某无人值守雷达天线座改进设计

2018-05-09何文杰张腊梅

无线互联科技 2018年9期

何文杰，张腊梅

（中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽合肥 230088）

随着国家综合实力的提升，保障我国领土、领海和领空安全的需求日益重要。故探测敌对势力和恐怖组织的袭击，保护国民安全和领土安全的职责越发重要。三坐标目标指示雷达具有全天候快速探测和定位功能，具有较高的探测精度。为了边疆、高原、极寒等恶劣环境下的空间监视，在无人值守条件下，雷达长时间无故障工作对整个雷达系统的可靠性提出了更高的要求。

本文研究的天线座是三坐标目标指示雷达实现长时间无人值守功能的基础所在，通过对天线座驱动结构和测角装置等关键部件冗余设计、传动系统浸油润滑及状态监测装置等一系列设计来满足无人值守天线的长时间运转。

1 天线座结构设计

天线座包括转盘、底座、回转支承、驱动系统、旋转组合和方位编码器等单元[1-2]。天线座是为天线组合提供旋转动力，使天线波束沿顺时针进行方位扫描[3-4]。天线座在原有基础上进行改进设计，更改的原则是尽量在原有的设计基础上改进，提高系统可靠性，延长维护周期。

改进设计主要包括驱动机构和方位编码器采用双套冗余的结构，将单驱动电机、单控制单元改为双驱动电机和双控制单元，并保证单电机工作能驱动天线正常转动。同时为缩短维护周期，提高系统可靠性，驱动系统采用浸油润滑代替传统的脂润滑。

2 热冗余设计

2.1 双电机设计

原转台系统采用单套驱动机构，如图1（a）所示，驱动机构选用SEW伺服减速电机，额定功率7.5 kW。安装方式为侧面法兰螺栓固连，回转支撑外齿与减速电机输出端小齿轮啮合处为脂润滑。为了增加整个雷达系统运转的可靠性，在改进方案中，天线座采用了两套驱动机构，结构如图1（b）所示，单个减速电机的额定功率仍为7.5 kW，安装方式为轴向端面安装。雷达正常开机条件下，单个电机工作，当检测到电机状态，如电流突变时，切掉此电机电源，快速启动另一电机开始工作，通过此操作来达到天线正常工作的目的。

为了能够更好地切换两个电机的工作状态，在驱动机构中加入单向离合器，其具有单向传动和接合容易的特点，实现了两套机构的无缝切换。单向离合器能够使得回转支撑旋转时，冗余备份的非工作电机不会被啮合传动，保证了转台系统在不间歇工作下的维护。此结构形式可靠性好，安全性高，拆卸维护减速电机方便。

图1 电机安装

2.2 双编码器设计

本套转台系统在原系统单编码器（见图2（a））上采用了双编码器，如图2（b）所示。编码机构中，通过双片齿轮来消除回转支撑外齿与编码机构输入齿轮之间的齿隙可以消除齿轮间隙，且设计有1∶1传动机构，使得编码器采集的角度信号与天线旋转角度保持一致，保证了转台方位角测量的准确性。除此之外，在改进设计方案中，编码机构的冗余设计，能够实现在某一编码器出现故障时，继续保证系统的正常运转。

3 润滑系统设计

原天线座内传动系统采用脂润滑，润滑脂在低温条件下黏稠系数会变大，过多的润滑脂会增加电机启动力矩，影响电机的稳定性，降低整个系统的可靠性。而注入过少的润滑脂时，随着齿轮啮合而引起的脂消耗会增加天线座维护的次数，缩短整个雷达系统的维护周期，无法满足无人值守条件下的长周期免维护的指标要求。在此条件下，本方案中天线座传动系统采用浸油润滑，将整个齿轮啮合区域设计成近似封闭空间，工作时通过向该空间内注入航空低温润滑油，使电机减速机齿轮、编码机构双片齿轮和回转支撑外齿始终处于油液润滑状态，延长天线座维护时间，保障无人值守条件下天线的长时间正常工作。

图2 编码器安装

3.1 远程监控的设计

整个系统采用浸油润滑，并在转台上设计了油温和油位的检测设备，将信号集成至监控终端，随时监控润滑情况，保证润滑系统的正常工作。

3.2 密封设计

天线座内浸油空间与外界需采用密封设计，与浸油空间静态密封处，均采用O型密封圈密封；与浸油空间动态密封处，采用旋转油封与迷宫结构设计来达到密封效果。与此同时，拆除回转支承上下两道密封圈，利于润滑油进入侧壁后的回油。注油口内壁有上下油位线，保证每次注油都位于齿轮高度中心线左右，如图3所示，此外还在底座外壁上设计有油位计，用于观察润滑油位置，具体的各润滑装置安装示意如图4所示。