机械可靠性及其在雷达结构设计中的应用

摘要：雷达在航空管制中起着至关重要的作用，其承担着飞行重大的安全责任。因此，雷达的安全性能必须得到一定的保障。可靠性分析就是对雷达出现故障以及失灵等情况的概率进行衡量。在雷达结构设计中引入机械可靠性是非常有必要的。本文首先简单介绍了可靠性的相关概念以及特点；其次，对于可靠性在雷达结构设计中的应用从影响因素、雷达可靠性分析两方面进行了详细的探讨；最后，提出了提高雷达机械可靠性的相关建议。

关键词：机械可靠性；雷达结构设计；应用

产品在原先已经设定好的条件下以及所允许的时间内所完成之前所规定的

功能的特性称为可靠性。这一特性的程度大小主要是利用可靠度R作为衡量指标。产品在其生命周期内所发生故障或者失灵的概率问题是可靠性主要所研究的问题之一。可靠性问题首次是在第二次世界大战时期提出的，当时美国空军由于飞行故障所造成的损失比击落的飞机高1.5以及美军所运输的设备也有一半以上的数量因为质量问题而无法使用或者使用较短一段时间就会失灵，从而大大提高了失效率，在上述情况之下才提出了可靠性。机械设计与传统设计最大的区别在于，机械设计只需要满足可靠性设计，其可靠性设计的目的主要是机械零件需要满足一定程度下的可靠度。其将零件的应力、强度看成是多值的且服从于一定概率分布规律的随机变量。可靠度是能够衡量可靠性程度高低的重要指标之一。在所预定的时间及相应的条件下，所規定的功能所完成的程度的概率大小称为结构的可靠度。

一、可靠性在雷达结构设计中的应用

雷達在航行、飞机起飞以及着落等航空管制中占据着非常重要的作用，雷

达对于飞行安全承担着非常重大的责任。同时，雷达要经受高温、低温、雷雨、气压以及盐雾等非常复杂多变的环境之中，除此之外，雷达还需要24小时持续性的处于工作状态，这就对雷达的可靠性提出了更加苛刻严格的要求。因此，雷达结构设计的过程中，必须考虑到其可靠性。

（一）影响雷达可靠性的主要因素

由于雷达受到材质不同以及制造工艺不同等差别，这些因素会对雷达的性能造成一定的影响。总体来说，雷达的可靠性主要受到环境因素、材质因素以及加工因素三方面的影响。

第一，环境因素主要包括气压大小、机械振动冲击力的大小、风载荷以及加速度等因素的影响。

第二，材料方面的因素主要包括了构成材料的化学元素、雷达成型的技术工艺以及材料强度随质量问题的随机变化程度等。

第三，加工方面的因素主要包括了加工所存在的尺寸误差大小、结构形态、精度大小等对机械结构产生一定变化的影响因素。

所以，针对以上所述的会对雷达在结构设计过程中产生影响的因素，将可靠性设计与雷达结构设计充分结合起来是非常有必要的。

（二）雷达的可靠性分析

在雷达结构设计过程中，对雷达的结构进行可靠性分析主要可以分为以下几方面：第一，对于雷达结构的功能效果以及失灵的几种情况要明确并且进行相应的分析，并且要对雷达工作时所处的环境以及设计变量等也要进行明确的了解。天线骨架、方位大齿轮、设备平台、机箱机柜等是雷达承受载荷的典型结构。失灵的情况随着结构功能的不同而不同。对于天线骨架来说，反射面的精度是最重要的内容之一，所以其主要失灵的情况是出现变形的情况。天线举升机构的主要功能是为了能够将天线举升到一定的高度并且保证其的稳定性，所以强度是其保障之一。雷达电子产品设备的平台和载体是设备平台，变形程度以及强度是其正常工作的保证。雷达结构的可靠性分析的前提基础是设计变量是否合理。各种由于环境原因而引起的随机在和以及材料的尺寸大小和强度大小都是雷达设计过程中的设计变量。

（三）可靠性分析方法的主要原理及步骤

首先，在结构设计过程中，可靠性设计认为零部件上的应力不是一个固定的值，其是一个随机变量。因此其具有离散变量所具有的一切性质。因此，对可靠性分析的时候，主要是采用概率论及数理统计的相关方法进行研究分析。其次，可靠性设计认为零部件存在着发生故障以及失灵情况发生的可能性，即存在一定失效的概率，但是其失效概率必须在允许的范围内。最后，可靠性设计的一般步骤是，第一，要明确了解零部件失效的几种情况以及对于零部件的设计准则要明确；第二，对于零件材料进行选择，并且对其强度分布进行确定；第三，计算零部件所能够承受的应力大小等。

二、提高雷达机械可靠性的相关建议

第一，风载荷是影响雷达工作可靠性的主要因素，由于风载荷的随机宽带激励性质，因此，这就将会造成了升降杆工作应力具有较大范围的波动幅度。同时，环境所带来的影响因素又是无法避免的。因此，为了提高风载荷的可靠度，对于对升降杆的壁厚度以及外直径进行加大加厚的处理方式可以达到这一目的。但是，这样也存在着一定的缺陷，通过这样的操作自然的会造成重量的增加；除此之外，还可以通过地面辅助作用或者钢丝等方式进行加固，从而达到减少顶端位移量的目的，可以起到有效降低工作应力的目的。

第二，通过提高结构零部件的精度以实现提高雷达结构设计可靠性的目的。总体来说，如果管径以及壁厚的精度越高，那么其对于输出设计变量所造成的影响将会越小。所以，通过以实现雷达结构部件的精度再提高到新的标准、对雷达结构件尺寸的离散程度进行有效的降低，这也是达到提高雷达结构可靠性的其中一种有效的方式和方法。

第三，雷达结构可靠性在一定程度上会受到材料的影响。从而，采取一定的方式对材料的力学性能进行一定程度上的提高，可以在一定程度上起到有效降低结构部件失效的概率。

三、结语

在土木工程设计中，结构设计可靠性问题已经受到了广泛的关注并且也对此展开了积极的研究和探讨。雷达处于一个复杂多变以及随机性非常强的一个环境之中。因此，在雷达的生产制造以及使用的过程中，很多随机性非常强的因素会对雷达的工作情况带来一定的影响，从而会对机械结构的可靠性造成影响。因此，在对结构可靠性进行分析的时候，要充分考虑各种因素的失效情况，并且对其开展可靠性计算，从而通过可靠性以实现应的约束以及指导作用。

参考文献：

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作者简介：高汉坤（1984），男，安徽濉溪人，学士，助理工程师，研究方向：雷达机械结构设计。