新型多功能機載雷達發(fā)射機模塊化結(jié)構介紹*

朱 俊，敬 敏

(南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039)

新型多功能機載雷達發(fā)射機模塊化結(jié)構介紹*

朱 俊，敬 敏

(南京電子技術研究所， 江蘇 南京 210039)

目前機載火控雷達對發(fā)射機的結(jié)構設計要求越來越高，在發(fā)射功率加倍、功能更復雜的情況下對發(fā)射機的體積、重量、抗振性、散熱和維護等均提出了更嚴格的要求，這就需要對機載火控雷達發(fā)射機的結(jié)構進行創(chuàng)新性研究。本文針對上述要求詳細論述了雙行波管、多功能、高集成度發(fā)射機的主體框架結(jié)構設計、安裝形式，介紹了發(fā)射機內(nèi)部組件的模塊化分類，著重討論了外部插拔式的模塊化組件的結(jié)構及安裝形式。該發(fā)射機的結(jié)構設計滿足現(xiàn)代機載火控雷達對發(fā)射機在功能性、維護性、體積及重量等方面的嚴格要求，同時該發(fā)射機經(jīng)過充分的可靠性試驗證明其結(jié)構設計具有良好的穩(wěn)定性和可維護性，適用范圍廣。

模塊化；結(jié)構設計；發(fā)射機；機載雷達

引 言

國內(nèi)從20世紀70年代以來自行研制了多種機載火控雷達，其中多部已經(jīng)定型并裝備部隊。幾十年的研制積累了大量機載雷達結(jié)構設計經(jīng)驗，特別是機載雷達的結(jié)構設計難點——發(fā)射機的設計，通過大量的工程實驗，機載雷達發(fā)射機的結(jié)構設計日趨成熟。近年來隨著新型輕型殲擊機的研制成功，對機載雷達有了全新的要求。已有的機載雷達由于體積、重量、功率、維護等技術指標難以滿足要求，市場前景也不容樂觀[1]。目前我國裝備的機載雷達發(fā)射機與國外同類產(chǎn)品相比，在發(fā)射功率相同的情況下，體積大50%，重量重40%，并且國外發(fā)射機的數(shù)據(jù)采集量比我國的大1倍。因此急需研制一種全新的機載多功能火控雷達，特別是在發(fā)射功率加倍的情況下，發(fā)射機體積要縮小30%，重量要減小28%，外場維護時間要減少50%，這對發(fā)射機的整體結(jié)構設計提出了以往所沒有的難度要求。

本文研究的機載火控雷達發(fā)射機采用了雙行波管、模塊化、多通道冷卻等不同于以往行波管發(fā)射機的結(jié)構形式。把以往雷達中的主發(fā)射、指令發(fā)射、陣面電源3個分機集中設計安裝在一臺發(fā)射分機中。這對發(fā)射機的結(jié)構系統(tǒng)設計、抗振、散熱、電磁兼容、可靠性、維護性等提出了很高的要求[2]，因此對該發(fā)射機整體結(jié)構及模塊結(jié)構設計的研究具有重要意義。

1 設計要求

雖然該發(fā)射機集成了以往的3個分機，但是為了大幅度提高雷達各項性能指標，雷達整機對發(fā)射機的體積、重量、可維護性都提出了很高的要求。主要指標為：

1)安裝在飛機前部；

2)外形≤503 mm × 300 mm × 224 mm(長 × 寬 × 高，不包含接插件等)；

3)重量≤44 kg；

4)與雷達框架剛性連接；

5)冷卻方式為強迫風冷，25℃風溫時，風量≤170 kg/h；

6)單元熱耗≤1.8 kW；

7)主發(fā)射、陣面電源、指令電源都能在惡劣環(huán)境中連續(xù)工作。

為了滿足雷達的各項指標要求，該發(fā)射機結(jié)構系統(tǒng)設計的指導思想是采用全模塊化組件模式，發(fā)射機在保證滿足體積重量及電訊指標要求的前提下盡量提高可靠性，降低發(fā)射機和組件的外場維護難度，減少組件的維護更換時間，這就對發(fā)射機系統(tǒng)的主體結(jié)構、組件結(jié)構、散熱、絕緣等提出了特殊的要求。

2 發(fā)射機的組成及結(jié)構布局

2.1 發(fā)射機的組成

本文研究的機載火控雷達發(fā)射機的主要組件包括：配電器，逆變器，主發(fā)射高壓電源，燈絲調(diào)制電源，控制保護，指令發(fā)射電源，陣面電源，主發(fā)射行波管，指令發(fā)射機行波管，機殼和風冷組件。

2.2 發(fā)射機的結(jié)構布局

以往采用模塊化組件結(jié)構的機載火控雷達發(fā)射機由于功能相對單一，一般把發(fā)射機內(nèi)電路設計成3～4個模塊化組件安裝在發(fā)射機內(nèi)部，外部看不到內(nèi)部的組件。本文研究的發(fā)射機由于功能的多樣性、復雜性，在電路設計時必然使各組件內(nèi)部較以往更加復雜，而且組件的數(shù)量也大大增加。因此，在發(fā)射機系統(tǒng)結(jié)構設計時就要進一步考慮發(fā)射機及組件的可靠性和可維護性，簡化組件的安裝、更換，減少發(fā)射機的整機調(diào)試步驟和時間。

在結(jié)構設計時首先把發(fā)射機分為主體框架和組件兩大部分。主體框架主要負責承受發(fā)射機的重量、設置發(fā)射機與雷達框架的結(jié)構安裝接口和發(fā)射機的主冷卻通道進出風口，并且設計有安裝組件的結(jié)構及電路接口。自制的組件主要通過插拔方式從發(fā)射機前部裝入，通過螺栓、鎖緊機構及插座與框架緊固。發(fā)射機的兩個行波管從框架上部裝入，輸出波導從發(fā)射機上部導出，折彎后延上蓋板平行輸出與雷達饋線波導連接。發(fā)射機整體結(jié)構布局見圖1。

圖1 發(fā)射機整體結(jié)構布局示意圖

2.3 發(fā)射機的主體結(jié)構

本發(fā)射機功能復雜、組件較多，在主體結(jié)構設計時必須首先滿足發(fā)射機與雷達框架的安裝結(jié)構及使用環(huán)境的強度要求。再次考慮到組件的模塊化結(jié)構安裝、維護、振動、外部的進風及內(nèi)部組件的散熱，同時又要滿足發(fā)射機重量、體積等指標，因此其主體結(jié)構設計時外部采用了輕量化拼裝結(jié)構，同時內(nèi)部又設計有一體化的用于承重及集中散熱的風冷板。發(fā)射機的主體結(jié)構框架主要由底座、側(cè)板、上板、冷板及轉(zhuǎn)接背板等組成。

發(fā)射機與雷達安裝架的連接，首先通過發(fā)射機后部的兩個襯套孔插入雷達安裝架上對應的導銷定位，然后通過前部的3個M8螺栓緊固。因此在發(fā)射機結(jié)構設計時把螺栓和襯套孔都統(tǒng)一設計在一個底座上，有利于提高螺栓間、襯套間及螺栓與襯套間的加工尺寸精度，同時又能減少與雷達安裝架間的安裝偏差。為了承受發(fā)射機的重量并滿足大振動量級的環(huán)境要求，底座采用了高強度防銹鋁鍛造加工成型，并且設計有便于組件安裝固定的導槽和緊固件。

發(fā)射機底座上部的結(jié)構件主要通過兩側(cè)的側(cè)板和中間的加強框架采用緊固件連接。側(cè)板上部和后部都裝有蓋板。上蓋板分為前后兩部分，能單獨拆卸便于上部器件的拆裝。前部蓋板又兼顧設計有安裝模塊的倒槽，后部蓋板又具有加強發(fā)射機主體框架剛強度的作用。發(fā)射機后下部安裝有焊接了盲插插座的印制背板和結(jié)構剛度加強板，便于模塊從發(fā)射機前部插拔安裝，同時印制背板又與底座和冷板連接起到一定的加強框架剛度的作用。發(fā)射機主體結(jié)構框架見圖2。

圖2 發(fā)射機主體結(jié)構框架示意圖

2.4 發(fā)射機的主冷板結(jié)構

發(fā)射機主冷板主要用于兩個行波管的安裝、冷卻以及組件的輔助風冷通道。冷卻風從冷板后部的圓形進風口導入，70%的風量供兩個行波管冷卻，從冷板右側(cè)面導出，同時冷板的前側(cè)還設計有3個圓形小型出風口以供不同的組件散熱。

該冷板同時又作為發(fā)射機內(nèi)部的中層支架連接側(cè)板、后板等結(jié)構件，因此必須有一定的強度和剛度。在設計上該冷板底座采用了可焊接高強度鋁合金，并且內(nèi)部設計了加強結(jié)構，在經(jīng)過與翅片及導熱上蓋焊接后，又對材料進行了強化處理，在保證其冷卻散熱作用的同時又能滿足在強振動下上部安裝的行波管和發(fā)射機的抗振性。主冷板結(jié)構見圖3。

圖3 主冷板結(jié)構示意圖

3 組件的結(jié)構形式

3.1 組件的分類

由于本文研制的發(fā)射機集成了以往雷達的3個主要分機，因此發(fā)射機內(nèi)部模塊功能復雜，集成度高。在模塊結(jié)構設計時，主要按功能分為7個模塊。同時在結(jié)構設計時也按電壓高低、熱耗高低等幾個方面進行了模塊內(nèi)部小組件的分類組合。

按電壓高低分，高電壓模塊包括高壓電源模塊、燈絲調(diào)制模塊、指令電源模塊；低電壓模塊包括配電模塊、逆變模塊、控保前級模塊、陣面電源模塊。

按熱耗高低分，高熱耗模塊包括高壓電源模塊、燈絲調(diào)制模塊、指令電源模塊、逆變模塊；低熱耗模塊包括配電模塊、控保前級模塊、陣面電源模塊。

3.2 組件的主要結(jié)構形式

該發(fā)射機在結(jié)構整體設計時，特別考慮了組件的可維護性、安裝便利性，發(fā)射機和組件的可靠性、調(diào)試便利性，因此在設計組件主體安裝結(jié)構時考慮采用獨立的L形金屬外殼封裝模塊，可以單獨組裝、調(diào)試，并且組件具有一定的插拔功能。由于組件內(nèi)部既有低電壓器件也有高電壓器件，因此為了便于更換和減少電纜數(shù)量，各組件間的電連接分別采用定制的矩形低電壓連接器和圓形高電壓連接器。整個模塊裝入發(fā)射機后通過上下兩個鎖緊裝置與發(fā)射機機架內(nèi)導槽鎖緊，前部有螺套與機架緊固。矩形電連接器采用鋼材外殼和帶雙導銷的盲插結(jié)構，其插頭裝在模塊尾部，可以直接與裝在發(fā)射機內(nèi)部的走線背板上的插座插拔式連接。這種插座結(jié)構形式既能定位，又對整個模塊起到一定的輔助固定效果，在振動狀態(tài)下能減小模塊的振動響應。普通模塊結(jié)構見圖4。

圖4 普通模塊結(jié)構示意圖

3.3 特殊組件的結(jié)構

由于行波管發(fā)射機的特殊電訊原理，在該發(fā)射機的組件中存在集中了高電壓、高熱耗又較重的特殊組件[3]。而該組件還必須滿足整機苛刻的溫度、高度環(huán)境條件。因此該組件結(jié)構設計時除了采用L型插拔形式的外體結(jié)構外，模塊還采用了全密封的結(jié)構形式以保證高電壓器件在高空低氣壓下的可靠性。針對發(fā)射機熱耗高的特點還在模塊上設計了一體化的散熱冷板結(jié)構，使主冷板分配出部分冷卻風來單獨給該模塊散熱。同時相較于其他模塊，增加了固定螺釘?shù)臄?shù)量以提高其抗振性能。特殊組件結(jié)構見圖5。

圖5 特殊組件結(jié)構示意圖

4 結(jié)束語

文中介紹了一種新型雙行波管、多功能、高低電壓混合組件的模塊化、一體化機載發(fā)射機結(jié)構形式。該發(fā)射機結(jié)構尺寸、重量已接近國外最新同類型機載雷達發(fā)射機。該種結(jié)構形式有利于組件的大批量生產(chǎn)、調(diào)試和組件的互換性，大大減少了外場維護更換時間，適應范圍廣，可以延伸到使用電子管發(fā)射機的其他平臺。

由于機載環(huán)境惡劣，同時組件的組裝密度高，因此在提高整個發(fā)射機及內(nèi)部組件的可靠性方面還有待進一步完善。

[1] 李宜鈞. 重量優(yōu)化設計方法及其在雷達結(jié)構設計中的應用[J]. 火控雷達技術, 1996(3): 10-17.

[2] 王成亮. 無人機載雷達發(fā)射機結(jié)構設計[J]. 電子機械工程, 2011, 27(3): 34-36, 46.

[3] 肖竑. 機載行波管發(fā)射機高密度高壓電源結(jié)構設計[J]. 現(xiàn)代雷達, 2008, 30(11): 100-102.

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[5] 李康, 邵奎武, 王恒海, 等. 小型化機載指令發(fā)射機的結(jié)構設計[J]. 電子機械工程, 2012, 28(3): 20-23, 35.

Modular Structure of New Multifunctional Airborne Radar Transmitter

ZHU Jun，JING Min

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The structure design of airborne fire control radar has more and more high requirements. Under the situations of doubled transmitter power and more complex function, the volume, weight, vibration resistance, heat dissipation and maintenance of the transmitter are of more strict requirements. This requires innovative structure research for airborne fire control radar transmitter. According to the requirements above mentioned, this paper discusses the main body framework structure design and the installation form of the double TWT, multi-function, high integration level transmitter in detail, introduces the modular classification of the transmitter internal components, emphatically discusses the structure and the installation form of the modular components with external plug type. The structure design of the transmitter satisfies the strict requirements of modern airborne fire control radar transmitter on functionality, maintainability, volume, weight and so on. At the same time, the reliability of the transmitter is sufficiently tested and the results indicate that the structure design has good stability and maintainability, and wide applicable scope.

modular; structure design; transmitter; airborne radar

2014-07-07

TN957.3

A

1008-5300(2014)06-0030-04

朱俊(1976-)，男，高級工程師，主要從事雷達發(fā)射機結(jié)構方面的研究工作。