸精度需嚴格控制。

2)反射面框架是每塊反射面曲面精度的基礎，其精度直接影響到天線陣面精度。通過設計臥式鉚接工裝，對筋板進行精確定位，提高鉚接后單塊反射面框架的精度。

3)通過均勻施壓，保證反射網(wǎng)面鋪設時與框架自然貼合，確保單塊反射面精度。

2.2 天線骨架焊裝

本雷達天線骨架整體簡約輕巧，造型富有節(jié)奏感，如圖5所示。整個骨架由分塊的骨架單元通過定位銷和底座連接拼裝而成。每個骨架單元均為大型、復雜空間立體框架結(jié)構(gòu)，由厚鋁板焊接成箱梁，再由多個異形箱梁拼焊而成，焊縫最長達5 m。為保證骨架強度，提高防腐性能，每條焊縫均要求滿焊。由此可見，骨架單元精度高，焊接難度大。為此，骨架的焊裝工藝采取了多項控制措施，如零件制造時預留焊接收縮量，長形箱梁焊接前預加反變形措施，箱梁和底座等部整件焊后必須進行熱處理再整體裝焊[2]。針對天線總裝時的裝配和測量基準，必須在中間骨架上根據(jù)天線的空間關(guān)系換算出基準點，并在中間骨架加工時做出這些基準點，以此作為天線總成時所有反射面裝配、測量的空間坐標基準。

圖5 天線骨架示意圖

2.3 天線總裝

2.3.1 天線總裝工藝

天線總裝是完成整個天線制造的最后一步，也是關(guān)鍵的一步。先利用工裝將天線骨架在工作狀態(tài)(立式)下拼裝成形，這樣可以消除由于重力造成骨架沉降對后期裝配的影響；再將反射面分塊吊裝，通過調(diào)整機構(gòu)裝入骨架中；接著利用檢測設備對每塊反射面上的測量標尺在線調(diào)整，確定每塊反射面的空間姿態(tài)，從而形成整體雙曲反射面。由于天線口徑大，天線必須分解成運輸單元前往機場架設，因此在完成天線裝配后，需對其進行拆、裝的重復裝配過程，以驗證天線陣面的復位精度，從而保證天線機場整架后，精度滿足設計要求。

2.3.2 精度保證

天線總裝精度主要通過以下措施保證：

1)通過天線底座上的基準點和公共點轉(zhuǎn)化技術(shù)建立天線理論坐標系，利用電子雙經(jīng)緯儀系統(tǒng)的放樣

功能和反射面上的標尺，對每塊反射面的空間位置進行在線調(diào)整。

2)嚴格控制反射面在線檢測點精度。

3)天線整體拼裝成形后采用數(shù)字攝影測量方法，采集上千點的數(shù)據(jù)，導入專門的曲面天線偏差分析軟件進行最佳擬合計算，天線陣面均方根達到設計要求[3]。

3 結(jié)束語

針對某型號航管一次雷達天線口徑大、精度要求高的特點，在研制過程中，從零件加工到部件焊裝再到天線最后總裝的各個階段，采取適當提高反射面框架筋板加工精度、利用工裝精確定位縱橫向筋板、各單塊反射面拼裝時檢測設備實時監(jiān)控等相應的工藝措施，使各單塊反射面的均方根控制在0.8 mm以下，天線陣面最終的均方根約為1.5 mm，保證了雷達的制造精度。該L波段航管一次雷達的研制成功，為逐步打開遠程空管雷達國產(chǎn)化局面打下了一些技術(shù)基礎。今后在兼顧生產(chǎn)成本的同時，在提高生產(chǎn)效率方面也有可以進一步優(yōu)化的空間。

[1] 平麗浩. 雷達結(jié)構(gòu)與工藝[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2007.

[2] 周萬盛, 姚君山. 鋁及鋁合金的焊接[M]. 北京: 機械工業(yè)出版社, 2006.

[3] 王保豐, 李廣云, 李宗春, 等. 高精度數(shù)字攝影測量技術(shù)在50 m大型天線中的應用[J]. 測繪工程, 2007, 16(1): 42-46.

徐 正(1967-)，男，高級工程師，主要從事工藝總體設計與研究。

Study on Manufacturing Technology for Reflector Antenna of Air Traffic Control Primary Radar

XU Zheng

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology，Nanjing210039,China)

At first, this paper briefly sets forth the structural characteristics of the antenna of a large caliber, high precision, long range, air traffic control primary radar, and then describes the manufacturing technology used on double curvature reflector antenna and the measures adopted for guaranteeing its precision. With focus on the frame of antenna, which has a structure of plate butt welded box longeron, this paper expounds the riveting technological process for frames of monocoque reflector and the welding method employed on the framework of the antenna. This paper also introduces the antenna final assembly technological process. By establishing an appropriate system to allocate all components of antenna at correct position precisely, and with the help of technical equipment, dual electronic theodolite and digital photographic surveying technics, the root-mean-square error of the antenna array (15 m×7 m) is ≤1.5 mm.

double curvature reflector antenna; manufacturing technology; precision measurement

2013-07-05

TN82；TH16

A

1008-5300(2013)05-0050-03