军用地面雷达装载设计技术探讨.doc

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    摘  要：提高地面雷达机动性是对付雷达所面临“四大威胁”较为有效的措施，而机动性的提高很大程度取决于运载系统的性能。文章从载车选型、载车改装、性能计算等几方面就军用地面雷达装载设计中的一些问题谈了自己的思想，与大家共同探讨。
?  关键词：雷达机动性；装载设计；载车选型；载车改装
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1引言?
    近年来的几次局部战争充分表明了现代和未来战争的高技术特点。这样的战争环境中，雷达正面临着电子干扰、隐身飞机、反辐射导弹及低空超低空突防的严重威胁。在雷达对付这“四大威胁”的诸多措施中，提高机动性是一种较为有效的手段。现代军用雷达和各类军用装备的研制过程中，机动性同可靠性一样已成为必须考虑的重要指标。地面雷达的机动性是指其快速转场（含架设/撤收、运输），易地展开工作的能力，它使得雷达能免遭敌方的攻击和杀伤，并充分发挥作战效能。?
    随着固态发射技术、微电子技术等在雷达中的不断应用，雷达设备的体积和重量越来越小，已不成为影响机动性的主要因素。在此情况下，地面雷达的机动性很大程度上将取决于运载系统的性能。以汽车为主体的轮式运载系统现在和将来都是战场地面运输的主要形式，国外在此方面进行了深入的研究，如加速汽车的更新换代，装备的车载化及方舱技术的广泛应用等。本所在地面雷达装载设计方面做了很多的技术研究，如机动轮组、自动调平、托盘化装载以及汽车自发电等，有的已应用到具体的雷达产品上。本文就是在这些工作的基础上，针对雷达装载设计中存在的一些问题提出自己的看法，与大家共同探讨。?
2载车选型
    一套完善的运载系统应是载体（方舱、货盘托架或平台）、车辆（牵引车、挂车或机动轮组）和附属设
备（升降机构、吊拉索具）的有机组合，它能够在恶劣的环境（道路、气候、场地）条件下和规定的时间内实现雷达设备的安全转场。?
    载车的选型是地面雷达装载设计所面临的首要问题，它直接影响到整套装备的机动能力。在进行载车选型时，应遵循如下基本原则：?
        (1)优先选用国产列装越野汽车。这是我国军用机动型雷达必须遵循的一条原则，GJB74A-98“军用地面雷达通用规范”对此有专门规定。?
        (2)越野汽车的机动性符合GJB1380-92的规定。雷达等军用装备一般都要求配备越野车。这种车由全轮驱动，具有较高的通过能力，适于坏路或无路地区使用。按照越野运行时的厂定最大总质量，越野汽车分为轻、中、重和超重等四个类型（军用地面雷达载车多为中型和重型越野车），每种车的机动性能必须经过考核并符合GJB1380-92中表2的指标要求。具体选型时允许适当剪裁，但必须得到军方的认可。?
        (3)动力性和制动能力强。越野汽车的比功率
??Pd=7.5-11kW/T       (5T<ma<20T)?
式中，ma为载车总质量。?
    要求具有行驶制动、紧急制动和驻车制动能力，重型以上的越野汽车必须双管路制动。?
        (4)可靠性要求：?
    汽车使用寿命不低于500000km；?
    故障间隔里程不少于2500km；?
    专用作业装置可靠性不少于2000次。?
    军用越野汽车气候适应性要求符合GJB1763-93。?
        (5)二类底盘要便于改装并提供改装手册。 一般情况下，为了装运雷达天线或方舱要对二类底盘进行改装。改装的目的一是扩展装载面尺寸并设置固定接口，二是开发利用汽车动力兼顾装卸作业和供电，汽车改装应遵循有关的标准和手册，以不损害汽车原有性能为基本原则。?
        (6)性能/价格比要高。这也是载车选型中需要考虑的重要因素之一。?
我国越野汽车型谱不是太完善，可供选择的余地较小，特别是重型车很难选到完善的车型，这给雷达装载设计带来了很大的困难，需要军方和有关部门的大力支持和帮助。?
3载车改装
    雷达载车属于专用汽车范畴，是一种装置有专用设备，具备有专用功能，用于承担专门运输任务或专项作业的汽车。?
    对所选定的专用汽车底盘车架的改装应与雷达设备的机动性要求结合起来考虑，不应只是配个机械绞盘和随车吊，或者只是扩展装载平面，设置紧固接口等。随着专用汽车技术的快速发展，利用汽车动力使其在完成运输任务之余兼有装卸等功能的技术和产品日趋成熟，这为缩短雷达装拆过程提供了一个简便而有效的手段。?
    底盘车架的改装可以从如下几个方面考虑：汽车自行装卸、汽车自发电、拦板起重装置、机动轮装置。下面分别加以论述。?
3.1汽车自行装卸
    汽车自行装卸国外称之为PLS（Palletized Load System），即托盘化装载系统或整装整卸车（如图1所示）。自20世纪70年代初在英国问世以来，由于它具有普通卡车无可比拟的独特优点，80年代以后倍受西方各国军界的青睐而竟相发展，曾被美陆军列为未来20年重点发展的十大后勤装备之一。1995年以后国内也有了这方面的技术成果和产品并开始在军品的装载运输中得到成功应用，延伸到雷达装载的条件也已成熟。?
这种自行装卸系统以列装越野汽车二类底盘为基体改装而成，除底盘外主要包括（载）货（托）盘，升降机构、操作系统、附件等几个部分，核心是升降机构。其工作原理并不复杂，结构形式也大同小异，但却具有一专多能、自主性强、结构紧凑、省时高效等诸多优异性能。特别是在野战条件下，1名驾驶员借助单车动力将满载货盘装上车（或卸下地）耗时不超过1分钟；空载、升降机构复位后，与一般卡车没多大区别，还可以另做他用，如牵引挂车和从事救援等。?
3.2汽车自发电
    汽车自发电指的是利用汽车发动机来带动同步发电机进行发电，部分或全部地取代专用油机向工作装置供电，从而简化装备和缩短雷达开/关机时间，一举多得，经济而实用。它的实际应用必将对雷达等军用装备的机动供电产生积极影响。?
　
    这种供电系统主要由取力装置、发电装置及操控（操作、调整、监控）装置组成，大多安装在汽车底盘主梁内/外侧，不挤占装载空间。这种供电系统的开发研制过程中必须特别注意解决好三个方面的问题：?
    ·发电装置的安装条件、环境条件等相对恶化，对系统可靠性、维修性的影响必须充分考虑；?
    ·利用电子调速器对发动机进行调速非常重要，是确保供电品质的关键；?
    ·尽力使发电装置与汽车发动机在功率、转速等方面保持一定的适配性，避免长时间怠速运转损害发动机的寿命。?
3.3拦板起重装置
    国外将其称为汽车升降尾板、动力尾板（门）等，因其安装于汽车尾部而得名，按国内标准则称作拦板起重装置（见图2）。其基本原理是借助于液压驱动的四连杆机构使汽车后拦板翻转（水平~垂直）并满载水平升降，装卸货物省时高效，机械化程度高。?
    它的第一代产品诞生于20世纪30年代，如今在国外已经发展到第七代产品。1992年以后这种装置开始在国内发展，现已形成标准并有定型产品投放市场，技术指标逐步靠拢国际水准。深圳凯卓立液压设备有限公司与意大利安达公司合作，联合推出新一代CA-R98系列铝合金折叠式尾板和CA-98系列铝合金非折叠式尾板，最大承载能力前者为2000kg，后者3000kg，具有较高的技术含量，适合于2.5~10T底盘安装使用。?
    这种装置的早期动力来自于汽车发动机，通过取力器带动油泵驱动。目前基本上都以汽车电瓶为动力源，用微型液压泵站驱动。?
    将这项成熟技术引入雷达系统的装载设计并不很困难，而且经济实用，还可能产生不同寻常的意义和效果。?

3.4机动轮装置
    由于摆脱了对专用汽车底盘的依赖，方舱、特别是大板方舱成为当今军用电子装载方式的首选。而方舱的发展应用又迫切需要一种快捷方便而又安全可行的装卸方式，于是继方舱滑行轮、举升机构之后，机动轮装置又应运而生。这是一种行走装置，与电子方舱等载体接合可以形成低重心全拖系统，从而可长途随行或越野。图3所示为华东电子工程研究所研制的机动装置。?
    在“军用电子方舱机动轮通用规范”（SJ20499-95）中将机动轮产品分成DS-I、DS-II、DS-III、VM-II、VM-III等5种型号（DS-端装式、VM-底装式，I-轻型、II-中型、III-重型），其中DS-II型产品1995年已经批量生产，为雷达配套使用并出口国外，其最大优点是：?
    ·重心低，最小离地距离385~485mm（可调）；?
    ·或分或合方便快捷，完成舱/轮之间的合成或分解不超过4人15分钟；?
    ·运行特别平稳，一般道路条件下进入载体的冲击不大于1.5g。?
    这些优点为高机动雷达的装载方式提供了一种新的选择，必要时还可选用底装式，它的开发研制条件也很成熟。?
4改装车总体参数确定?

在进行载车改装时，必须对整车总体参数加以确定。整车总体参数包括尺寸参数和质量参数两大部分。
　
4.1尺寸参数
    尺寸参数一般包括外廓尺寸、轴距、轮距、前悬和后悬。?
    ·外廓尺寸?
    外廓尺寸即整车的长、宽、高，由所选汽车底盘及工作装置确定。最大尺寸应满足相应的规定，如GB1589-79就明确规定：车辆高不超过4m；车辆宽（不包括后视镜）不超过2.5m；外开窗、后视镜等突出部分距车身不超过250mm；车长：货车不超过12m,半挂车汽车列车不超过16.5m，全挂汽车列车不超过20m。?
    雷达载车大多要求越野，最好能直接开到火车平板上进行运输，甚至兼顾大型运输机空运，这样限高4m就远远不够了。上装可以很方便地与载车分解开来分别运输，顶部需与火车限界相吻合才有可能，真正实现起来是相当困难的，以至于有时候不得不借助于低重心挂车或DS机动轮等。?
    ·轴距?
    轴距影响到车辆总长、最小转向直径、纵向通过半径或纵向通过角、轴荷分配和质量转移系数，也影响到车辆的操纵稳定性和行驶平顺性。?
    ·轮距?
    轮距影响到车辆总宽、横向通过半径、转向时的通道宽度以及车辆的横向稳定性。轮距要与车宽相适应。?
    ·前、后悬?
    载车的前、后悬直接涉及到载车的接近角和离去角，一般要求都在25°以上， 至少不小于20°。前悬应满足载车接近角和轴荷分配的要求。后悬应满足载车离去角和轴荷分配的要求，同时应满足有关标准的规定，即对于方舱式车辆，后悬不得超出轴距的0.65倍；而对于其它车辆，后悬不得超出轴距的0.55倍，但最长不得超出3.5m。?
雷达载车改装时，前、后悬的确定也应遵循这样的规定。后悬过长，上下坡易着地，转弯也不灵活，影响车辆的通过性、转弯等操作使用性能。对后悬长度的限制在GB7258-87中有具体规定，必须遵照执行。?
4.2质量参数
    载车的质量参数包括载车质量m0、上装质量me、总质量ma、轴载质量等。?
    载车质量是一个重要的设计指标，对载车的动力性和经济性有很大影响。据估计，载车质量减少10%，可使经济性提高8.5%。因此，应尽量减少载车质量，但同时应考虑所受条件如公路条件、原材料质量、制造工艺水平等的制约。?
    总质量是载车装备齐全，满载货物及乘员时的质量，即：??
         ma = me + m0 + mp（1）??
式中，mp为乘员质量。?
    载车改装时，为了弥补上装质量的下降，可采用原底盘车允许的量大总质量，合理地利用原车底盘的超载能力。一般最大允许可超过总质量的5%左右。?
    最大上装质量和载车质量作为最大总质量的两大组成要素必须保持一定的匹配关系，最大上装质量不得等于更不能大于载车质量。?
    最大轴载质量是载车在公路行驶时使用受限制的一个技术参数。确定最大轴载质量时要满足车辆使用的法规要求，我国JT701-88“公路工程技术标准”对不同总质量汽车的轴载质量作了明确规定。最大轴载质量的选定除了要符合公路法规外，还要满足轮胎的负荷能力。
    改装后的载车轴载质量分配应尽量和原车型靠近。在确定轴载质量分配时，还应满足以下原则：?
    ·轮胎磨损均匀；?
    ·允许轴载质量的限制。允许轴载质量有相应限值及系列标准；?
    ·轮胎负荷系数。指轮胎所受到的静负荷与轮胎额定负荷之比，一般取0.9 ～ 1；?
    ·操纵稳定性；?
    ·质心位置。在横向，应使左右车轮的承载质量分配均等，其最大偏差不得大于3%～4%。在纵向，要  满足前面提到的轴载质量分配条件。在高度位置，应使质心尽可能低。从车辆稳定性考虑，质心高度应满足：?
    保证车辆不发生侧翻，要求
??

                               
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    式中，B为载车轮距（m）；b为整车质心至后轴中心线的水平距离（m）；hg为整车质心至地面的高度（m）；φ为路面附着系数，一般取φ=0.7；β为侧倾稳定角（°）；α为纵倾稳定角（°）。?
         GB 7258-87 “机动车运行安全技术条件”中明确规定侧倾角为β≥35°就是根据（2）式得来的。?
5改装车性能计算?

为了检验整车参数选择是否合理，使用性能参数能否满足要求，在雷达装载设计过程中要对载车性能参数进行计算。一般要涉及到整车动力性、燃油经济性等主要性能的计算。?
5.1动力性计算
    载车的动力性可由其行驶方程式表示，计算公式为：?

                               
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式中，Te为发动机输出转矩；ig为变速器某一挡的传动比；io为主减速器速比；η为传动系统某一挡的机械效率；rd为驱动轮的动力半径（m）；μ发动机外特征修正系数。?
    ·滚动阻力??
   

                               
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式中，α为道路坡度角（°）；f为滚动阻力系数。?
    ·坡道阻力??

式中，v为载车的行驶速度（km/h）；CD为空气阻力系数；AD为迎风面积（m2）。?
    ·加速阻力??
           Fj=δma j     （9）??
式中j为汽车加速度（m/s2）；δ为传动系统回转质量换算系数。?
    公式（4）是载车驱动力和行驶阻力的平衡方程式，由此可计算出评价载车动力性的三项指标，即最高车速、最大爬坡度和加速性能。具体计算公式及示例见参考文献〔1〕。?
5.2燃油经济性
    载车的然油经济性通常用车辆在水平混凝土或沥青路面上以经济车速v满载行驶的百公里耗油量来评价，也称百公里油耗或等速百公里油耗Q，计算公式为：
??
式中，Pe为发动机的有效输出功率（kW）；ge为发动机的比油耗量（g/kW·h）；γ为燃油的重度，汽油可取γ= 6.96～7.15N/L，柴油可取γ=7.94～8.13N/L。?
　


6发展趋势?

要提高地面雷达的机动性，则必须有现代化的车辆装载系统。各国也都认识到了雷达装载系统的重要性，投入了很大的经费和研究力量。?
地面雷达装载系统现代化主要体现在以下几个方面：?
   （1）载车多用途化。载车除了装载运送雷达设备外，还可直接别作它用，如牵引挂车和从事救援等；?
   （2）载车底盘专业化。载车底盘正朝系列化、专业化方向，以满足特殊的需要；?
   （3）轻小型化。近年来，随着新材料、新技术的不断应用，载车正在朝着高强度、轻质量的轻小型化方向发展；?
   （4）标准化、模块化。将构成运载系统的要素划分成一系列模块，根据先进的标准，形成规范化系列产品。载车系统的模块化设计有助于提高产品的性能和质量，也有利于雷达和各类装备的统一配置。?
7结束语?

要适应现代战争环境，地面雷达必须有极高的机动能力。雷达机动能力可从雷达系统设计、结构设计以及快速架撤和转移等方面加以考虑。?
    雷达运载系统的性能很大程度决定了现代地面雷达的机动性。本文从载车选型、载车改装、性能计算等几方面就军用地面雷达装载设计中的一些问题进行了探讨,提出了一些应该注意的问题。
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1徐达，蒋崇贤.
专用汽车结构与设计. 北京：北京理工大学出版社，1998

军用地面雷达装载设计技术探讨