1　引　言
    舰载雷达的天线转台系统通常是由天线、转台和 基座等部分组成的。其中，天线包含有反射体、背架、 馈源和馈源支架。转台包含有框架、方位转盘、传动装 置、波导铰链和汇流环。天线转台系统架设在舰船桅 杆的顶部，工作在海洋环境中。它所承受的载荷包括 风载荷、惯性载荷、自重、温度载荷和冰雪载荷等几种 类型。在满足电性能要求和工作环境条件的前提下， 既要保证系统具有足够的强度、刚度和固有频率，又要 尽量减轻它的重量，以提高系统的适装性和舰船的稳 定性，这是系统各组成部分特别是关键受力部件结构 设计时需要仔细考虑的问题。下面主要对舰载雷达天 线转台系统中关键受力部件的结构型式进行讨论。
2　关键受力部件的结构型式
    这里列举舰载雷达天线转台系统的一些典型设计 实例，着重对系统中天线背架、方位转盘和基座等关键 受力部件的结构进行分析。
    例1　某航母雷达采用柱形抛物面天线，天线的 反射面由镀锌钢丝网构成，反射面的焦距为2080 mm。天线口面的长度为9000mm，宽度为7490mm。 天线的背架采用桁架结构，由主背架、左骨架和右骨架 组成。主背架的结构型式如图1所示，其特点及设计
原理如下：
    （1）天线的主背架由16Mn钢管及用作法兰的厚 钢板焊接而成。主背架采用2种管材，其横截面尺寸 （外径×壁厚）分别为42mm×4mm、36mm×3mm（用 于斜撑）。主背架对称性较好，造型美观，刚度高，承载能力强。
    （2）主背架的基本单元是6面体，包含有8个结点 18根杆件，具有几何不变性。基本单元中，有2个面 平行于yz坐标平面，有2个面平行于xz坐标平面，有1个面的法线与反射面上相对应的那部分曲面在某点处的法线基本一致。主背架的高度与跨度的比值k＝ 700／9000＝0．08。

    （3）为了尽量减小天线的质心与转台方位轴的距 离，主背架中间部分的高度设计得较小（为350mm）， 以免主背架与转台上的球形支座发生干扰。
    （4）主背架通过法兰Ⅰ（共24个）与左、右骨架联 接，主背架上的法兰Ⅲ（共2个）用于安装吊环螺钉，这 样便于背架的运输和架设。
    （5）天线采用线性馈源，该馈源通过馈源支架和3 对支撑杆与主背架联接。主背架上的法兰Ⅱ（共6个） 用于固定馈源支架。主背架上的E₁～E₆点为主背架 与支撑杆的连接点。天线通过设置在主背架上E₇～ E₁₀点的安装法兰与方位转台上的支架联接。
    例2　某航母雷达采用旋转抛物面天线，天线的 反射面由栅条构成，反射面的焦距为1340mm，天线 的口径为3500mm。天线的背架采用桁架结构，由中 心体和辐射梁组成。背架的结构型式如图2所示，其特点及设计原理如下：

     （1）天线的背架由外径为30mm、壁厚为2mm的 铝合金管以及铝合金板焊接而成。由2个带圆孔的正 8边形铝合金板与16个铝合金管焊接而成的中心体 具有足够的强度和刚度。这种背架对称性好，便于设 计和加工。
    （2）背架的基本单元中，有2个面通过z轴，有1 个面的法线与反射面上相对应的那部分曲面在某点处 的法线基本一致。背架安装反射体的一侧在xy坐标 平面上的投影有2个正8边形和2个正16边形。背 架上设置4个安装法兰的一侧在xy坐标平面上的投 影有3个正8边形和2个正16边形。正8边形向正 16边形过渡是通过增加结点和杆件的数目即增加单 元数来实现的。这样可使背架边缘附近的单元尺寸与 其它单元的尺寸比较接近，有利于提高结构的刚度。 背架的高度与跨度的比值k＝445／3500＝0．13。
    （3）背架上的E₁～E₄点为背架对馈源支架的支 点。天线通过设置在背架上E₅～E₈点的安装法兰与 方位转台上的支架联接。
    例3　某雷达采用双弯曲反射面天线，反射面由 打孔的铝合金板构成，反射面的焦距为1360mm。天 线口面的长度为3300mm，高度为1150．8mm。天线 的背架采用板梁结构，由座架、框架、左骨架、右骨架和L形件组成。背架的结构型式如图3所示，其特点及设计原理如下

    （1）天线的背架由铝合金板及筒体（LF6R）焊接而 成，通过低温退火消除焊接应力。背架造型美观，结构 简洁，具有足够的强度和刚度，重量较轻。
    （2）背架可看作是水平梁、垂直梁和筒体的组合体，梁的横截面为空心矩形截面，这有利于提高结构的强度和刚度。
    （3）背架通过16个L形件与反射体的背筋联接，L形件与背架焊接，与背筋采用定位螺栓联接，这种联 接方式是在模具上通过修配来实现的。
    （4）背架上的法兰Ⅰ用于安装馈源支架，法兰Ⅲ（共2个）用于安装询问天线。来自询问天线的电缆穿 过法兰Ⅱ的内孔与来自方位铰链或汇流环的相对应的 电缆联接。
    （5）背架上的安装面A和B为背架与风力平衡板 的接合面。天线通过背架上的筒体与转台方位轴固定 在一起。
    例4　某雷达的天线转台采用如图4所示的方位 转盘，天线和尾翼借助球形支座和支架（图略）设置在 方位转盘的两侧，天线的质量为2490kg，尾翼的质量 为2280kg，天线转台系统中作方位运动部分的质量为 7580kg。尾翼上设有配重和风力平衡板。方位转盘 采用蜂窝式结构，由上法兰、下法兰、法兰、圆筒、翼板、侧板、内侧板、筋板组成，其结构特点及设计原理如下：

    （1）方位转盘是由用16Mn钢板制造的零件焊接 而成的，它可以看作是中心体和8个横截面为空心矩 形的辐射梁的组合体。由于采用了筋板和内侧板，直 径很大的中心体被分成为32个箱形单元，构成蜂窝式 结构。方位转盘结构合理，具有很高的强度和刚度。
    （2）方位转盘的上法兰与转台的球形支座采用直 径为1350mm的圆柱面配合，用32个M22的螺栓固 定。方位转盘的下法兰与带内齿轮的特大型轴承的内圈（图略）采用直径为1130mm的圆柱面配合，用32 个M22的螺栓固定。
    （3）法兰E₁～E₃用于安装左支架，E₄～E₆用于安 装右支架。法兰E₇和E₈用于安装尾翼。法兰E₂、E₅、E₇和E₈均设有凸台，这对于提高转盘承受天线和 尾翼的重力载荷的能力是至关重要的。

    例5　某航母雷达的天线转台与舰船桅杆顶部之 间采用如图5所示的基座，基座以上部分的质量为 8870kg，基座所承受的载荷包括有轴向力、水平力、方 位力矩和倾覆力矩。按照设计要求，在相对风速为60 m／s时，系统结构不破坏。基座由上法兰、下法兰、锥 形筒、圆环、筋板和角板组成，其结构特点及设计原理 如下：
    （1）基座由16Mn钢板焊接而成，通过退火处理消 除焊接应力。基座结构合理，刚度高，承载能力强。
    （2）由于采用了圆环和32个筋板，基座可以看作 是32个无盖的箱形件的组合体，这样的结构型式有利 于提高基座的强度和刚度。
    （3）基座的上法兰与转台安装法兰采用直径为 1154mm的圆柱面配合，用32个M22的螺栓固定。 基座的下法兰与舰船桅杆顶部采用直径为1540mm 的圆柱面配合，用20个M36的螺栓固定。对于法兰 接合面来说，圆柱配合面用于承受天线系统的风阻力 的水平分量，由天线系统的方位风力矩所产生的和方 位传动装置工作时所引起的圆周力靠接合面的摩擦力 来平衡。
3　结　语
   根据上面的分析，在天线背架、方位转盘和基座等 关键受力部件的结构设计方面需要考虑下列问题：
    （1）按照设计要求和实际使用情况，合理确定关键 受力部件的结构型式。就天线背架来说，通常有桁架 式和板梁式之分。桁架式背架结构成形容易，重量较 轻。板梁式背架结构紧凑简洁，加工比较方便。天线背架的形状和尺寸取决于多种因素，其中反射面和反 射体是决定背架形状和尺寸最主要的因素之一。每一 种天线背架安装反射体的一侧都具有与该天线反射面 大致相同的形状。
    （2）合理确定关键受力部件各单元以及各组成零部件横截面的形状和尺寸。基本单元应具有几何不变 性，零部件的横截面应具有较大的惯性矩（如采用箱形 单元、空心矩形截面、空心圆截面等），这样有利于提高 结构的强度和刚度，减轻结构的重量。
    （3）合理选择关键受力部件的材料。天线背架、方 位转盘和基座等关键受力部件通常是用钢材（如钢 16Mn、钢20）或铝合金材料或钛合金材料制成的。钢 材比刚度大，具有良好的综合机械性能、焊接性能和切 削加工性能。用这种材料制作的零部件，强度高，刚性 好，构件的稳定性好。与钢比较，铝合金和钛合金的比 重小，比强度大，比刚度略小些。在载荷条件不变的情 况下，零部件采用铝合金或钛合金材料时的重量比采 用钢材时轻得多。
    （4）合理确定关键受力部件的载荷，对它进行多次力学分析计算，并根据计算结果对结构设计进行修改。 目的是在保证关键受力部件具有足够的强度、刚度和 固有频率的前提下，尽量减轻它的重量。

〔1〕　肖万选．天线稳定转台系统结构设计技术研究〔M〕．中华学人理论文献．北京：中国新闻出版社，2002．448～ 452．
〔2〕　肖万选．几种雷达天线背架的结构型式〔J〕．舰船电子对 抗，2001，（2）．
〔3〕　成大先．机械设计手册〔M〕．北京：化学工业出版社， 1993．