新型多功能机载雷达发射机模块化结构介绍*

朱 俊，敬 敏

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

新型多功能机载雷达发射机模块化结构介绍*

朱 俊，敬 敏

(南京电子技术研究所， 江苏 南京 210039)

目前机载火控雷达对发射机的结构设计要求越来越高，在发射功率加倍、功能更复杂的情况下对发射机的体积、重量、抗振性、散热和维护等均提出了更严格的要求，这就需要对机载火控雷达发射机的结构进行创新性研究。本文针对上述要求详细论述了双行波管、多功能、高集成度发射机的主体框架结构设计、安装形式，介绍了发射机内部组件的模块化分类，着重讨论了外部插拔式的模块化组件的结构及安装形式。该发射机的结构设计满足现代机载火控雷达对发射机在功能性、维护性、体积及重量等方面的严格要求，同时该发射机经过充分的可靠性试验证明其结构设计具有良好的稳定性和可维护性，适用范围广。

模块化；结构设计；发射机；机载雷达

引 言

国内从20世纪70年代以来自行研制了多种机载火控雷达，其中多部已经定型并装备部队。几十年的研制积累了大量机载雷达结构设计经验，特别是机载雷达的结构设计难点——发射机的设计，通过大量的工程实验，机载雷达发射机的结构设计日趋成熟。近年来随着新型轻型歼击机的研制成功，对机载雷达有了全新的要求。已有的机载雷达由于体积、重量、功率、维护等技术指标难以满足要求，市场前景也不容乐观[1]。目前我国装备的机载雷达发射机与国外同类产品相比，在发射功率相同的情况下，体积大50%，重量重40%，并且国外发射机的数据采集量比我国的大1倍。因此急需研制一种全新的机载多功能火控雷达，特别是在发射功率加倍的情况下，发射机体积要缩小30%，重量要减小28%，外场维护时间要减少50%，这对发射机的整体结构设计提出了以往所没有的难度要求。

本文研究的机载火控雷达发射机采用了双行波管、模块化、多通道冷却等不同于以往行波管发射机的结构形式。把以往雷达中的主发射、指令发射、阵面电源3个分机集中设计安装在一台发射分机中。这对发射机的结构系统设计、抗振、散热、电磁兼容、可靠性、维护性等提出了很高的要求[2]，因此对该发射机整体结构及模块结构设计的研究具有重要意义。

1 设计要求

虽然该发射机集成了以往的3个分机，但是为了大幅度提高雷达各项性能指标，雷达整机对发射机的体积、重量、可维护性都提出了很高的要求。主要指标为：

1)安装在飞机前部；

2)外形≤503 mm × 300 mm × 224 mm(长 × 宽 × 高，不包含接插件等)；

3)重量≤44 kg；

4)与雷达框架刚性连接；

5)冷却方式为强迫风冷，25℃风温时，风量≤170 kg/h；

6)单元热耗≤1.8 kW；

7)主发射、阵面电源、指令电源都能在恶劣环境中连续工作。

为了满足雷达的各项指标要求，该发射机结构系统设计的指导思想是采用全模块化组件模式，发射机在保证满足体积重量及电讯指标要求的前提下尽量提高可靠性，降低发射机和组件的外场维护难度，减少组件的维护更换时间，这就对发射机系统的主体结构、组件结构、散热、绝缘等提出了特殊的要求。

2 发射机的组成及结构布局

2.1 发射机的组成

本文研究的机载火控雷达发射机的主要组件包括：配电器，逆变器，主发射高压电源，灯丝调制电源，控制保护，指令发射电源，阵面电源，主发射行波管，指令发射机行波管，机壳和风冷组件。

2.2 发射机的结构布局

以往采用模块化组件结构的机载火控雷达发射机由于功能相对单一，一般把发射机内电路设计成3～4个模块化组件安装在发射机内部，外部看不到内部的组件。本文研究的发射机由于功能的多样性、复杂性，在电路设计时必然使各组件内部较以往更加复杂，而且组件的数量也大大增加。因此，在发射机系统结构设计时就要进一步考虑发射机及组件的可靠性和可维护性，简化组件的安装、更换，减少发射机的整机调试步骤和时间。

在结构设计时首先把发射机分为主体框架和组件两大部分。主体框架主要负责承受发射机的重量、设置发射机与雷达框架的结构安装接口和发射机的主冷却通道进出风口，并且设计有安装组件的结构及电路接口。自制的组件主要通过插拔方式从发射机前部装入，通过螺栓、锁紧机构及插座与框架紧固。发射机的两个行波管从框架上部装入，输出波导从发射机上部导出，折弯后延上盖板平行输出与雷达馈线波导连接。发射机整体结构布局见图1。

图1 发射机整体结构布局示意图

2.3 发射机的主体结构

本发射机功能复杂、组件较多，在主体结构设计时必须首先满足发射机与雷达框架的安装结构及使用环境的强度要求。再次考虑到组件的模块化结构安装、维护、振动、外部的进风及内部组件的散热，同时又要满足发射机重量、体积等指标，因此其主体结构设计时外部采用了轻量化拼装结构，同时内部又设计有一体化的用于承重及集中散热的风冷板。发射机的主体结构框架主要由底座、侧板、上板、冷板及转接背板等组成。

发射机与雷达安装架的连接，首先通过发射机后部的两个衬套孔插入雷达安装架上对应的导销定位，然后通过前部的3个M8螺栓紧固。因此在发射机结构设计时把螺栓和衬套孔都统一设计在一个底座上，有利于提高螺栓间、衬套间及螺栓与衬套间的加工尺寸精度，同时又能减少与雷达安装架间的安装偏差。为了承受发射机的重量并满足大振动量级的环境要求，底座采用了高强度防锈铝锻造加工成型，并且设计有便于组件安装固定的导槽和紧固件。

发射机底座上部的结构件主要通过两侧的侧板和中间的加强框架采用紧固件连接。侧板上部和后部都装有盖板。上盖板分为前后两部分，能单独拆卸便于上部器件的拆装。前部盖板又兼顾设计有安装模块的倒槽，后部盖板又具有加强发射机主体框架刚强度的作用。发射机后下部安装有焊接了盲插插座的印制背板和结构刚度加强板，便于模块从发射机前部插拔安装，同时印制背板又与底座和冷板连接起到一定的加强框架刚度的作用。发射机主体结构框架见图2。

图2 发射机主体结构框架示意图

2.4 发射机的主冷板结构

发射机主冷板主要用于两个行波管的安装、冷却以及组件的辅助风冷通道。冷却风从冷板后部的圆形进风口导入，70%的风量供两个行波管冷却，从冷板右侧面导出，同时冷板的前侧还设计有3个圆形小型出风口以供不同的组件散热。

该冷板同时又作为发射机内部的中层支架连接侧板、后板等结构件，因此必须有一定的强度和刚度。在设计上该冷板底座采用了可焊接高强度铝合金，并且内部设计了加强结构，在经过与翅片及导热上盖焊接后，又对材料进行了强化处理，在保证其冷却散热作用的同时又能满足在强振动下上部安装的行波管和发射机的抗振性。主冷板结构见图3。

图3 主冷板结构示意图

3 组件的结构形式

3.1 组件的分类

由于本文研制的发射机集成了以往雷达的3个主要分机，因此发射机内部模块功能复杂，集成度高。在模块结构设计时，主要按功能分为7个模块。同时在结构设计时也按电压高低、热耗高低等几个方面进行了模块内部小组件的分类组合。

按电压高低分，高电压模块包括高压电源模块、灯丝调制模块、指令电源模块；低电压模块包括配电模块、逆变模块、控保前级模块、阵面电源模块。

按热耗高低分，高热耗模块包括高压电源模块、灯丝调制模块、指令电源模块、逆变模块；低热耗模块包括配电模块、控保前级模块、阵面电源模块。

3.2 组件的主要结构形式

该发射机在结构整体设计时，特别考虑了组件的可维护性、安装便利性，发射机和组件的可靠性、调试便利性，因此在设计组件主体安装结构时考虑采用独立的L形金属外壳封装模块，可以单独组装、调试，并且组件具有一定的插拔功能。由于组件内部既有低电压器件也有高电压器件，因此为了便于更换和减少电缆数量，各组件间的电连接分别采用定制的矩形低电压连接器和圆形高电压连接器。整个模块装入发射机后通过上下两个锁紧装置与发射机机架内导槽锁紧，前部有螺套与机架紧固。矩形电连接器采用钢材外壳和带双导销的盲插结构，其插头装在模块尾部，可以直接与装在发射机内部的走线背板上的插座插拔式连接。这种插座结构形式既能定位，又对整个模块起到一定的辅助固定效果，在振动状态下能减小模块的振动响应。普通模块结构见图4。

图4 普通模块结构示意图

3.3 特殊组件的结构

由于行波管发射机的特殊电讯原理，在该发射机的组件中存在集中了高电压、高热耗又较重的特殊组件[3]。而该组件还必须满足整机苛刻的温度、高度环境条件。因此该组件结构设计时除了采用L型插拔形式的外体结构外，模块还采用了全密封的结构形式以保证高电压器件在高空低气压下的可靠性。针对发射机热耗高的特点还在模块上设计了一体化的散热冷板结构，使主冷板分配出部分冷却风来单独给该模块散热。同时相较于其他模块，增加了固定螺钉的数量以提高其抗振性能。特殊组件结构见图5。

图5 特殊组件结构示意图

4 结束语

文中介绍了一种新型双行波管、多功能、高低电压混合组件的模块化、一体化机载发射机结构形式。该发射机结构尺寸、重量已接近国外最新同类型机载雷达发射机。该种结构形式有利于组件的大批量生产、调试和组件的互换性，大大减少了外场维护更换时间，适应范围广，可以延伸到使用电子管发射机的其他平台。

由于机载环境恶劣，同时组件的组装密度高，因此在提高整个发射机及内部组件的可靠性方面还有待进一步完善。

[1] 李宜钧. 重量优化设计方法及其在雷达结构设计中的应用[J]. 火控雷达技术, 1996(3): 10-17.

[2] 王成亮. 无人机载雷达发射机结构设计[J]. 电子机械工程, 2011, 27(3): 34-36, 46.

[3] 肖竑. 机载行波管发射机高密度高压电源结构设计[J]. 现代雷达, 2008, 30(11): 100-102.

[4] 邱成悌, 赵惇殳, 蒋全兴. 电子设备结构设计原理[M]. 南京: 东南大学出版社, 2001.

[5] 李康, 邵奎武, 王恒海, 等. 小型化机载指令发射机的结构设计[J]. 电子机械工程, 2012, 28(3): 20-23, 35.

Modular Structure of New Multifunctional Airborne Radar Transmitter

ZHU Jun，JING Min

(NanjingResearchInstituteofElectronicsTechnology,Nanjing210039,China)

The structure design of airborne fire control radar has more and more high requirements. Under the situations of doubled transmitter power and more complex function, the volume, weight, vibration resistance, heat dissipation and maintenance of the transmitter are of more strict requirements. This requires innovative structure research for airborne fire control radar transmitter. According to the requirements above mentioned, this paper discusses the main body framework structure design and the installation form of the double TWT, multi-function, high integration level transmitter in detail, introduces the modular classification of the transmitter internal components, emphatically discusses the structure and the installation form of the modular components with external plug type. The structure design of the transmitter satisfies the strict requirements of modern airborne fire control radar transmitter on functionality, maintainability, volume, weight and so on. At the same time, the reliability of the transmitter is sufficiently tested and the results indicate that the structure design has good stability and maintainability, and wide applicable scope.

modular; structure design; transmitter; airborne radar

2014-07-07

TN957.3

A

1008-5300(2014)06-0030-04

朱俊(1976-)，男，高级工程师，主要从事雷达发射机结构方面的研究工作。