雷达桅桅体优化设计

首志平，叶春霞

（广州广船国际股份有限公司，广州511462）

雷达桅桅体优化设计

首志平，叶春霞

（广州广船国际股份有限公司，广州511462）

摘要：本文通过分析对比各种桅体设计的原则和影响因素，根据相关数据特点，形成系统的桅体优化设计原则。

关键词：雷达桅；结构；振动；优化

0　前言

随着海工船舶的发展，各种形式的雷达桅在设计过程中经常出现。由于桅体振动过大问题往在船舶试航过程中经常出现，一般多由于结构型式自身的缺陷而引起，即使后期通过加强处理，其效果一般都不理想。通过分析各种雷达桅桅体设计的原则和影响因素，实现雷达桅结构型式设计的优化，形成适用于便于操作的雷达桅桅体设计原则。

1　雷达对桅体的要求

雷达天线布置时，S波段天线和X波段天线波束不能相对，需要确认海事卫星天线、GPS天线和AIS天线等不得安装在雷达波束内，避免烟囱、克林吊，桅杆造成的假回波影响。

根据上述要求，雷达布置可以分为平行布置和垂向布置两种。各有优缺点：

平行布置的优点：雷达结构平台数量为1个，平台数量少，检修方便，缺点：雷达布置不在中心，在垂直角度内会一定干涉，平台的横向尺度大，平台尺寸大。

垂向布置的优点：雷达布置靠中心线位置，反射效果好，平台尺寸稍小。缺点：雷达结构平台数量为2个，平台数量多，检修需要穿插在两层平台之间，纵向尺度大。

S/X波段雷达安装时需满足AB长度不大于500米或不大于两倍的船长（IMO SN.1 Circ.271 Installation Guideline 规定）（图1）。

图1

雷达天线前±112.50区域可视没有任何盲区和遮挡物，后1350区域内总扇形盲区大小不得大于200，雷达安全护栏离雷达基座至少500mm（IMO SN.1 Circ.271 Installation Guideline规定）。

注意：雷达安全护栏、信号灯桅杆等都会对雷达产生影响，雷达波束内不得有物体进入，否则会对雷达产生影响形成盲区。

S/X波段雷达天线离VHF、MF/HF、AIS发射天线距离5米，不得进入雷达波束范围内。雷达2米区域和距离雷达波束5米内不能安装任何设备。

目前，船东对FBB通讯要求是比较高的，为了满足船东要求安装FBB站要尽可能安装在没有障碍物并且要避开雷达波束的干扰的位置，目前主流的安装位置就是雷达桅杆和罗经甲板。安装在雷达桅杆上，必须安装在避开雷达波束和海事卫星C站干扰的位置。

2　几种形式雷达桅体的对比

2.1单柱集合式桅体

单柱集合式桅体主要优点：布置紧凑，号灯布置相对集中。缺点：由于号灯布置空间受桅体的布置制约，常造成号灯布置受限，如增大桅体，多造成头重脚轻出现。

针对该类型桅体，从高度方面设计常考虑一下因素：兼顾到苏伊士运河灯的要求，桅体高度底层至少为6m，考虑加上失控灯布置要求至少为6m。仅考虑上述两个方面，桅体高度已经至少为12m。

对于每层平台，考虑失控灯布置的水平尺寸要求和检修方面的影响，兼顾雷达及VHF的布置，故桅体雷达平台的宽度一般不小于6m。

该类设计，常造成桅体高度较大，重量较重。当桅体结构不够强时，会出现振动较大。

对于不通过苏伊士运河的船舶，其雷达桅的布置仅考虑失控灯布置、雷达布置及桅体强度。型式相对简单，考虑实用及维修方面影响，桅体结构应采用单柱型设计。

2.2独立灯桅的雷达桅体

特点：布置分散，号灯布置容易。桅体设计一般相对简单。

由于兼顾到苏伊士运河灯的要求，故桅体高度底层至少为9m。考虑号型的布置，故桅体平台的宽度一般不小于6m。

考虑失控灯布置的水平尺寸要求，故独立灯桅体高度一般为6m。

2.3连体雷达桅体

特点：布置分散，号灯布置容易。桅体设计复杂且结构重量较大，使用方便。

由于兼顾到苏伊士运河灯的要求，故桅体总高度至少为9m。考虑号灯的布置，通道平台高度为3m左右。

考虑失控灯布置的水平尺寸要求，故灯桅体高度一般为6m。

3　振动性能简析

H尽量不在4000～4900，要求主桅体高度不超过H/2。

在一般设计中，当桅体下方长度为2m时，桅体高度不超过10m。

4　桅体的优化设计

4.1号灯及电气综合布置

雷达桅上的环照信号灯布置要具通用及实用性，其数量、颜色、垂直灯距等，须适满足本船航行的各港口、运河湖泊规则要求的搭配。

环照信号灯应安置在不受桅、顶桅或上层建筑等不大于6°的光弧的遮蔽的位置上（IMO规则-附录1-9-（2））。须垂直装设2盏或3盏号灯时，最低一盏号灯应装设在船体以上高度不小于4米，号灯垂直间距应不小于2米（船长20米或以上）（IMO规则-附录1-2-（9）-1）。

前后桅灯在一切正常吃水差的情况下，从船艏1000米的前方，应能看出后桅灯在前桅灯上方并分开（IMO规则-附录1-2-（2））。一般选择船舶压载到港和满载出港两种装载吃水状态设计计算。

雷达桅结构布置如进入磁罗经中心4m半径球形磁性范围内，须用非磁性材料（一般采用不锈钢）制成，故最好能避开此范围布置雷达桅或其附属结构。

布置号灯时，前后桅灯、左右舷灯、艉灯、前后锚灯、失控灯一般为双层灯，须将上层灯后倾才得以换下层灯灯泡，故其灯座、桅结构应有足够空间，满足上层灯更换需求。

雷达布置按照要求，一般可以分上下两层独立布置或同一平台分开布置，不同的布置选择在很大程度上决定了雷达桅的设计形式特点。

雷达桅设计应设有供维修人员攀爬、登踏结构平台（可以为简易平台），以进行号灯维修。

4.2主桅体设计

主桅体型值建议要求：一般纵向高宽比不大于5，顶部尺寸最小不小于桅体宽度B+100。

对于桅体高度大于10m的桅体设计，建议采用底部与上部变宽度设计。桅体尺寸的选择一般根据船舶的肋位尺寸，桅体下尺寸应为整档尺寸，充分利用结构自身强结构，尽量避免采用单独加强的形式。

下图为一型船舶的主桅体尺寸优化对比：

优化前优化后

经分析主要存在以下问题：高度和底部尺寸型值太过接近；桅体顶部重量太重。

可以作出以下优化：将上部失控灯从桅体的顶部移出设置单独的灯桅，顶部等重量降低和增大底面尺寸降低固有振动频率。经修改后，振动性能可以有效降低。

也可按照将主桅体延伸至上一层平台，加大底部桅体尺寸（纵向增加一档）的形式，强结构桅体应到达第二层失控灯安装位置。

4.3一般平台的设置要求

结构平台为增加平台肘板的剖面模数，一般按照带折边的形式进行设计。

对于桁架平台支撑数量建议采用多于6个的布置，增加平台支撑自身的抗扭刚度。在设计节点上，建议采用“前窄后宽”的结构形式。

桁架平台支撑竖向结构对于上部桁架结构，应不小于5°进行设计，充分增加平台的整体刚度。

对于卫通顶层平台为降低其重量、减少平台的迎风面积，平台设计按照桁架结构进行规划，所有构件尽量采用管结构，实现降低平台振动可能性。

对于莫氏灯座支架，一般考虑到检修方便，在结构设计选型时，按照使用习惯，高度选择不超过4m。

5　结束语

通过优化设计，在雷达桅布置和节点设计方面有了全新的理解。有效地解决了前期看图过程中关于一些尺寸方面的疑惑。同时通过对比《桅樯声光信号布置原理图》和《国际避碰规则》以及相关的规则规范，为进一步优化设计提供了基础材料。

在雷达布置方面进行了多种形式的对比，分析了各种布置之间的优缺点，探讨了不同配置要求对桅体形式的影响；实现了雷达桅结构型式设计的优化。

参考文献：

［1]国际海上避碰规则［Z].

［2]国际海事组织规则、规范［Z].

［3]倪振华.振动力学［M].西安交通大学.1989.

［4]Japan Radio Co，Ltd厂家资料［Z].