摘 要：介绍了某舰载搜索雷达高速轻型天线座及其天线罩的设计。该天线座采用了无刷电机、无数据链、舷角直接驱动、高精度行星减速器等先进技术，实现了稳定平台高精度、短周期、大角度摇摆以及天线高速旋转。
关键词：载荷分析；稳定平台；天线座；天线罩
1引言
舰载搜索雷达天线座是天线的支撑与旋转的机械装置，其功能是在舰艇摇摆条件下，补偿舰体运动引起的纵、横摇摆角，使天线保持水平，并以恒定转速驱动天线旋转，完成舷角机械扫描，并输出舷角信号。舰载搜索雷达天线座为三轴全稳定结构形式，纵摇轴、横摇轴构成天线稳定平台，舷角轴构成天线转台。舰载搜索雷达天线座架设在舰艇桅杆上面，对重量有严格的限制，同时要求其强度高，刚度好，耐冲击、振动，而且谐振频率要满足伺服系统带宽的需要。
2方案选取
本天线座需要满足如下要求：
（1） 天线转速较高，转速扰动小；
（2） 稳定平台摇摆范围大，摇摆周期短，摇摆动态精度高；
（3） 抗风能力强；
（4） 重量轻。
2.1载荷计算
2.1.1各轴所受最大风载荷
天线座所受风载荷如图1所示，计算公式：
该雷达采用实体反射体，参考类似反射体的风洞试验数据，根据天线特征尺寸及相关技术参数，计算出各轴所受最大风力矩（见表1）。
2.1.2其它载荷
方位还要考虑惯性力矩和摩擦力矩：
M方≈3.5㎏ fm
纵摇和横摇还要考虑惯性力矩、舰艇摇摆引起的不平衡力矩、平台质心偏离摇摆轴引起的不平衡力矩及摩擦力矩等：
纵摇：M纵≈32㎏ fm
横摇：M横≈50㎏ fm
2.1.3各轴所需转矩
经计算，各轴所需转矩如表2所示。
2.2方案选取
由载荷分析可知，由于该雷达采用实体反射体，抗风能力要求较高，摇摆范围要求较大，而且摇摆周期短，加之天线转速较高，有风负荷时，各电机所需功率比没有风负荷时要大得多。经过估算，如果考虑风负荷，整个天线座的重量在650㎏左右，很难满足重量轻的要求，而且动态精度根本不能满足指标要求；如果不考虑风负荷，天线座的重量可以控制在300㎏以内，动态精度也完全满足指标需要。因此，我们最终选取天线座外罩天线罩的设计方案，天线座设计时不考虑风负荷，但天线罩的体积和重量要控制在一定的范围内，而且天线罩的抗风能力要满足需要，同时，天线罩的风阻要尽量小，透波性能要满足电气指标的要求。
3天线座的设计
本天线座的设计主要集中在舷角转动装置、纵摇装置、横摇装置的设计上。其传动原理如图2所示。
3.1舷角转动装置的设计
舷角转动装置即通常所说的方位转台。由于选取外罩天线罩的设计方案，完全避免了风负荷，舷角可以采用无刷直流力矩电动机同轴直接驱动（见图2），天线高速旋转时，无风的干扰，无传动链，无机械回差，起动快，力矩波动小，运转平稳，精度高，噪声小。
为满足天线高速旋转的需要，驱动电机必须满足如下要求：
最大空载转速为舷角额定转速的2倍；
连续堵转转矩为舷角额定负载值或略高于额定负载值；
峰值堵转转矩为连续堵转转矩的2倍；
结构优化，重量轻。
驱动电机为定、转子分装结构；转子中空，便于走波导；电机定子外壳形状及安装尺寸有特殊要求，由设计加工后提供给电机厂家。
无接触式多极旋变发送机与舷角轴同轴安装，输出舷角信号。本旋变也为定、转子分装结构，为满足电气指标的需要，旋转时要求定、转子间气隙均匀，设计过程中要把各零部件的同轴度控制在合理的范围内，既要满足电气指标的需要，又要充分考虑加工工艺性能。
3.2稳定平台的设计
稳定平台包括纵摇装置和横摇装置。
加天线罩后，减小了稳定平台65%以上的负荷，使平台庞大而复杂的驱动装置大大简化，功率减小，传动链短，有利于提高平台的传动精度，提高天线座的谐振频率，从而提高系统的稳定性。
如图2所示，纵、横摇装置分别由交流同步伺服电动机驱动高精度少齿差行星减速器、末级扇形齿轮组成平台的机械系统即伺服驱动装置。少齿差行星减速器为2K-H型，回差小，重量轻，承载能力强，效率高，噪音低，传动比大，输入输出同轴安装，结构简便，加工比其它形式的行星减速器方便。纵、横摇传动链的总回差控制在必要的范围内。
纵、横摇装置分别由与纵、横摇轴同轴安装的无刷双通道旋变发送机输出纵、横摇角度信号。纵、横摇装置均有锁紧装置，稳定平台在非工作状态分别由纵、横摇锁紧装置锁定。纵、横摇装置各有一液压限制器进行机械限位，用来在伺服系统故障或突然断电情况下对稳定平台起缓冲保护作用。锁紧装置和液压限制器采取通用化设计。
3.3特点
本天线座各部分呈积木式连结，模块化设计，方便维修。纵、横摇装置间的连结采用四分之一框架形式，而且四分之一框架与纵摇箱体一体化设计，在满足刚度需要的前提下大大减轻了整个天线座的重量，天线座（包括天线系统装置和馈线部分）的总重量仅280㎏，完全满足要求。
本天线座质量分布集中，回转半径小，转动惯量小，有利于天线快速起动，运转平稳，噪音小，系统稳定。
本天线座所有驱动电机及信号电机均为无刷结构，可靠性高。本天线座舷角和纵、横摇均采用高精度旋变与输出轴同轴安装输出角度信号，无数据链，无数据齿轮耦合，提高了控制系统的灵活性、可靠性和数据传递的精确性，而且结构大为简化，进一步提高了系统的可靠性。
纵、横摇基座及舷角电机外壳均采用钛合金铸造，强度高，刚性好，重量轻，耐腐蚀。
3.4注意事项
本天线座的设计过程中，有两点需要特别注意：
（1）由于天线转速较高，在天线系统的结构布置时，一定要将天线转台的重心尽量控制在舷角转轴轴心附近，否则，旋转时将产生较大的离心力，对纵、横摇产生较大的扰动；
（2）由于本天线座采用四分之一框架形式，天线座总的结构布置时，一定要尽量减小对横摇轴的不平衡力矩，即纵摇装置、舷角转动装置和天线系统装置的重心尽量与横摇摇心重合。
若不注意以上两点，不但加重各旋转轴的负担，而且将会对伺服系统的稳定性造成不必要的影响。
4天线罩简介
如图3所示，天线罩为一截球形蜂窝夹芯式玻璃钢天线罩，其球心位于天线座纵摇轴与舷角轴的交点上。该天线罩风阻小，所用材料玻璃钢强度高，完全满足抗风能力的要求，厚度薄，重量轻，总重量仅100。该天线罩模型通过了风洞试验，而且透波性能良好，经过测试，其损耗小，满足电性能的要求。
5 结束语
与同类产品相比，本天线座动态精度高，转速扰动小，各项技术指标属于领先地位，而且可靠性高，重量轻，适装性强。驱动电机及信号电机全无刷化的成功应用，使本天线座免维护成为可能。
表面上看，用天线罩后，整个天线座的体积比较庞大，实际上，加天线罩并没有使天线座的安装空间增加多少，因为即使不用天线罩，由于稳定平台摇摆和天线旋转需要一定的空间，天线座所在的空间也不能安装其它设备（见图3）。对采用较大尺寸的实体反射体、抗风能力要求较高、且转速要求较高的天线座来说，加合适的天线罩不失为一种优选的方案。有罩的情况下，天线工作环境良好，无风的干扰，雷达可全天侯工作，尤其在高海情、大风浪条件下，可保持高的动态精度。
参考文献：
〔1〕 吴凤高．天线座结构设计〔M〕．西安：西北电讯工程学院出版社，1986．
〔2〕 叶尚辉，李在贵．天线结构设计〔M〕．西安：西北电讯工程学院出版社，1986．
〔3〕 饶振纲．行星传动机构设计〔M〕．北京：国防工业出版社，1980．
