刘文科，郑传荣，赵克俊，邓书山

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

A Turn-around Device for Large Power Transmission During the Radar Rotation

LIU Wenke, ZHENG Chuanrong, ZHAO Kejun, DENG Shushan

(No.38th Research Institute of CETC, Hefei 230088, China)

用于雷达大功率转动传输的电缆转绕装置

刘文科，郑传荣，赵克俊，邓书山

(中国电子科技集团公司第三十八研究所，安徽 合肥 230088)

A Turn-around Device for Large Power Transmission During the Radar Rotation

LIU Wenke, ZHENG Chuanrong, ZHAO Kejun, DENG Shushan

(No.38th Research Institute of CETC, Hefei 230088, China)

摘要：介绍电缆转绕装置的功能和结构组成；分析电缆转绕装置的特点：与汇流环相比，电缆转绕装置结构简单、重量较轻、安装方便，同时具有低维护性和良好的环境适应性；针对某大型雷达产品进行了电缆转绕装置结构设计；通过电缆载流试验证明了采用电缆转绕装置实现大功率转动传输的可行性。

关键词：转绕装置；拖链；电缆；载流试验

中图分类号：TN911. 7

文献标识码：A

文章编号：1001-2257(2015)07-0050-03

收稿日期：2015-04-17

基金项目：国防技术基础计划资助项目(Z312012B001)

作者简介：杜勇(1986-)，男，安徽合肥人，工程师，博士，主要从事雷达机电传动结构设计。 刘文科(1986-)，男，河南安阳人，工程师，博士，主要研究方向为特种机电技术。

Abstract：The function and structure of the cable turn-around device are introduced. The features of the cable turn-round device are analyzed. Compared with the slip ring, the cable turn-round device has a simpler structure, is more lightweight, is easier to install and maintain, and has better adaptability to the environment. A cable turn-round device was designed for a large radar product. The feasibility of the power transmission was demonstrated though the current load tests by using the cable turn-round device.

Key words：turn-around device;towline;cable;current load test

0引言

雷达是现代军事战争中的重要电子设备，其任务是探测、发现和跟踪敌方目标。随着雷达技术体制的不断更新和发展，现代雷达逐渐开始采用相位扫描代替传统的机械扫描工作方式，但是很多雷达其实仍会有一定角度的机械方位转动要求，即雷达地面设备与天线阵面设备之间仍然需要在一定角度范围内有相对转动。而以往雷达工作过程中，地面转台设备与天线阵面设备之间电源和信号的转动传输主要靠汇流环来实现[1-3]。

由于现代雷达逐渐向大阵面、大数据发展，因而对雷达传输功率的要求越来越高，某些大型雷达功率可达到兆瓦级。同时，出于转台内空间限制和制造成本因素的考虑，采用传统的汇流环进行传输已经不太适合。

针对这种情况，提出采用一种新型的电缆转绕装置，阐述了其工作原理、结构组成及特点，并举出产品设计实例，对于今后类似的雷达产品设计具有一定的参考意义。

1电缆转绕装置功能与组成

作为旋转组合传输装置的一种新型结构形式，电缆转绕装置主要由拖链、电缆、轴承内轴、外筒及其他附件所组成。其中，电缆放置在拖链内，拖链两端则分别固定在内轴和外筒上，内轴和外筒一个可固定，一个可转动，在工作过程中带动拖链以一定轨迹移动，从而可实现在雷达固定设备与转动设备之间的电源和信号等的转动传输功能要求，其功能如图1所示。

图1　电缆转绕装置结构及功能示意图

拖链是电缆转绕装置的重要部分，作为电缆移动应用的标准部件，目前已在生产设备、机器人和加工机器等诸多场合得到广泛应用[4]。拖链的作用主要是导引和保护电缆。一根拖链由众多的单元链节连接而成，各单元链节之间可在一定角度内相对转动。单元链节由链板、支撑板和连接件等组成。目前拖链的材质主要有工程塑料和不锈钢材料2种。相比较而言，工程塑料拖链质量较轻，经济成本低，且便于装配穿线以及后期调整维修。拖链的尺寸规格多种多样，可根据电缆转绕装置的实际需求进行选择。

2电缆转绕装置特征分析

与传统的汇流环结构形式相比，电缆转绕装置具有一些较显著的优点：

a.结构简单，重量较轻，制造成本相对较低。

b.可实现相对较大的功率传输，后期增加电缆、光缆等简单方便。

c.对电缆无严格要求，柔韧性较好的电缆即可，可多根排列；针对实际所需要的电缆外径、数量、弯曲半径等参数选用不同尺寸规格的拖链[5]。

d.电缆安装方便灵活，维修更换简单。拖链链节采用标准模块化设计，链节结构一体化，使用一根螺丝刀即可实现对其安装和拆卸。

e.良好的环境适应性和较低的维护性。

但是，电缆转绕装置也有其自身的一些局限性，例如由于受空间限制，对电缆弯曲半径有一定要求，而且只能在一定角度范围转动或移动，无法实现整周连续转动传输，因此电缆转绕装置主要适用于对结构不太紧凑、仅需在一定角度范围转动的场合。

3电缆转绕装置结构设计

3.1　技术要求

某大型相控阵雷达需传输的电源功率较大，达到4 MW，同时还有部分光信号和控制信号的传输。因此，电缆总数量较多，可达120多根。天线转台内空间尺寸为4 m(直径)×2 m(高度)。雷达在工作过程中，天线阵面不需要整周连续旋转，仅在-190°～ +190°的角度范围内实现方位转动。

3.2　结构设计

考虑雷达的大功率、大尺寸及一定角度范围转动的技术要求，采用电缆转绕装置的结构形式较为合适。电缆转绕装置主要由拖链、电缆、外筒、内轴、轴承等零部件组成。根据电缆数量和尺寸大致确定拖链宽度和高度，雷达天线座旋转行程和外筒、内轴尺寸则决定了拖链弯曲半径、工作位置和电缆长度等相关参数。整个电缆转绕装置的结构尺寸由此可最终确定。电缆转绕装置在-190°、0°和+190°典型工作位置如图2所示。

图2　电缆转绕装置工作位置

拖链内电缆的空间排布也是雷达电缆转绕装置的设计重点，涉及到动力学和传热学等多个方面。一般遵循的原则是根据电缆直径和重量进行排布，直径大、重量重的尽量排在下部，直径小、重量轻的排在上部。保证机构在转动时重心较稳，不会出现晃动、侧翻等现象。另外，由于电源电缆数量多，发热量较大，在排布时可增加分隔片，使电缆之间保持一定的间距，这样既有利于及时散热，提高电缆系统的使用寿命，又避免了线缆之间相互缠绕可能造成的电缆损坏[6]。该产品中，一组电缆转绕装置包括2根拖链。单根拖链内电缆截面排布示意如图3所示。

图3　拖链内电缆排布位置

3.3　电缆载流试验

3.3.1　试验条件

为了掌握电缆在工作电流条件下的温升情况，对电缆转绕装置中的所有电缆进行电流加载试验[7-8]。试验在电流加载试验系统上进行。试验加载的电流为250 A。采用热电偶分别对电缆温度进行测试。选取了包括外部环境在内的7个采集点位置进行测试，如图4所示。测试记录时间间隔为10 min。

图4　电流加载试验温升测试

3.3.2　试验结果与分析

电缆的温度变化曲线如图5所示。从图5中可以看出，当加载时间为从0～50 min时，电缆温度急剧上升；随着时间的增加，电缆温升幅度逐渐减小；当加载时间到达100 min左右，电缆温度变化不明显，温升已趋于稳定。这是因为：刚开始时，电缆自身的发热量较大而向外界的传导热量很小，故温升较快；而随着时间的增加，电缆自身的发热量尽管也大于向外界的传导热量，但差距逐渐减小；最后，电缆自身的发热量与向外界的传导热量基本达到平衡，因而温升也趋于稳定。

图5　电缆温度变化曲线

测试结果表明：拖链外电缆比拖链中电缆温度低，这是因为电缆在拖链外，散热条件更好；同理在拖链中，电缆线束中的温度与单根电缆的温度也不相同，线束中的温度更高，且电缆排布越密集的地方温度越高；此外，电缆芯线温度则明显比电缆表面温度要高，当加载250 A电流时，120 min温度稳定后的电缆芯线温度为58.2 ℃，其温升为32.0 ℃，此条件能够满足雷达环境使用要求，同时对周围环境也基本无影响。

4结束语

电缆转绕装置可完成在雷达地面设备与天线阵面设备转动部分的大功率电源和光信号、控制信号等的转动传输功能要求。与汇流环相比，电缆转绕装置具有结构简单、重量较轻、安装方便、低维护性和环境适应性好等特点。设计及试验结果表明，采用电缆转绕装置来实现雷达的大功率转动传输是切实可行的。

参考文献：

[1]吴凤高. 天线座结构设计[M].西安：西北电讯工程学院出版社，1986.

[2]张武. 汇流环接触问题分析[J]. 火控雷达技术，2009，38(3):78-82.

[3]李坤芝. 导电滑环技术研究[J]. 舰船科学技术，1994(5):56-58.

[4]李斌贵. 国外拖链供电技术简介[J]. 建筑机械，2005(4):89-91.

[5]于丽萍，徐增强，郭强. 海洋平台电缆移动装置设计[J]. 装备制造技术，2012(11):138-140.

[6]邓书山，赵克俊，康成彬，等.某雷达电缆转绕装置设计及温度测试分析[J]. 科技资讯，2014(16):123-124.

[7]范玉军，张书鸿，何光华. 电力电缆载流量试验的温度测量方法研究[J]. 电力设备，2007，8(9):12-15.

[8]郑雁翎，王宁，李洪杰，等. 电力电缆载流量计算的研究与发展[J]. 电线电缆，2010(2)：5-9.