机场能见度探测设备结构设计

赵斌

(江苏无线电厂有限公司,江苏南京210022)

能见度仪器测量是我国在气象预报技术领域的新技术,可以在野外无人值守连续工作。能见度的传统测量方法是靠人工观测目标物(已知距离)获得具体数值。与传统方法相比机场能见度探测设备有很好的技术优势。产品研制组的人员查阅了大量各方面的技术资料,在充分了解能见度器测量的特殊性基础上,对国外相关设备进行了技术解剖,同时对我国将来机场能见度探测设备的使用环境进行了调研,对多方要求进行了了解,并与技术人员进行了多方面的沟通,从总体上进行了方案设计。

机场能见度探测设备主要分为两大部分:室外设备和室内设备。

室内设备主要由计算机、UPS电源、调制解调器等3部分组成。

室外设备是机场能见度探测设备的主要部分,由硬件和结构件2部分组成。室外设备的硬件有两个发射传感器、两个检测传感器,一个背景亮度传感器、调制解调器板(数据发送)、数据采集控制板及电源单元等。室外设备的结构件主要有塔柱、传感器(发射及检测)支架、背景亮度传感器支架和控制箱(调制解调器板、数据采集控制板、电源单元)等。

1 机场能见度探测设备结构设计

1.1 塔柱的设计

a)设备维护的方便性

由机场跑道视程决定了室外设备的总高度为3 m。也就是说发射传感器和检测传感器之间空气洁净度采样空间的工作高度。因为设备装在机场跑道两端,飞机在跑道任一端起飞时,坐在飞机驾驶舱中的飞行员观测水平能见度的高度为3 m左右,取3 m高的能见度值最接近实际能见度值。

因为3 m的高度,使设备的维护和保养发生了比较大的困难(发射传感器和检测传感器上的光学玻璃容易落灰和挂蜘蛛网)。从结构上充分考虑使用维护与保养的方便性,综合各方面的考虑,塔柱采用了分段结构,分为上、下塔柱两部分。使用塔柱轴和旋转螺杆相连接,以上、下塔柱连接部位为轴心,通过摇柄转动可旋转螺杆将上塔柱向下倾斜,使顶部的传感器支架缓慢倾斜到适当位置,便于传感器镜面的清洁和维护。减轻了维护强度,增加了方便性。做到了一个人就可以进行设备的保养和维护,省去了大型维修器械、梯子等维护工具,从结构上充分考虑了使用维护的方便性。正常使用时,通过摇柄转动可旋转螺杆将上塔柱调整为垂直后,转动锁紧手柄固定住上塔柱即可。

b)塔柱的安全性

机场能见度探测设备的塔柱是室外设备的主体结构件,对在大风下的承受力、防止环境侵蚀、跑道安全等方面有较高的要求。

通过调研国外产品的材料、制造工艺,结合国内的实际情况,深入的进行了实地调研。按照研制任务书中的技术要求,采用了新型玻璃钢材料制作塔身,符合技术要求,在承受力方面和防腐蚀方面优于其他材料。

因为机场能见度探测设备安装地点靠近跑道,为保障飞机安全,在万一发生飞机起飞或降落时冲出跑道与之刮蹭,能最大限度的保护飞机,减小飞机损失。机场能见度探测设备塔柱必须易于折断,以保护飞机。

塔身玻璃钢原准备做成一体的,因为玻璃钢中间的纤维夹层是经纬编织的受到撞击后不易折断。为提高塔身在受到撞击后易于折断方面的性能,将下塔柱塔身采用了分段制造的方式,设计了两个易折断点,三段连成一体。这样既达到一定的承受力,又符合抗风要求,同时在塔柱遭受到外力刮蹭(飞机的刮蹭)时,下塔身具有良好的易折性能,有效的起到了保护飞机的作用,以降低损失。断点的各项设计数据是经过多次试验,在获得了大量试验数据基础上确定的,同时得到相关单位的支持。使塔柱承受力和易折性关系获得了良好处理。

2 控制箱的设计

因为在室外安装使用,控制箱的防水密封是一个设计重点。控制箱最初选用不锈钢板制造,由于防水问题解决的不好,最后采用铸铝件,整体成型,防水设计,箱体装防水胶条的方法。解决了控制箱的防水密封问题,做到了既比原方案美观,又有很好的防水性能。在箱盖的开关锁紧上使用手纹螺钉,可快速打开修理维护。

3 传感器支架的设计

3.1 背景亮度传感器支架

因为背景亮度传感器要接受天空的亮度,由于太阳光线的直射造成的光线饱和等原因,决定了背景亮度传感器只有朝北方向。背景亮度传感器在水平方向时,晚上建筑物和跑道灯灯光会对背景亮度的数值产生影响,仰角太高,落尘又会太多,需要经常清洁传感器镜片,增加了维护工作量。通过各方因素综合计算,将背景亮度传感器支架调为6°仰角,单独安装于塔柱中部,既避免了跑道灯光的干扰,又不至于因仰角太大而落尘太多,同时背景亮度传感器又不高(毕竟有仰角镜片和发射传感器和检测传感器相比易落灰,需经常清洁)。6°仰角的调整,是在背景亮度传感器支架上安装一个6°仰角的水平仪,通过转动可旋转支架连杆调整到位。

3.2 发射传感器和检测传感器支架

发射传感器和检测传感器装于塔柱顶部的传感器支架上。分别由四根立柱和一个横梁组成,两两相对成36°夹角。每两根立柱加工成一个部件,两个部件上的传感器,一个发射传感信号,一个检测传感信号,以判断它们两个传感器之间的空气洁净度。同时在信号相交处产生折射到另一个检测传感器,以保证四个传感器之中有一个损坏时,设备能正常工作。

在室外设备其余结构件的设计上,根据部队野外使用环境要求。全部采用了铝合金和不锈钢做原材料,有效的解决了防腐蚀的问题。使设备在长期的野外使用中能保持良好的使用性能并达到装备年限。

为保证结构件的准确性、一致性和互换性,使用了各种铝合金型材加工零部件。

所有紧固件均采用不锈钢材料制作,增强了设备的抗腐蚀性,整体结构美观大方。

4 结语

在各方的努力下,结合我国的国情和我厂的技术能力,在有关单位的支持协作下,完成了机场能见度探测设备结构件的设计和制造。按GJB150A军用装备实验室环境试验方法,主要进行了抗风强度、淋雨及盐雾等环境试验。现在已经批量生产,获得了良好的经济效益。

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