CN104149966A - 集成瓦片式天线阵面的气囊 - Google Patents

Abstract

本发明涉及集成瓦片式天线阵面的气囊。包括囊体和压力调节系统，所述囊体为球形；囊体的中部外表面均布固定设有瓦片天线形成环状的天线阵面；天线阵面上方的囊体上设有环状的上保形张拉环，下方的囊体上设有环状的下保形张拉环；所述上保形张拉环、天线阵面和下保形张拉环同轴；所述上保形张拉环上和下保形张拉环上分别均布设有四个以上的张线拉索。本发明实现了瓦片式天线阵面和柔性囊体的快速连接安装，囊体蒙皮张力的有效控制和气囊与浮空器的可靠集成，可有效降低天线阵面安装结构重量；本发明为实现雷达载荷与浮空器平台的一体化设计、充分利用浮空器内部的巨大空间提供的可靠的基础。

Description

集成瓦片式天线阵面的气囊

技术领域

本发明属于浮空器技术领域，具体涉及一种用于集成瓦片式天线阵面的气囊。

背景技术

浮空器具有长期的滞空能力，搭载探测的探测设备能够克服地面电子信息系统受地球曲率的限制和地形遮蔽的缺点。为充分利用浮空器升空高度带来的大视距探测优势，要求雷达具有更强的探测能力，因此必须依靠大口径的轻量化天线来满足探测需求。由于无法通过传统的吊舱搭载载荷的方式安装巨大的天线孔径，因此必须将雷达载荷与浮空器平台进行一体化设计，充分利用浮空器内部的巨大空间。

目前雷达天线研究多侧重于天线的设计方法的研究，对雷达天线阵面集成平台的研究很少。将硬质的瓦片式天线阵面和浮空器内部的气囊集成一体设计存在三个问题：

1）瓦片式天线阵面与气囊的连接

阵面和气囊连接属于典型的刚柔耦合结构，由于对阵面安装位置的精度要求很高，同时还要求拆装便捷，传统的刚柔耦合解决方案无法满足要求，必须进行创新设计；

2）气囊变形的控制

气囊的大变形会导致阵面扭曲影响系统探测精度，增大电讯校正补偿系统的难度，因此控制气囊变形的能力是决定整个载荷结构一体化方案成败的关键；

3）气囊与浮空器的连接

气囊与浮空器的连接是实现载荷与平台集成的关键一环，需要统筹考虑系统的联调、安装和维护的便捷性和可靠性。

发明内容

为了实现雷达载荷与浮空器平台进行一体化设计，充分利用浮空器内部的巨大空间，本发明提供一种集成瓦片式天线阵面的气囊。

本发明将瓦片式天线阵面安装在浮空器内部的气囊的外表面，实现天线阵面与囊体结构复用，使雷达具备全周向扫描能力，省却笨重的天线安装伺服机构，达到大幅降低载荷重量的目的。

具体的技术解决方案如下：

集成瓦片式天线阵面的气囊包括囊体1和压力调节系统2。囊体1为球形，囊体1的中部外表面均布固定设有瓦片天线7，形成环状的天线阵面；所述天线阵面上方的囊体1上设有环状的上保形张拉环4，下方的囊体1上设有环状的下保形张拉环6；所述上保形张拉环4、天线阵面和下保形张拉环6同轴；所述上保形张拉环4上和下保形张拉环6上分别均布设有四个以上的张线拉索5。

优化的结构方案是：囊体1的中部外表面均布固定设有法兰状的固定片，所述瓦片天线7通过螺纹连接件3和固定片的连接，固定在囊体1的外表面。

所述固定片的材料为柔性层压复合材料，螺纹连接件3的材料为轻质高强度塑料。

所述螺纹连接件3由带有法兰座的柱状螺纹结构件、压板和蝶形螺母组成。

所述张线拉索5的一端固定连接着上保形张拉环4或下保形张拉环6，另一端用于所述气囊在浮空器内部的固定。

所述张线拉索5为长度可调节的张线拉索。

本发明的有益技术效果体现在以下方面：

1）本发明通过柔性层压复合材料法兰状的固定片和轻质高强度塑料材料的螺纹连接件3将瓦片天线7固定在囊体1上，既可以保证可靠连接，又由于接触面积较大，避免囊体1蒙皮局部变形影响天线阵面的位置精度。与阵面连接端为螺栓结构自带定位台阶，保证精确定位，配合蝶形螺母方便快速安装；

2）所述压力调节系统2是气囊原有的压力调节机构，通过压力调节系统2、上保形张拉环4上和下保形张拉环6控制气囊变形。压力调节系统2通过控制压力调节设备的充放气保持囊体1内部压力稳定，保持气囊蒙皮纬向张力；上保形张拉环4和下保形张拉环6主要用于保持气囊蒙皮经向张力，通过上保形张拉环4和下保形张拉环6上的张线拉索5沿囊体轴线的张拉作用保持气囊蒙皮张力，防止气囊蒙皮皱褶。张线拉索5既可以作为拉索悬挂囊体的作用点又可以避免拉索牵扯造成那囊体阵面安装区域变形；

3）张线拉索5通过上保形张拉环4和下保形张拉环6将安装牵引力均匀分散至囊体1上，隔离瓦片天线的安装结构对气囊蒙皮阵面安装区域的变形影响。上保形张拉环4和下保形张拉环6上的张线拉索5分别与浮空器内部的上下内蒙皮相连，通过调节张线拉索5的长度使气囊轴向保持适当张力，防止天线阵面载荷由于重力作用导致气囊蒙皮屈曲发生褶皱，影响天线阵面位置精度。

本发明实现了瓦片式天线阵面和柔性囊体的快速连接安装，囊体1蒙皮张力的有效控制和气囊与浮空器的可靠集成，可有效降低天线阵面安装结构重量，有利于进一步与浮空器的融合，提高探测系统能力。

附图说明

图1为本发明结构示意图。

图2为图1的局部放大图。

图3为囊体蒙皮张力作用示意图。

上图中序号：囊体1、压力调节系统2、螺纹连接件3、上保形张拉环4、张线拉索5、下保形张拉环6、瓦片天线7。

具体实施方式

下面结合附图，通过实施例对本发明作进一步地说明。

实施例

参见图1，集成瓦片式天线阵面的气囊包括囊体1和压力调节系统2，囊体1为球形，压力调节系统2是气囊原有的压力调节机构。

囊体1的中部外表面均布粘贴固定有法兰状的固定片，每块固定片通过螺纹连接件3固定安装着瓦片天线7，见图2，形成环状的天线阵面。固定片的材料为柔性层压复合材料，螺纹连接件3的材料为轻质高强度塑料。螺纹连接件3由带有法兰座的柱状螺纹结构件、压板和蝶形螺母组成，方便装卸。

天线阵面上方的囊体1上固定安装有环状的上保形张拉环4，下方的囊体1上固定安装有环状的下保形张拉环6；上保形张拉环4、天线阵面和下保形张拉环6同轴；上保形张拉环4上和下保形张拉环6上分别均布设有四个以上的张线拉索5。张线拉索5的一端固定连接着上保形张拉环4或下保形张拉环6，另一端用于所述气囊在浮空器内部的固定，张线拉索5为长度可调节的张线拉索。

本实施例的具体相关数据说明如下：

1. 结构参数

囊体为直径6m的球体，阵面安装于囊体中间位置，安装区域高3.75m，周向布置；保形张拉环距离阵面上下边缘0.3m；单块天线面板的重量为2.56kg；螺纹结构件的有效安装高度为37mm；蒙皮材料的弹性模量为12.7G，泊松比为0.05；

2. 工况

按最恶劣的情况计算，假设单块天线面板的重量全部作用在一个螺纹结构件上；

3. 分析模型

为降低仿真分析的运算规模，对分析模型进行合理地简化处理，取螺纹结构件安装位置的局部区域作为研究对象，考察该区域的受力变形情况。由于该局部区域较小，可近似作为平面处理；

4. 结果

当囊体内部压力分别为550Pa和750Pa时，螺纹结构件安装位置处囊体的局部变形如下：内压：550Pa，局部最大变形：2.21mm；内压：750Pa，局部最大变形：2.02mm；

5. 结论

从计算结果可以看出，囊体内压增大，蒙皮的刚度增加，囊体的局部变形减小，气囊的变形得到有效控制；通过选择合适的内压，充气气囊可以满足安装天线阵面的刚度要求。

Claims (6)

1.集成瓦片式天线阵面的气囊，包括囊体（1）和压力调节系统（2），所述囊体（1）为球形，其特征在于：所述囊体（1）的中部外表面均布固定设有瓦片天线（7），形成环状的天线阵面；所述天线阵面上方的囊体（1）上设有环状的上保形张拉环（4），下方的囊体（1）上设有环状的下保形张拉环（6）；所述上保形张拉环（4）、天线阵面和下保形张拉环（6）同轴；所述上保形张拉环（4）上和下保形张拉环（6）上分别均布设有四个以上的张线拉索（5）。

2.根据权利要求1所述的集成瓦片式天线阵面的气囊，其特征在于：所述囊体（1）的中部外表面均布固定设有法兰状的固定片，所述瓦片天线（7）通过螺纹连接件（3）和固定片的连接固定在囊体（1）的外表面。

3.根据权利要求2所述的集成瓦片式天线阵面的气囊，其特征在于：所述固定片的材料为柔性层压复合材料，螺纹连接件（3）的材料为轻质高强度塑料。

4.根据权利要求2或3所述的集成瓦片式天线阵面的气囊，其特征在于：所述螺纹连接件（3）由带有法兰座的柱状螺纹结构件、压板和蝶形螺母组成。

5.根据权利要求1所述的集成瓦片式天线阵面的气囊，其特征在于：所述张线拉索（5）的一端固定连接着上保形张拉环（4）或下保形张拉环（6），另一端用于所述气囊在浮空器内部的固定。

6.根据权利要求1或4所述的集成瓦片式天线阵面的气囊，其特征在于：所述张线拉索（5）为长度可调节的张线拉索。