某舰载天线系统的结构设计.pdf

2011年10月
舰船电子对抗
Oct.2011
第34卷第5期
SHIPBOARD ELECTRONIC COUNTERMEASURE
Vol 34 No 5
某舰载天线系统的结构设计
钱平
(船舶重工集团公司723研究所,扬州225001)
摘要:介绍了某舰载天线系统的组成,并根据舰载电子设备工作环境的特点,对结构设计中常用的设计思想和方法
进行了探讨,介绍了天线系统的塔状结构形式,并对天线系统的安装支架和底盘进行了结构的择优设计。
关键词:舰载电子设备;塔状结构;天线系统;结构设计
中图分类号;:TNO3
文献标识码;B
文章编号:CN32-1413(2011)05-018-03
Structure Design of A Certain Shipborne Antenna System
QIAN Ping
(The 723 Institute of CSIC, Yangzhou 225001, China)
Abstract: This paper introduces the composition of a certain shipborne antenna system, discusses
the common design ideas and methods in structure design according to the characteristics of operat
ing environment of shipborne electronic equipments, introduces the tower structure form of antenna
system, and perfoms the structure optimization design to the installation bracket and pedestal of
antenna system.
Key words shipborne eletronic equipment tower structure; antenna system; structure design
1天线系统的组成和布局
计的重心,也是保证设备能够满足实际工作需要的
关键所在。
某舰载天线系统的组成主要包括既有螺旋天线2天线系统的安装支架和底盘
又有喇叭天线在内的总计13个天线单元、微波器件
及电路组合、天线的安装支架和底盘、天线罩等
安装支架和底盘主要起到承载和为天线提供安
根据该天线系统的设计需求及安装要素,由于装空间的作用,整套天线设备在舰上的现场安装也
其水平方向安装空间小而高度方向空间相对空余的是通过底盘得以实现。安装支架和底盘是天线系统
特点,采用了自顶而下的布局结构形式。13个天线中的主要承重结构件,也是最重要的结构件。其结
单元位于顶端,分上中下3层分布;天线单元而下是构设计方案的优劣直接关系到能否保证整个天线系
安装支架;安装支架、微波器件及电路组合则安装在统刚度、强度、精度等工作要求。
位于底部的底盘上。整个天线系统形成一个层层叠
本天线系统安装对象为小型舰艇。由于舰艇船
加的塔状布局结构
体较小,天线较小较轻、谐振频率较高,海面工作环
考虑到设备装舰工作环境的温度、气候、盐雾、境恶劣,因此同样要求天线安装支架和底盘有足够
振动等外界物理环境比较恶劣,因此一个安全、可靠的强度、刚度以及抗振能力。根据需要和功能的不
并能满足振动强度要求的结构设计,对于将来该天同,安装支架和底盘的结枃形式可以是多种多样的
线系统的实际装舰及工作显得十分重要。其中,由
图1、图2分别为天线安装支架和底盘的2种
于天线单元数量多、并且小而轻,又分布在天线系统方案。微波器件及电路组合安装在底盘上表面
的顶端部位,受周围振动环境影响较大。安装支架P面
和底盘设计质量的好坏,既是整个天线系统结构设
收稿日期:2010-07-13
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第5期
钱平:某舰载天线系统的结构设计
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在考虑天线系统的整体方案设计时,结合本天
天线罩塔状天线(示意)
线系统的实际重量、尺寸限制等设计要求,方案1中
支撑杆的有效直径值取2t;方案2中桶状支架的壁
支撑杆
厚为な,支架外径为24(t值按经验取6~8mm即
徽波件
2r盘
可。若t值取值增大,将带来天线系统整体重量的
大幅提升,以及随支撑杄、安装支架直径增大而影响
微波器件的安装空间等问题出现。)
图1支架和底盘方案
依照《机械设计手册》对杆件及圆柱薄壁桶的相
应计算公式り,分别对2种方案中的支撑杆和桶状
天线理
塔状天线
支架的抗弯截面系数和截面应力。进行计算。
对方案1中的支撑杆:
(2t)
32
微波件
支座底盘
3A3x(2)212
(2)
对方案2中的薄壁桶状支架:
图2支架和底盘方案2
W
2.1安装支架设计方案1
(24t)
方案1(如图1)中,安装支架的功能由3根支撑
24
杆完成,支撑杆下端安装在底盘上,顶端通过过渡结
127 nt'
(3)
构件安装螺旋天线和喇叭天线组。
N
底盘上表面P面安装微波器件和电路元器件。
x立ーェ(D-2t)
底盘周边留有一圈台阶,用以安装天线罩,保证天线
4N
罩内部天线、器件的防水设计要求。
(4)
x(24)2ーx(22t)223r
2.2安装支架设计方案2
式中:A为截面积;N为外部力。
方案2(如图2)中,安装支架设计为圆柱薄壁桶
比较以上2种方案的计算结果:抗弯截面系数
状的整体形式。这种形式的支架整体刚度强度及抗W2>W1;在受到相同的外力N作用时,截面应力
震性能较好,但重量较重
o2安装支架下端安装在底盘上,顶端安装螺旋天是强度都比方案1的支撑杆有显著提高,方案2的
线和喇叭天线组。
整体支架形式更能满足小型舰艇在海上恶劣工作环
防水设计、微波件和电路元器件的安装方式设境时对天线安装支架高强度、髙抗震性能的要求。
计与方案1相同。
2.4天线底盘的设计
2.3两种方案比较
鉴于底盘体积较大,若使用常规切削加工的方
安装支架方案1采用支撑杆的形式,优点是重法,材料成本高,加工周期长,机加工量大,因此小批
量较轻,缺点是个体零件数量多、刚度较差、抗震性量的底盘生产,用铸造成型的方法比用切削加工的
能差。
方法更能满足生产加工的客观要求。对比2种方
安装支架方案2采用薄壁桶状整体结构形式,案,方案2比方案1中的底盘多铸了P1、Q22个凸
有效提高了刚度和抗震性能。采用在桶壁上设计开平面(见图3)。
孔的方法,在满足抗震要求的前提下,可以有效减轻
由于P面是微波器件安装面,表面精度要求
安装支架的重量
般达到6.3gm即可;而P1面为天线支架的安装
下面再通过数学计算比较2种方案的力学性能面,考虑到天线工作精度及装配要求,P1的表面粗
优劣。
糙度需要达到3.2m。结构设计时在P面上铸造
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