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高亚新
(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)
天线罩是天线系统的重要部件，它在天线周围形成一个封闭的空间[1]，主要作用是保护天线，避免其受到雨雪、冰雹、盐雾、沙层等环境因素的侵扰，同时它又具有良好的透波性能。天线罩设计时需要综合考虑结构形式、罩壁厚度、材料选择及工艺方法等多种要求[2]。合理的结构设计不仅能够提高设备的维修性，而且使外形与装备融为一体。
随着测控技术的发展，天线罩在高性能、高透波、宽频段、低质量等方面提出了更高的要求[3]。某型机动测控站具备测控、通信等功能，真正实现了“一车一站”的设计要求。其前段电站舱顶部安装有S波段卫通天线、惯导天线和Ku频段天线等多种尺寸不等设备，为了保护这些天线不受外部环境的腐蚀，将天线罩设计为拱形结构，外形与后段电子设备方舱一致，既保证了整车外观，又能满足系统的伪装要求。根据总体要求，在满足天线透波的前提下，天线罩需具备自动开启与关闭功能，方便人员进入电站舱顶对设备进行维护。
目前使用的天线罩一般分为薄壁罩和夹芯罩，由于拱形罩外形尺寸达到3 920 mm×2 500 mm×400 mm，所以选用具有较高的弯曲强度和比刚度的夹芯层罩。根据天线的战技指标，同时考虑机械强度等综合因素，天线罩采用A夹层结构形式，它的优点是结构力学性能好，主要用作对副瓣天线要求不高的卫星通信或者卫星遥感天线罩。经电讯仿真计算，确认天线罩厚度为10.7 mm，夹层材料选用纸蜂窝，蜂窝芯厚度为10 mm，蜂格长2 mm；
蒙皮材料选SW-210玻璃布预浸料，固化后单层厚度为0.1 mm，内表面铺2层蒙皮，外表面铺5层蒙皮。
由于天线罩为复合材料制成，为了保证举升过程中具有足够的刚性，同时不影响天线的透波性能，在天线罩下口端预埋铝制框架，作为天线罩的主要承力区域，框架内镶嵌钢丝螺套，作为天线罩的连接接口，为了减轻天线罩整体重量，框架增加减重孔，内部填充纸蜂窝；
考虑天线罩尺寸较长，在框架两端增加支撑杆。经过核算，天线罩总重量约为60 kg。天线罩安装如图1所示。
图1 天线罩安装示意
由于天线罩内部天线较多，为了方便维护，天线罩展开高度需要具备足够的人员进出空间。天线罩展开主要有两种动作方式：翻转式和升降式。升降式将天线罩垂直举升，需要考虑举升装置同步性问题，为了防止天线罩卡死损坏，往往还需要增加导向装置；
翻转式是天线罩围绕某一轴进行翻转的方式，设计时重点考虑举升绞点的布置。相对升降式而言，翻转式结构设计简单、占用空间小，可以直接拆除推杆，人为举升轻便。本设计确定天线罩采用翻转方式展开。
受电站舱内部电站和液冷源设备布局影响，可供天线罩举升的空间有限，只能将执行机构布置于电站和液冷机组中间区域，狭缝宽度为50 mm。常规的举升方式主要有液压式和电动式两种，但是采用液压举升方法还要考虑泵站的布局，无疑增加了设计难度。综合考虑推杆的推力、行程及动作空间，选用直流电动推杆作为执行机构。
本系统选用电动推杆型号为HLZ31，其额定推力1 200 N，行程800 mm，举升速度30 mm/s。天线罩及电动推杆受力如图2所示。
图2 推杆举升
所选电动推杆的推力完全满足举升需求，且有一定的安全系数保证。
将天线罩翻转到30度后，电动推杆停止，此时天线罩最大开口尺寸为1 093 mm，方便人员进出电站舱顶部，具备足够的人员维修空间。
由于天线罩呈拱形结构，长度为3 920 mm，且举升连接点仅有一个，天线罩内部悬空，其刚性较差，所以在举升过程中需要充分考虑受力情况，防止天线罩受损。
建模时，将天线罩作为柔性部分，电动推杆采用刚性体建模，柔性部分复合材料与铝框架采用壳单元建模，总网格数12 000。天线罩边界在销轴位置，释放轴向旋转自由度，刚性体一端与地面约束，另一端与天线罩支撑点铰接。
天线罩相关材料力学信息如表1所示。
通过仿真软件对结构进行动力学仿真计算，结果如图3所示。
很明显，推杆在启动初始过程应力和变形最大，天线罩受力和变形随时间变化如图4所示。
根据受力特性判断，在展开瞬间时，电动推杆力臂最小，推杆需要的最大推力约为800 N，平均推力在400 N左右，此时天线罩与推杆铰接点受力最大，天线罩前端点最大变形为8 mm。在整个举升过程会存在高频的小振动，振幅在4 mm左右，主要是天线罩尺寸
表1 材料力学信息
图3 启动时应力
较大，举升点较少导致。通过力学分析，天线罩最大应力达到31.1 MPa，最大变形为8 mm，满足材料强度。
图4 翻转过程推杆前端点的受力和变形随时间变化曲线
生产过程的关键在于蒙皮固化温度的控制。该天线罩在两次固化过程中温度控制相同，升温速度为2 ℃/min，温度升至80 ℃时保温0.5 h，后再升温至130 ℃，保温2 h；
在降温过程中，速度控制为2 ℃/min，冷却至室温。
天线罩生产工艺流程如图5所示。
图5 天线罩生产工艺流程
本文针对某型一车一站式测控设备的总体结构要求，设计了一种可翻转天线罩，并对举升过程中的受力情况进行了详细分析，解决了小空间内举升布局和多天线防护与维修难题。经过整机系统使用验证，天线罩升降稳定，刚强度满足要求。
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