□王晓红 □彭 超

中国电子科技集团公司 第38研究所 合肥 230088

机载雷达天线单元耐久试验研究

□王晓红 □彭 超

中国电子科技集团公司 第38研究所 合肥 230088

机载雷达天线单元耐久试验时间要求为12.5 h，条件苛刻。通过对天线单元样件开展耐久试验，验证样件承受耐久试验的能力，然后依据样件试验结果改进正样设计，进而确保天线单元正样顺利通过耐久试验。实践证明，先样件后正样的方法合理有效。

雷达；天线；测试

机载电子设备在使用和运输过程中会受到振动和冲击等复杂力学环境的作用[1]，这种作用常导致电子设备中元器件焊点断裂、管脚损坏和紧固件松动等故障，会大大降低机载电子设备的可靠性[2]。为了确保机载电子设备的安全可靠，要求在产品研制过程中开展各种力学验证试验，其中就包括耐久试验[3]。耐久试验的量值由设备生命周期中经历的力学环境决定，而具体试验时间与设备随载机的飞行小时[4]直接相关。随着科技的发展，载机服役时间大大延长，因此对载机设备的寿命也提出更高的要求，这就造成了耐久试验时间延长，条件更为苛刻。在这样的背景下，如何确保产品顺利通过耐久试验，已成为机载电子设备研制过程中备受关注的问题。

某机载雷达规定天线单元需经历X、Y、Z三个方向的耐久试验考核，振动量加速度均方根值为4.87g[5]，每个方向振动时间为12.5 h。针对如此苛刻的试验条件，笔者对如何开展耐久试验进行了研究。采用对天线单元样件开展耐久试验的试验方案，验证样件是否能通过耐久试验的考核，并根据样件试验结果，改进设计，确保天线单元正样顺利通过耐久试验。

1 试验方案

天线单元为复杂系统，包括结构件、电信件和相关附件，为节约时间与经济成本，在不影响试验验证效果的前提下，对天线单元进行了简化处理。结构件和一些附件完全采用真实结构，电信件和另一些相关附件参照电信件的结构特点，以真实件为基础[6]进行简化模拟，形成模拟件来代替真实件。天线单元样件的安装接口与真实天线单元完全相同，并且外形、尺寸、质量、质心位置也基本相同。经分析，采用以上模拟件的天线单元样件与真实的天线单元振动特性基本一致。天线单元样件主要包括支架、轴承座、端轴和天线阵面等，如图1所示。

图1 天线单元样件示意图

试验过程中，在天线单元敏感位置布置加速度传感器[7]，目的有三个：首先，获取敏感位置的响应数据，为安装于此处的元器件、分机等的研制提供振动设计输入；其次，监测敏感点的响应，评估其放大情况，如果出现不合理放大，则需要对相应结构进行改进；最后，监测整个试验过程的响应数据，可以为判断样件状态提供依据，当监测数据出现异常时，也可作为定位故障位置的依据。

根据以上目的，并结合结构特点，试验过程中在天线单元的前后轴承座、天线阵面框架、支架及一个分机安装位置布置多个加速度传感器。部分测点布置如图2所示。

图2 测点布置图

2 试验数据及分析

天线单元三个方向的耐久试验共累计37.5 h，分两个阶段进行，第一阶段进行了22 h，第二阶段进行了15.5 h。每个阶段都进行了数据测试，测试数据庞大，笔者挑选典型数据进行列举分析，其余不再赘述。

2.1 测试数据概况

以第一阶段的测试数据为样本，提取各测点测试过程前期、中期和后期的数据，数据谱线如图3所示[8]，具体数值见表1。图3中，15 Hz是本次试验的下限频率，2 000 Hz是本次试验的上限频率。

表1 测点数据

分析各测点的数据发现：首先，各测点在整个试验过程中测试数据前后一致性比较好，谱形相同，均方根值相差不大；其次，各测点的放大倍数不大，均在可接受范围内；最后，随着耐久试验的进行，各测点的均方根值总体上出现增大的趋势，说明试验件刚度有弱化现象。

2.2 突变测试数据

在耐久试验累计进行了22 h后，发现各测点的响应数据出现突变，具体数值见表2。马上停止振动，中断试验。对振动激励系统、测试系统、工装、天线单元试验件等进行全面检查，寻找数据突变的原因。

经检查发现，振动激励系统、测试系统、工装均未出现异常，而天线单元有个端轴在安装法兰盘处出现裂纹。分析认为，由于端轴出现裂纹导致振动传递效率降低，因此测试数据出现突变。

图3 测点数据谱线

表2 突变前后数据

2.3 端轴改进后测试数据

将改进后的端轴装入天线单元样件中，继续进行剩余15.5 h第二阶段的耐久试验。各测点测试谱线如图4所示，具体测试数值见表3。

图4 轴端改进后测点数据谱线

表3 端轴改进后测点数据

端轴改进[9]后，天线单元测试数据恢复正常，从而进一步证明端轴裂纹是引起测试数据出现突变的原因。

完成第二阶段15.5 h的耐久试验后，除更换过的端轴，天线单元样件完成了各方向12.5 h即三个方向累计37.5 h的耐久试验。但是，考虑到更换过的端轴从试验中断点继续进行的试验不能保证满足试验要求[10]，因此需继续对天线单元样件进行22 h试验，直至更换过的端轴也完成累计37.5 h的耐久试验考核，试验结束。

3 结束语

天线单元样件顺利完成耐久试验。通过此次试验得到以下结论：第一，振动会引起结构松动，特别是长期的振动试验，随着试验的进行，刚度弱化比较明显；第二，监测数据及时预测了结构故障，避免了更大损失；第三，故障定位准确，改进措施有效；第四，分机安装处的振动数据可为后期分机的研制提供数据支持；第五，依据试验结果进行改进设计，提高了后期正样产品的可靠性；第六，天线单元能够承受耐久试验的考验，并且还具有一定余量。试验达到了预期目的，取得了圆满成功。实践证明，此种耐久试验方案合理有效，可以为后期开展类似试验提供参考。

[1] 任建峰.电子设备结构动力响应研究中的关键技术[D].西安：西安电子科技大学，2006.

[2] 刘继承，周传荣.某机载雷达天线振动试验夹具设计[J].振动、测试与诊断，2003，23（ 3）:210-212.

[3] 军用装备实验室环境试验方法第16部分:振动试验：GJB150.16A—2009[S].

[4] 徐明，马升.关于振动耐久试验量值和持续时间方法的讨论[J].航空标准化与质量，2003（ 5）:36-41.

[5] 郑志国，王宇峰.随机振动中的参数介绍及计算方法[J].电子产品可靠性与环境试验，2009，27（ 6）：45-48.

[6] 汪奕,孙为民.某雷达天线轻量化缝隙波导模拟件设计[J].电子机械工程，2013， 29（ 2）:34-36，40.

[7] 胡志强,法庆衍,洪宝林,等.随机振动试验应用技术[M].北京：中国计量出版社,1996.

[8] 施荣明.飞机结构振动设计与试验[M].北京：航空工业出版社,2014.

[9] 王朋,乔扬,房景仕.某机载雷达天线端轴断裂原因分析与结构改进[J].电子机械工程,2016，32（ 1）：16-19，47.

[10]卢彩铃,康宁民,郑应强.对随机振动试验方法的探讨[J].环境技术,2010（ 6）:22-26.

The required time for durability test of airborne radar antenna unit is 12.5 h,the requirement is harsh.Through the endurance test of the sample piece of antenna element,the ability of the sample piece to withstand the durability test was verified，and then the design of the prototype was improved in reference of the sample test resultsin an attempt to ensure the antenna passing the endurance test.Practice has proved that it is reasonableand effectivetotest thesamplepiecefirst followed by theprototype.

Radar；Antenna；Test

TH123

A

1672-0555（2017）03-048-04

2017年1月

王晓红（1976—），女，硕士，高级工程师，主要从事雷达结构力学试验和仿真工作

（编辑：小 前）