□王曉紅 □彭 超

中國電子科技集團公司 第38研究所 合肥 230088

機載雷達天線單元耐久試驗研究

□王曉紅 □彭 超

中國電子科技集團公司 第38研究所 合肥 230088

機載雷達天線單元耐久試驗時間要求為12.5 h，條件苛刻。通過對天線單元樣件開展耐久試驗，驗證樣件承受耐久試驗的能力，然后依據(jù)樣件試驗結(jié)果改進正樣設計，進而確保天線單元正樣順利通過耐久試驗。實踐證明，先樣件后正樣的方法合理有效。

雷達；天線；測試

機載電子設備在使用和運輸過程中會受到振動和沖擊等復雜力學環(huán)境的作用[1]，這種作用常導致電子設備中元器件焊點斷裂、管腳損壞和緊固件松動等故障，會大大降低機載電子設備的可靠性[2]。為了確保機載電子設備的安全可靠，要求在產(chǎn)品研制過程中開展各種力學驗證試驗，其中就包括耐久試驗[3]。耐久試驗的量值由設備生命周期中經(jīng)歷的力學環(huán)境決定，而具體試驗時間與設備隨載機的飛行小時[4]直接相關(guān)。隨著科技的發(fā)展，載機服役時間大大延長，因此對載機設備的壽命也提出更高的要求，這就造成了耐久試驗時間延長，條件更為苛刻。在這樣的背景下，如何確保產(chǎn)品順利通過耐久試驗，已成為機載電子設備研制過程中備受關(guān)注的問題。

某機載雷達規(guī)定天線單元需經(jīng)歷X、Y、Z三個方向的耐久試驗考核，振動量加速度均方根值為4.87g[5]，每個方向振動時間為12.5 h。針對如此苛刻的試驗條件，筆者對如何開展耐久試驗進行了研究。采用對天線單元樣件開展耐久試驗的試驗方案，驗證樣件是否能通過耐久試驗的考核，并根據(jù)樣件試驗結(jié)果，改進設計，確保天線單元正樣順利通過耐久試驗。

1 試驗方案

天線單元為復雜系統(tǒng)，包括結(jié)構(gòu)件、電信件和相關(guān)附件，為節(jié)約時間與經(jīng)濟成本，在不影響試驗驗證效果的前提下，對天線單元進行了簡化處理。結(jié)構(gòu)件和一些附件完全采用真實結(jié)構(gòu)，電信件和另一些相關(guān)附件參照電信件的結(jié)構(gòu)特點，以真實件為基礎[6]進行簡化模擬，形成模擬件來代替真實件。天線單元樣件的安裝接口與真實天線單元完全相同，并且外形、尺寸、質(zhì)量、質(zhì)心位置也基本相同。經(jīng)分析，采用以上模擬件的天線單元樣件與真實的天線單元振動特性基本一致。天線單元樣件主要包括支架、軸承座、端軸和天線陣面等，如圖1所示。

圖1 天線單元樣件示意圖

試驗過程中，在天線單元敏感位置布置加速度傳感器[7]，目的有三個：首先，獲取敏感位置的響應數(shù)據(jù)，為安裝于此處的元器件、分機等的研制提供振動設計輸入；其次，監(jiān)測敏感點的響應，評估其放大情況，如果出現(xiàn)不合理放大，則需要對相應結(jié)構(gòu)進行改進；最后，監(jiān)測整個試驗過程的響應數(shù)據(jù)，可以為判斷樣件狀態(tài)提供依據(jù)，當監(jiān)測數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時，也可作為定位故障位置的依據(jù)。

根據(jù)以上目的，并結(jié)合結(jié)構(gòu)特點，試驗過程中在天線單元的前后軸承座、天線陣面框架、支架及一個分機安裝位置布置多個加速度傳感器。部分測點布置如圖2所示。

圖2 測點布置圖

2 試驗數(shù)據(jù)及分析

天線單元三個方向的耐久試驗共累計37.5 h，分兩個階段進行，第一階段進行了22 h，第二階段進行了15.5 h。每個階段都進行了數(shù)據(jù)測試，測試數(shù)據(jù)龐大，筆者挑選典型數(shù)據(jù)進行列舉分析，其余不再贅述。

2.1 測試數(shù)據(jù)概況

以第一階段的測試數(shù)據(jù)為樣本，提取各測點測試過程前期、中期和后期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)譜線如圖3所示[8]，具體數(shù)值見表1。圖3中，15 Hz是本次試驗的下限頻率，2 000 Hz是本次試驗的上限頻率。

表1 測點數(shù)據(jù)

分析各測點的數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)：首先，各測點在整個試驗過程中測試數(shù)據(jù)前后一致性比較好，譜形相同，均方根值相差不大；其次，各測點的放大倍數(shù)不大，均在可接受范圍內(nèi)；最后，隨著耐久試驗的進行，各測點的均方根值總體上出現(xiàn)增大的趨勢，說明試驗件剛度有弱化現(xiàn)象。

2.2 突變測試數(shù)據(jù)

在耐久試驗累計進行了22 h后，發(fā)現(xiàn)各測點的響應數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變，具體數(shù)值見表2。馬上停止振動，中斷試驗。對振動激勵系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、工裝、天線單元試驗件等進行全面檢查，尋找數(shù)據(jù)突變的原因。

經(jīng)檢查發(fā)現(xiàn)，振動激勵系統(tǒng)、測試系統(tǒng)、工裝均未出現(xiàn)異常，而天線單元有個端軸在安裝法蘭盤處出現(xiàn)裂紋。分析認為，由于端軸出現(xiàn)裂紋導致振動傳遞效率降低，因此測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變。

圖3 測點數(shù)據(jù)譜線

表2 突變前后數(shù)據(jù)

2.3 端軸改進后測試數(shù)據(jù)

將改進后的端軸裝入天線單元樣件中，繼續(xù)進行剩余15.5 h第二階段的耐久試驗。各測點測試譜線如圖4所示，具體測試數(shù)值見表3。

圖4 軸端改進后測點數(shù)據(jù)譜線

表3 端軸改進后測點數(shù)據(jù)

端軸改進[9]后，天線單元測試數(shù)據(jù)恢復正常，從而進一步證明端軸裂紋是引起測試數(shù)據(jù)出現(xiàn)突變的原因。

完成第二階段15.5 h的耐久試驗后，除更換過的端軸，天線單元樣件完成了各方向12.5 h即三個方向累計37.5 h的耐久試驗。但是，考慮到更換過的端軸從試驗中斷點繼續(xù)進行的試驗不能保證滿足試驗要求[10]，因此需繼續(xù)對天線單元樣件進行22 h試驗，直至更換過的端軸也完成累計37.5 h的耐久試驗考核，試驗結(jié)束。

3 結(jié)束語

天線單元樣件順利完成耐久試驗。通過此次試驗得到以下結(jié)論：第一，振動會引起結(jié)構(gòu)松動，特別是長期的振動試驗，隨著試驗的進行，剛度弱化比較明顯；第二，監(jiān)測數(shù)據(jù)及時預測了結(jié)構(gòu)故障，避免了更大損失；第三，故障定位準確，改進措施有效；第四，分機安裝處的振動數(shù)據(jù)可為后期分機的研制提供數(shù)據(jù)支持；第五，依據(jù)試驗結(jié)果進行改進設計，提高了后期正樣產(chǎn)品的可靠性；第六，天線單元能夠承受耐久試驗的考驗，并且還具有一定余量。試驗達到了預期目的，取得了圓滿成功。實踐證明，此種耐久試驗方案合理有效，可以為后期開展類似試驗提供參考。

[1] 任建峰.電子設備結(jié)構(gòu)動力響應研究中的關(guān)鍵技術(shù)[D].西安：西安電子科技大學，2006.

[2] 劉繼承，周傳榮.某機載雷達天線振動試驗夾具設計[J].振動、測試與診斷，2003，23（ 3）:210-212.

[3] 軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第16部分:振動試驗：GJB150.16A—2009[S].

[4] 徐明，馬升.關(guān)于振動耐久試驗量值和持續(xù)時間方法的討論[J].航空標準化與質(zhì)量，2003（ 5）:36-41.

[5] 鄭志國，王宇峰.隨機振動中的參數(shù)介紹及計算方法[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗，2009，27（ 6）：45-48.

[6] 汪奕,孫為民.某雷達天線輕量化縫隙波導模擬件設計[J].電子機械工程，2013， 29（ 2）:34-36，40.

[7] 胡志強,法慶衍,洪寶林,等.隨機振動試驗應用技術(shù)[M].北京：中國計量出版社,1996.

[8] 施榮明.飛機結(jié)構(gòu)振動設計與試驗[M].北京：航空工業(yè)出版社,2014.

[9] 王朋,喬揚,房景仕.某機載雷達天線端軸斷裂原因分析與結(jié)構(gòu)改進[J].電子機械工程,2016，32（ 1）：16-19，47.

[10]盧彩鈴,康寧民,鄭應強.對隨機振動試驗方法的探討[J].環(huán)境技術(shù),2010（ 6）:22-26.

The required time for durability test of airborne radar antenna unit is 12.5 h,the requirement is harsh.Through the endurance test of the sample piece of antenna element,the ability of the sample piece to withstand the durability test was verified，and then the design of the prototype was improved in reference of the sample test resultsin an attempt to ensure the antenna passing the endurance test.Practice has proved that it is reasonableand effectivetotest thesamplepiecefirst followed by theprototype.

Radar；Antenna；Test

TH123

A

1672-0555（2017）03-048-04

2017年1月

王曉紅（1976—），女，碩士，高級工程師，主要從事雷達結(jié)構(gòu)力學試驗和仿真工作

（編輯：小 前）