大型相控陣?yán)走_(dá)安全性設(shè)計(jì)研究*

夏 亮，楊江平，劉澤峰，林 強(qiáng)，楊建廣

（1.空軍預(yù)警學(xué)院，武漢 430019；2.解放軍95333 部隊(duì)，長沙 410000；3.中國電子科技集團(tuán)公司第十四研究所，南京 210000）

0 引言

大型相控陣?yán)走_(dá)是我軍戰(zhàn)略預(yù)警系統(tǒng)中的重要組成部分，擔(dān)負(fù)著守衛(wèi)國家空天安全的重大使命。安全性是武器裝備的一種固有屬性，安全性設(shè)計(jì)是保證裝備滿足規(guī)定的安全性要求最關(guān)鍵和最有效的措施，包括消除和降低危險(xiǎn)的設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)中采用安全和告警裝置等活動(dòng)，通過安全性設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品安全性，確保安全性是武器裝備研制、生產(chǎn)、使用和保障的首要要求［1-5］。

張偉等對(duì)車載雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)研究，以某型岸基車載雷達(dá)為例，系統(tǒng)地介紹了該型車載雷達(dá)機(jī)電控制系統(tǒng)在安全性方面所進(jìn)行的設(shè)計(jì)［6］。譚貴紅等對(duì)大型雷達(dá)結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，以某大型雷達(dá)為例，重點(diǎn)研究了雷達(dá)整機(jī)的抗風(fēng)設(shè)計(jì)、雷達(dá)架設(shè)過程的安全性設(shè)計(jì)、車輛和隨車吊的安全性設(shè)計(jì)和雷達(dá)控制系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)［7］。張根烜等對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)陣面進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)研究，對(duì)大型天線陣面結(jié)構(gòu)研制流程，以及大型鋼結(jié)構(gòu)天線骨架主要設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了闡述，在保證剛強(qiáng)度和精度指標(biāo)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)簡約式造型和全組裝架設(shè)［8］。

以上研究都是從雷達(dá)系統(tǒng)的某個(gè)分系統(tǒng)或某一部分進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)研究，沒有對(duì)整個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)的總體安全性設(shè)計(jì)進(jìn)行研究。本文在以上研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)的總體安全性問題，首先進(jìn)行了FMEA 安全性分析，找出了安全性薄弱環(huán)節(jié)，然后進(jìn)行了針對(duì)性的安全性設(shè)計(jì)，最后提出了具體的安全性改進(jìn)措施。

1 FMEA 安全性分析

進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)之前，首先要對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行安全性分析，找出常見危險(xiǎn)。安全性的方法有很多，F(xiàn)MEA 是分析裝備所有可能的故障模式及其可能產(chǎn)生的影響［9-11］，并按每一個(gè)故障模式產(chǎn)生影響的驗(yàn)證程度及其發(fā)生概率予以分類的一種歸納分析方法，它可以為裝備安全性設(shè)計(jì)的改進(jìn)提供依據(jù)，在進(jìn)行FMEA 安全性分析之前，首先要定義失效影響嚴(yán)酷度類別，如表1 所示。

表1 嚴(yán)酷度類別定義表

FMEA 分析的一般步驟包括系統(tǒng)定義、失效模型分析、失效原因分析、失效影響分析以及制定改進(jìn)措施等幾個(gè)步驟，如圖1 所示。

圖1 FMEA 分析步驟

按照?qǐng)D1 所示的分析步驟，對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)進(jìn)行安全性分析，在進(jìn)行安全性分析之前，首先要了解大型相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)，主要特點(diǎn)有：1）設(shè)備龐大、部（組）件多；2）模塊化、信息化程度高；3）操作和維修人員多、工作量大。

針對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)的特點(diǎn)，從電氣安全、機(jī)械結(jié)構(gòu)、人機(jī)安全這3 個(gè)方面對(duì)其進(jìn)行安全性分析，大型相控陣?yán)走_(dá)面臨的電氣危險(xiǎn)主要有雷擊風(fēng)險(xiǎn)、電磁脈沖威脅、電擊電爆危險(xiǎn)以及裝備意外啟動(dòng)等；機(jī)械結(jié)構(gòu)危險(xiǎn)主要有天線陣面傾覆危險(xiǎn)、雷達(dá)架設(shè)與撤收中的危險(xiǎn)、振動(dòng)危險(xiǎn)以及加速度危險(xiǎn)等；人機(jī)危險(xiǎn)主要包括誤操作危險(xiǎn)、噪聲危險(xiǎn)、高溫危險(xiǎn)以及輻射危險(xiǎn)等，具體的FMEA 安全性分析結(jié)果見下頁表2 所示。

2 安全性設(shè)計(jì)優(yōu)先順序

在安全性設(shè)計(jì)中，為了滿足安全性要求和消除危險(xiǎn)，應(yīng)該采用一定的安全性設(shè)計(jì)優(yōu)先順序［12-13］，如下頁圖2 所示，具體的措施如下所述：

1）最小風(fēng)險(xiǎn)設(shè)計(jì)。首先在設(shè)計(jì)上消除風(fēng)險(xiǎn)，若不能消除已判定的危險(xiǎn)，應(yīng)通過設(shè)計(jì)方案的選擇將其風(fēng)險(xiǎn)減少到可接受的范圍之內(nèi)。

2）采用安全裝置。若不能通過設(shè)計(jì)消除已判定的危險(xiǎn)，則需要采用其他的安全防護(hù)裝置，使風(fēng)險(xiǎn)減少到可接受的安全水平，并定期對(duì)安全裝置作功能檢查。

3）采用報(bào)警裝置。若通過設(shè)計(jì)和安全裝置都不能有效地消除已判定的危險(xiǎn)或滿足安全性要求，則應(yīng)采用報(bào)警裝置來檢測(cè)出危險(xiǎn)狀況，并向有關(guān)人員發(fā)出適當(dāng)?shù)膱?bào)警信號(hào)。報(bào)警信號(hào)應(yīng)明顯，以盡量減少人員對(duì)信號(hào)做出錯(cuò)誤反應(yīng)的可能性。

4）制定專用規(guī)程和進(jìn)行培訓(xùn)。若通過設(shè)計(jì)方案的選擇不能消除危險(xiǎn)，或采用安全裝置及報(bào)警裝置也不能滿足安全性要求，則應(yīng)制定專用的規(guī)程和進(jìn)行培訓(xùn)。對(duì)于I 級(jí)和II 級(jí)危險(xiǎn)，決不能僅僅使用報(bào)警、注意事項(xiàng)或其他形式的提醒作為唯一的減少風(fēng)險(xiǎn)的方法。專用的規(guī)程包括個(gè)人防護(hù)裝置的使用方法。對(duì)于關(guān)鍵的工作，必要時(shí)應(yīng)要求考核人員的熟練程度。

表2 大型相控陣?yán)走_(dá)FMEA 分析結(jié)果

圖2 安全性設(shè)計(jì)措施優(yōu)先順序

3 電氣安全性設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)裝備結(jié)構(gòu)復(fù)雜，電子設(shè)備在其中所占的比例很高，是安全性設(shè)計(jì)的重要環(huán)節(jié)，雷達(dá)裝備電氣安全性設(shè)計(jì)涉及到的主要有電源安全性保護(hù)設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備安全性保護(hù)設(shè)計(jì)，以及接地、搭接和屏蔽的安全性保護(hù)設(shè)計(jì)等［14-18］。大型相控陣?yán)走_(dá)電氣安全性的特點(diǎn)主要是保護(hù)范圍大和需要保護(hù)元器件多，針對(duì)這些特點(diǎn)，采取以下措施進(jìn)行防護(hù)。

3.1 雷達(dá)電源系統(tǒng)安全性保護(hù)設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)電源系統(tǒng)涉及因素多、影響范圍大，如在雷達(dá)陣面的每一層都有配電箱，在每一個(gè)T/R 組件里面都有電源單元。在雷雨天氣，大型相控陣?yán)走_(dá)電源系統(tǒng)都容易遭受雷擊，雷電流和強(qiáng)電磁脈沖往往通過電源線耦合進(jìn)入雷達(dá)設(shè)備內(nèi)部，造成裝備損壞和人員傷亡，針對(duì)這種情況，設(shè)計(jì)了一種多級(jí)電涌保護(hù)器（Surge Protection Device，SPD）保護(hù)加隔離變壓器的防護(hù)方法，可以有效防止電源系統(tǒng)遭受雷擊和電磁脈沖的毀壞。

該設(shè)計(jì)方法的原理是首先通過多級(jí)SPD 防護(hù)釋放絕大多數(shù)的雷電流，降低雷電流的幅值和能量，然后通過隔離變壓器徹底消除雷電流的電磁脈沖能量，達(dá)到防雷和改善電源質(zhì)量的目的。本設(shè)計(jì)已經(jīng)通過仿真測(cè)試和實(shí)際測(cè)試驗(yàn)證，驗(yàn)證證明了該防護(hù)方法的有效性和科學(xué)性，仿真測(cè)試圖如圖3 所示。

圖3 電源綜合防護(hù)系統(tǒng)建模示意圖

圖4 電源綜合防護(hù)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖

本文選取幅值為50 kA，波形為2.6/50 μs 的Heidler 沖擊波電源作為激勵(lì)源進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，如圖4 所示為電源綜合防護(hù)系統(tǒng)仿真結(jié)果圖，從圖中可以看到，經(jīng)過前兩級(jí)SPD 防護(hù)后，A 點(diǎn)的殘壓可以達(dá)到1 400 V；經(jīng)過隔離變壓器防護(hù)后，B 點(diǎn)的殘壓只有30 V；經(jīng)過第3 級(jí)SPD 防護(hù)，達(dá)到C 點(diǎn)時(shí)，殘壓接近于零。仿真結(jié)果表明，綜合防護(hù)系統(tǒng)可以迅速減小雷電流對(duì)于電源系統(tǒng)的浪涌沖擊，限制了雷電流的殘壓，徹底隔離了雷電流的強(qiáng)電磁脈沖能量，保證了后續(xù)雷達(dá)設(shè)備的安全運(yùn)行。

3.2 雷達(dá)天線陣面防電擊安全性保護(hù)設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)天線陣面電源分類較多，有380 V 交流、220 V 交流、32 V 直流等，容易發(fā)生電擊事故，針對(duì)這個(gè)特點(diǎn)，可以采取以下設(shè)計(jì)：

1）天線陣面的每個(gè)結(jié)構(gòu)子陣面均設(shè)立一個(gè)配電箱，配電箱內(nèi)設(shè)置空氣開關(guān)和漏電保護(hù)器，一旦發(fā)生電擊短路時(shí)能夠自動(dòng)斷開，對(duì)陣面和人員起到保護(hù)作用；

2）380 V 電源接線端子與220 V 電源接線端子固定在標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)軌上，并用絕緣殼體進(jìn)行保護(hù)，各種不同的相線間充分考慮電氣元件的電壓沖擊與電流安全余量，提供適當(dāng)?shù)慕^緣系統(tǒng)和安全距離。

3.3 雷達(dá)機(jī)柜防過電壓、過電流安全性保護(hù)設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)的機(jī)柜較多，較大的過電壓和過電流會(huì)對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)的電氣設(shè)備造成損害，可采取以下效措施對(duì)其進(jìn)行過電壓和過電流保護(hù)：

1）采用空氣開關(guān)給雷達(dá)頻率源機(jī)柜配電，當(dāng)過流、短路時(shí)，空氣開關(guān)會(huì)自動(dòng)跳閘；電源模塊均有過流、過壓保護(hù)，面板上有電源指示燈和測(cè)試端子；

2）頻率源機(jī)柜的電源設(shè)計(jì)中強(qiáng)電與弱電盡量分置，強(qiáng)電的接入點(diǎn)有保護(hù)措施，防止操作人員直接接觸到強(qiáng)電接入點(diǎn)等。模塊電路中設(shè)置有過流保護(hù)器，可以防止因?yàn)檫^流導(dǎo)致模塊失效。

3.4 雷達(dá)接收系統(tǒng)接地安全性保護(hù)設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)的每一個(gè)帶電設(shè)備或者機(jī)柜都要進(jìn)行接地保護(hù)設(shè)計(jì)，以大型相控陣?yán)走_(dá)接收系統(tǒng)的接地保護(hù)設(shè)計(jì)為例進(jìn)行介紹，采取的措施主要有：

1）元器件采用標(biāo)準(zhǔn)器件，并進(jìn)行絕緣保護(hù)，各模塊進(jìn)行良好的屏蔽和接地；

2）機(jī)柜、插箱中的電源與地設(shè)計(jì)有匯流條，電源與地匯流條間保證有足夠的間距，防止短路。機(jī)柜、插箱的接線中電源與地線根據(jù)電流的大小選用足夠?qū)捴睆降膶?dǎo)線，電源與地線的導(dǎo)線顏色嚴(yán)格分開；

3）電源線、地線接入?yún)R流條時(shí)使用壓接端子或焊片，保證接觸的穩(wěn)固性，不會(huì)輕易脫落。接到屏蔽層、背板或其他機(jī)械部件的地線不構(gòu)成環(huán)路，從接地端到地的連接線是連續(xù)可靠的，有足夠的載流容量和機(jī)械強(qiáng)度，并且阻抗足夠低，其他無作用的線纜均接地；

4）裝有開關(guān)、測(cè)試孔、指示燈的面板或門與可導(dǎo)電外殼之間的連接電阻小于0.1 Ω，與可導(dǎo)電底板或框架連接的地線足夠牢固，地線與底板間的接觸電阻小于0.002 Ω。

4 結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)的目的是從大型相控陣?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的角度出發(fā)，使雷達(dá)裝備在整個(gè)壽命期內(nèi)，在正常使用、維修、運(yùn)輸以及各種工作環(huán)境甚至故障條件下，防止人員受到傷害或設(shè)備造成損失。對(duì)于大型相控陣?yán)走_(dá)結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)，可以從雷達(dá)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)、雷達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)和雷達(dá)天線陣面安全性設(shè)計(jì)這3個(gè)方面去考慮。

4.1 雷達(dá)冷卻系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)冷卻系統(tǒng)是雷達(dá)的重要組成部分，為雷達(dá)中的電子設(shè)備提供合適的溫度，從而保障雷達(dá)的性能和壽命，對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)可采取以下措施：

1）結(jié)構(gòu)強(qiáng)度安全性設(shè)計(jì)

水路系統(tǒng)已經(jīng)進(jìn)行壓力試驗(yàn)，確保密封，無泄漏；觸摸屏采用加固處理，電控柜內(nèi)的小型元器件均加設(shè)緊固件和防護(hù)擋板；笨重型元器件盡量放置在電控箱的中下部，用直徑Φ6 以上的螺釘固定元器件，并在底板背面并螺帽，加強(qiáng)緊固性；電控箱采用3 mm 厚的鋼板折彎焊接而成，顯著提高了其制作強(qiáng)度。

2）操作維護(hù)安全性設(shè)計(jì)

設(shè)備維護(hù)維修時(shí)，考慮冷卻液的回收和處理；對(duì)二次冷卻設(shè)備內(nèi)部的低溫部分進(jìn)行隔熱處理，防止凝露；采用可靠措施，防止在開機(jī)和停機(jī)時(shí)出現(xiàn)水錘沖擊；水泵、風(fēng)機(jī)等設(shè)備有過流保護(hù)、過熱保護(hù)等裝置，一旦出現(xiàn)故障，自動(dòng)切換到備份設(shè)備，確保雷達(dá)安全工作。

3）防錯(cuò)設(shè)計(jì)

控制柜內(nèi)的所有接線均套有唯一標(biāo)識(shí)號(hào)碼管，不同線路所對(duì)應(yīng)的號(hào)碼編號(hào)不同；控制柜內(nèi)使用了多種重復(fù)元器件，為方便用戶知曉相應(yīng)元器件控制對(duì)象和作用，采用不干膠標(biāo)簽（中文控制功能）和黃色標(biāo)簽（元器件控制代號(hào)），標(biāo)記每個(gè)元器件；采用電源監(jiān)視器監(jiān)控電源的相序，若發(fā)生錯(cuò)相故障，只需對(duì)調(diào)任意兩根相線即可。

4）防碰撞傷害設(shè)計(jì)

對(duì)人員可能接觸的低溫高溫部位、高速旋轉(zhuǎn)部位、高壓部位采取有效的防護(hù)措施并設(shè)置警示標(biāo)示；有邊角和棱角處進(jìn)行倒角處理；正常情況下，電控箱門關(guān)閉操作，所有外露帶電體加裝絕緣保護(hù)措施，避免人員觸碰到箱內(nèi)帶電體。

4.2 雷達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)安全性設(shè)計(jì)

對(duì)于大型相控陣?yán)走_(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)的安全性設(shè)計(jì)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1）防護(hù)與安裝設(shè)計(jì)

當(dāng)安裝、維修、調(diào)整、校準(zhǔn)或其他原因需要鎖定雷達(dá)裝備上的運(yùn)動(dòng)部件時(shí)，應(yīng)設(shè)置可靠的鎖定裝置防止危險(xiǎn)運(yùn)轉(zhuǎn)。例如天線俯仰方向上設(shè)計(jì)有限位銷，同時(shí)銷子上應(yīng)安裝警示標(biāo)牌：“通電前請(qǐng)拔去”；雷達(dá)上的插拔式組件或部件具有導(dǎo)向、鎖緊結(jié)構(gòu)，并采取定位識(shí)別等防差錯(cuò)裝置；雷達(dá)發(fā)射機(jī)冷卻風(fēng)機(jī)具有BIT 功能，當(dāng)發(fā)生致命性故障時(shí)，可以通過發(fā)射機(jī)控保分機(jī)關(guān)閉發(fā)射機(jī)。

2）使用與維護(hù)設(shè)計(jì)

雷達(dá)上的可更換單元是可拆裝和可更換的，并且拆裝時(shí)不損壞周圍部件，不對(duì)人員造成危害；雷達(dá)上的可更換單元從工作位置拆下進(jìn)行維修時(shí)，應(yīng)在平滑的平面上進(jìn)行，且不損壞其零件；在操作人員需接近的金屬制品、機(jī)柜、抽屜和其他結(jié)構(gòu)件上，避免出現(xiàn)銳角、銳邊和凸出物。對(duì)于操作人員經(jīng)常使用的控制臺(tái)之類的設(shè)備外露拐角，設(shè)計(jì)成圓角。

3）連接與固定安全性設(shè)計(jì)

應(yīng)按照安全性要求將大型相控陣?yán)走_(dá)的各部件連接牢固，防止經(jīng)受振動(dòng)或沖擊時(shí)，裝備失去完整性而分離，如將雷達(dá)單元機(jī)箱與雷達(dá)掛架采用前螺栓鎖緊、后定位銷定位的方式進(jìn)行固定連接，保證裝備的安全可靠；大型相控陣?yán)走_(dá)的電氣連接與機(jī)械連接應(yīng)分開設(shè)置，防止相互干擾。

4.3 雷達(dá)天線陣面安全性設(shè)計(jì)

對(duì)于大型相控陣?yán)走_(dá)天線陣面的安全性設(shè)計(jì)，應(yīng)該注意以下幾點(diǎn)：

1）天線陣面應(yīng)該具有良好的抗風(fēng)能力，能在風(fēng)速小于25 m/s（十級(jí)風(fēng)速）的情況下正常工作；因此，雷達(dá)天線陣面在設(shè)計(jì)時(shí)要采用高透風(fēng)率的桁架結(jié)構(gòu)形式，具體結(jié)構(gòu)如圖5 所示；

圖5 天線陣面結(jié)構(gòu)圖

2）天線陣面在應(yīng)急撤收時(shí)操作應(yīng)采取自動(dòng)化操作，為避免誤操作引起安全性事故，可以采用同步多級(jí)全自動(dòng)液壓直推機(jī)構(gòu)進(jìn)行天線陣面的撤收；

3）天線陣面在運(yùn)行過程中要注意方位鎖定的安全性，可以采用機(jī)械自鎖油缸和鎖定插銷油缸的方式改進(jìn)天線方位鎖定的設(shè)計(jì)，提高人員和裝備的安全性。

5 人機(jī)安全性設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)裝備是由人進(jìn)行操作，人本身就是一個(gè)復(fù)雜的模型，易受操作環(huán)境、工作強(qiáng)度的影響，還和自身的能力、情緒、經(jīng)驗(yàn)等很多因素有關(guān)，因此，在進(jìn)行人機(jī)安全性設(shè)計(jì)時(shí)，要降低復(fù)雜度，降低不可預(yù)料因素造成的影響，降低裝備本身對(duì)人員造成的影響，使人員在安全的前提下操作使用裝備，大型相控陣?yán)走_(dá)的人機(jī)安全性設(shè)計(jì)可以從以下幾個(gè)方面來考慮。

5.1 防觸電安全性設(shè)計(jì)

大型相控陣?yán)走_(dá)電氣設(shè)備較多，操作人員和維修人員也較多，在平時(shí)的操作和維修中經(jīng)常接觸帶電設(shè)備，因此，要特別注意防觸電安全性設(shè)計(jì)，防觸電安全性設(shè)計(jì)有以下措施：

1）在人員有可能接觸到的任意兩點(diǎn)之間，不會(huì)產(chǎn)生大于36 V 的交流（有效值）或直流電壓；

2）設(shè)備中所有的外部金屬零件、面板、機(jī)殼和屏蔽層在正常工作期間處于地電位。除同軸電纜外，所有其他電纜和連接線，不依靠屏蔽層作為載流地線。接到屏蔽層、鉸鏈和其他金屬零件上的搭接線，不作為電路中的載流地線；

3）工作電壓超過500 V 的組件或插件，除加防護(hù)罩和在其明顯部位上印出紅底白字的“危險(xiǎn)高壓××V”標(biāo)記外，還應(yīng)加裝連鎖裝置，以保證打開機(jī)箱時(shí)自動(dòng)斷開高壓電源；

4）對(duì)于高壓電路與電容器，斷電后2 s 內(nèi)不能突降到36 V 以下時(shí)，設(shè)有放電裝置。變壓器、連接器及電源插頭等的接線焊點(diǎn)用收縮性套管或灌封絕緣材料加以保護(hù)。

5.2 溫度環(huán)境安全性設(shè)計(jì)

溫度環(huán)境包括高溫和低溫兩種情況，對(duì)其進(jìn)行安全性設(shè)計(jì)時(shí)，常采用以下措施：

1）在炎熱環(huán)境下，盡量將熱源布置在工作方艙外部，使人員遠(yuǎn)離熱源，對(duì)于有大量熱輻射的空間，如雷達(dá)油機(jī)房，可以采用屏蔽輻射的措施；

2）降低環(huán)境濕度，大型相控陣?yán)走_(dá)多安裝于山上，環(huán)境濕度較大，當(dāng)相對(duì)濕度超過50%時(shí)，人體通過蒸發(fā)汗液散熱的功能顯著降低，通過在雷達(dá)工作方艙內(nèi)安裝去濕設(shè)備，可以有效降低環(huán)境濕度；

3）在低溫環(huán)境下，可以利用雷達(dá)裝備工作時(shí)產(chǎn)生的熱輻射進(jìn)行取暖，但是要保持工作方艙內(nèi)空氣流通，防止發(fā)生其他危險(xiǎn)。

5.3 噪聲環(huán)境安全性設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)表明，在噪聲環(huán)境下工作，要比在安靜環(huán)境下工作錯(cuò)誤率高很多，而且長期的噪聲也會(huì)對(duì)人體的聽力造成不可逆損傷，因此，要盡可能降低雷達(dá)工作方艙內(nèi)的噪聲，可以采取以下設(shè)計(jì)措施：

1）降低噪聲聲源，改進(jìn)雷達(dá)設(shè)計(jì)工藝，改善震源，減少摩擦，減少氣流噪聲，設(shè)置消音裝置；

2）控制傳播途徑，將工作區(qū)與生活區(qū)分離開來，利用屏蔽阻止噪聲傳播；

3）個(gè)人防護(hù)措施，必要時(shí)可以佩戴防護(hù)耳罩，實(shí)行輪流工作制，控制噪聲源聲音等。

5.4 輻射環(huán)境安全性設(shè)計(jì)

來自雷達(dá)天線及相關(guān)設(shè)備的射頻輻射是一種潛在危害。射頻輻射不積累，但會(huì)生熱，如果輻射強(qiáng)度足夠高，就會(huì)對(duì)人體組織造成永久損壞。這種危害不是立即顯現(xiàn)的，對(duì)于射頻輻射防護(hù)的安全性設(shè)計(jì)，可以采取以下措施：

1）對(duì)會(huì)產(chǎn)生較大功率輻射的單機(jī)（除天線外），在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)采取電磁屏蔽措施，以防泄漏的電磁能量或射線對(duì)人體構(gòu)成危害；

2）雷達(dá)通電工作時(shí)，設(shè)有輪載保護(hù)措施使高功率微波信號(hào)不能從天線輻射，避免高功率微波信號(hào)對(duì)工作人員的傷害；

3）要告知危害距離內(nèi)的人員，遠(yuǎn)離雷達(dá)輻射場，且不要目視與正在工作的發(fā)射機(jī)相連的發(fā)射天線或組件，禁止人員進(jìn)入可能受到射頻輻射的區(qū)域。

6 安全性與可靠性的關(guān)系

安全性與可靠性既有聯(lián)系，又有區(qū)別。可靠性是指在一定條件下，在某一時(shí)間內(nèi)裝備完成其規(guī)定功能的能力。安全性則是指不能出現(xiàn)導(dǎo)致意外事故的條件或狀態(tài)，而不管其規(guī)定功能是否完成。也就是說可靠性會(huì)考慮所有可能發(fā)生的故障，而安全性則考慮能構(gòu)成威脅的危險(xiǎn)源，包括能造成安全性事故的故障。

通常而言，可靠的系統(tǒng)也是安全的，系統(tǒng)不可靠意味著系統(tǒng)不能執(zhí)行規(guī)定的功能，因此，也就是不安全的。例如，雷達(dá)天線陣面在升降過程中因?yàn)楣收蠈?dǎo)致傾覆，造成裝備損壞和人員傷亡的嚴(yán)重事故。因此，可靠性是安全性的前提和基礎(chǔ)。

但是可靠并不一定就等于安全，例如，大型相控陣?yán)走_(dá)天線陣面大，TR 組件多，探測(cè)能力很強(qiáng)，很可靠，但是由此帶來了更強(qiáng)的射頻輻射，威脅了操作人員的人身安全。由此可見，可靠性僅考慮裝備完成規(guī)定功能的能力，而安全性既要考慮裝備完成規(guī)定功能的能力，還要考慮在執(zhí)行功能的全過程中是否存在危險(xiǎn)因素。

在某些情況下，可靠性與安全性是矛盾的，例如，雷達(dá)的供電系統(tǒng)為了提高可靠性采用冗余設(shè)計(jì)。但是由于冗余，電源系統(tǒng)遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)變大，安全性降低。

對(duì)裝備進(jìn)行可靠性、安全性研究都要基于信息和數(shù)據(jù)，可靠性主要采集故障信息，它可以通過產(chǎn)品試驗(yàn)、實(shí)際使用獲得，還可以通過可靠性摸底試驗(yàn)、可靠性增長試驗(yàn)獲得。安全性主要采集事故信息，由于安全性事故發(fā)生的可能性較小，又不可能像可靠性那樣利用人和裝備來做試驗(yàn)，因此，獲得的數(shù)據(jù)較少。針對(duì)這種情況，我們?cè)谘芯堪踩詥栴}上，可以換一種思路，例如研究電源防雷系統(tǒng)，不是去研究電源是否被雷擊的問題，而是研究在安裝設(shè)計(jì)好的防雷系統(tǒng)后，能否將雷電流降到安全可控水平、能否隔離雷電電磁脈沖的問題，也就是判斷電源防雷系統(tǒng)是否有效，從而推斷電源系統(tǒng)的安全性，即從局部推斷總體。

綜上所述，對(duì)于大型相控陣?yán)走_(dá)這種復(fù)雜裝備，研究人員不僅需要考慮可靠性設(shè)計(jì)的問題，而且還要進(jìn)行安全性分析與設(shè)計(jì)，通過兩者的密切配合，找出系統(tǒng)薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)去消除風(fēng)險(xiǎn)，才能保證整個(gè)系統(tǒng)的安全與可靠。

7 結(jié)論

本文針對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)的安全性設(shè)計(jì)問題，做了以下工作：

1）對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)的安全性進(jìn)行了FMEA分析，找出了裝備的安全性薄弱環(huán)節(jié)，為安全性設(shè)計(jì)奠定了基礎(chǔ)；

2）從電氣安全、結(jié)構(gòu)安全、人機(jī)安全等幾個(gè)方面，重點(diǎn)研究了大型相控陣?yán)走_(dá)安全性設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，并對(duì)其中有關(guān)設(shè)計(jì)進(jìn)行了安全性驗(yàn)證，通過驗(yàn)證，證明了設(shè)計(jì)的科學(xué)性和合理性；

3）從辯證的角度對(duì)裝備安全性與可靠性的關(guān)系進(jìn)行了論述，強(qiáng)調(diào)了兩者缺一不可，在裝備設(shè)計(jì)的過程中應(yīng)相互配合。

本文對(duì)大型相控陣?yán)走_(dá)安全性設(shè)計(jì)的研究結(jié)果亦可為其他裝備提供借鑒。