CN114824748B - 潜艇雷达的舷外装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种潜艇雷达的舷外装置，主要解决现有潜艇雷达舷外装置海水易泄漏、工作噪音大、信号传输系统复杂、架设要求和故障率高、抗截获性能差的问题。其由均有耐水压密封外壳的天线单元(1)、收发单元(2)、驱动单元(3)和水密电缆组件(4)依次密封连接形成一个耐水压密封体；该天线单元能同时发射和接收雷达电磁波；该收发单元用于产生微波信号传输给天线单元，并对接收到的微波信号进行下变频处理；该驱动单元采用电驱动，其内部充绝缘介质并增设压力平衡补偿装置；该水密电缆组件用于与舷内设备的电气连接。具有能避免海水泄漏、工作噪音和架设要求低、系统结构简单、故障率低、抗截获性能较好，可用于连续波收发体制雷达设备。

Description

潜艇雷达的舷外装置

技术领域

本发明属于潜艇雷达技术领域，具体涉及一种舷外装置，可用于连续波收发体制潜艇雷达设备。

背景技术

潜艇雷达，是一种特殊的电子设备，主要用于对海搜索和导航。

潜艇雷达主要由雷达天线、发射机、接收机、数据处理设备及终端设备组成，从安装位置的不同，可划分为舷外装置和舷内设备两部分，其中：

传统的舷内设备包括发射机、接收机、数据处理设备及终端设备，这些设备的使用环境没有特殊的要求。

传统的舷外装置为雷达天线，由于雷达天线必须伸出艇体以接收和发射电磁波，因此雷达天线必须安装在潜艇升降桅杆上，直接暴露在海水之中，随艇体在海水中升降。雷达天线的转动方式有桅杆带动天线转动和桅杆不转由天线自行转动两种。第一种雷达桅杆扭转效应带来的方位误差较大，因此现有潜艇雷达多采用第二种舷外装置加装驱动装置带动雷达天线自行转动，从而提高雷达方位精度，但这种转动方式同时也带来了新的问题：一是舷外装置需要承受海水压力并保持密封，其驱动单元带来的动密封问题；二是天线电磁波信号如何传输的问题，一直以来都是潜艇雷达的技术难题。

因此，现有潜艇雷达的舷外装置通常由天线和驱动装置组成。其中天线大多采用抛物面天线；驱动装置采用液压马达驱动主轴旋转，动密封采用石墨和硬质合金配对的单端面机械密封，天线信号采用波导进行传输，波导旋转关节设置在驱动装置内主轴轴线位置，天线方位信号由与主轴连接的旋变发送机产生，内部密封腔为一个空气腔，其与潜艇舱内连通。这种结构存在着以下不足：

1）需要借助桅杆的内腔对舷外装置底部不具备密封能力的馈线和电缆进行密封，存在密封点多且架设要求高，可靠性不高的问题。

2）液压马达直接驱动主轴带动天线旋转，由于雷达天线需正、反向多转速工作，因而存在油路及控制系统结构复杂、机械噪音大及可靠性低的问题。

3）天线微波信号通过波导传输，因波导为刚性硬连接，而潜艇雷达天线在使用和回收过程中存在升降动作，波导的对接必须使用捕捉器，雷达天线馈线系统结构复杂，故障率高。

4）主轴动密封为承压式密封，存在海水泄漏，必须向舷内预置泄漏通道，而且泄漏的海水会影响雷达波导系统的传输性能以及雷达天线方位信号的产生的传输，易造成雷达回波故障。

5）抛物面天线回收占用空间较大，不利于潜艇舰桥的小型化。

6）抗截获性能差。

潜艇雷达抗截获性能对潜艇的隐蔽性至关重要，但由于目前使用的单天线非连续波雷达不能获得好的抗截获性能，要获得好的抗截获性能则需要采用收发双天线连续波雷达，而实际中由于潜艇雷达天线的安装空间较小，其天线尺寸，尤其是高度尺寸受到严格限制，又无法布置双抛物面天线，如果改用阵列天线，则又存在耐海水压力密封问题和厚天线罩带来的大损耗问题，影响天线性能。

发明内容

本发明的目的在于针对现有潜艇雷达舷外装置的存在的问题，提供一种潜艇雷达的舷外装置，以避免海水泄漏、降低工作噪音和架设要求、减小安装回收占用空间、简化系统结构、提高抗截获性能。

实现本发明目的技术思路是对现有舷外装置的组成和天线结构及驱动方式进行改进，实现潜艇雷达的精确导航和目标搜索。其方案如下：

一种潜艇雷达的舷外装置，包括天线单元1和驱动单元3，其特征在于：

所述天线单元1包含两条功能独立的微波信号通道，能同时进行雷达电磁波的发射和接收；

所述驱动单元3，其与天线单元1之间设有收发单元2，三者之间密封连接，且各自外部均设有耐水压密封外壳，形成一个耐水压密封体；

所述收发单元2内部设有收发模块23和测控模块24，该收发模块用于产生预定波形和频率的微波信号传输给天线单元，并对天线单元接收到的微波信号进行下变频处理，该测控模块用于测量监控收发模块的收发行为及性能参数，并反馈传输给舱内设备；

所述驱动单元3，采用电驱动带动天线单元旋转，其内部充满绝缘液体介质，以避免海水进入损坏驱动部件，该驱动单元底部设有水密电缆组件4，用于与舷内设备的电气连接。

进一步，所述天线单元1包括天线11和天线罩12，该天线采用平板裂缝阵列天线，其包含发射天线阵列和接收天线阵列，形成两条功能独立的微波信号通道，发射天线阵列与接收天线阵列之间设有隔离结构以满足收发隔离度要求；该天线罩包覆整个天线，且内腔的大小形状与天线外形的大小形状一致。

进一步，所述收发单元2的耐水压密封外壳包括壳体21和窗盖22，该壳体为侧面开窗的圆筒形，其与窗盖22连接为一体并保持密封，窗盖能反复拆卸，便于收发单元内的模块测试维修。

进一步，所述驱动单元3包括机械密封组件31、外壳32、主轴33、电机34、汇流环35、旋变发送机36、锁死装置37及压力平衡补偿装置38；

该机械密封组件31设置在主轴上半部分与壳体之间，以实现主轴与外壳之间的旋转动密封；

该外壳32为圆筒形的密封体，保护其内部的零部件及元器件不被海水侵蚀损坏；

该主轴33为空心轴，并设置在外壳32的腔体内，用于与收发单元固定连接，并带动收发单元与天线单元旋转；

该电机34设置在外壳32与主轴33之间，用于驱动主轴旋转；

该汇流环35布置在主轴33内部，用于使主轴与外壳之间形成信号连续的连接，提供可靠稳定的多通道信号电气传输，避免电缆缠绕现象；

该旋变发送机36套于主轴33下端，用于产生主轴角位置信号；

该锁死装置37布置在主轴33下面，用于在断电后保护主轴不再转动，使舷外装置可以定向升降和回收；

该压力平衡补偿装置38安装在外壳32底部，用于平衡外壳内部的液体介质和外部介质的压力差，以避免海水进入驱动单元内部，提高驱动单元可靠性。

进一步，所述水密电缆组件4由水密电缆42和水密电连接器41连接组成，该水密电连接器用于与驱动单元密封连接，该水密电缆具有纵向水密性能。

本发明具有以下优点：

1）本发明由于在天线单元与驱动单元之间增加收发单元，可将微波信号转换为中频信号，并通过水密电缆传输给舷内设备，使得信号传输系统构成简单。

2）本发明天线单元、驱动单元与收发单元之间密封连接，且各自外部均设有耐水压密封外壳，形成一个独立的耐水压密封体，与桅杆间进行单纯的结构连接，勿需借助桅杆内腔对馈线和电缆进行密封,使得架设要求低，可靠性高。

3）本发明由于采用电驱动的驱动单元，使得舷外装置控制简单，维修方便，且工作时噪音较低，转速和转角控制简单、精准。

4）本发明由于在驱动单元内部充绝缘液体介质，同时设置平衡补偿装置，和，以平衡外部海水压力，避免海水进入驱动单元内部，提高舷外装置工作可靠性；同时由于在驱动单元内设置锁死装置，使得舷外装置可以定向升降和回收，安装空间占用小。

5）本发明由于天线单元包含两条功能独立的微波信号通道，能同时进行雷达电磁波的接收和发射，满足连续波收发体制的需求，雷达的抗截获性能增强。

附图说明

图1是本发明的整体结构图；

图2是图1的局部剖视图；

图3是图2的局部放大图；

图4是本发明中驱动单元的局部剖视放大图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细描述。

参照图1，本实施例的舷外装置整体呈“T”字形，由天线单元1、收发单元2、驱动单元3和水密电缆组件4从上向下顺序连接组成，且这四个单元均有耐水压的密封外壳，单元之间亦采用O形圈密封，形成一个耐水压密封整体。

参照图2，所述天线单元1采用厚度为100mm的长方体外形的平板裂缝阵列天线，其包括天线11和天线罩12，该天线包含发射天线阵列和接收天线阵列，形成两条功能独立的微波信号通道，发射天线阵列与接收天线阵列之间设有隔离结构以满足收发隔离度要求；该天线罩12包覆整个天线11，且内腔的大小形状与天线外形的大小形状一致，使得天线罩的内表面与天线的外表面能紧密贴合，用于容纳和密封保护平板裂缝阵列天线，同时天线对天线罩形成结构支撑。

所述收发单元2，采用为与安装舷外装置桅杆直径相近的圆柱体，其包括壳体21、窗盖22、收发模块23和测控模块24；该壳体21为侧面开窗的圆筒形，其与窗盖22连接为一体并保持密封，窗盖能反复拆卸，便于收发单元内的模块测试维修；该收发模块用于产生预定波形和频率的微波信号传输给天线单元，并对天线单元接收到的微波信号进行下变频处理；该测控模块用于测量监控收发模块的收发行为及性能参数，并反馈传输给舱内设备。

参照图3，所述驱动单元3包括机械密封组件31、外壳32、主轴33、电机34、汇流环35、旋变发送机36、锁死装置37和压力补偿装置38，其内部充满变压器油，使得内部元器件、零件被绝缘液体介质所浸没；

该机械密封组件31采用双端面机械密封结构，设置在主轴上半部分与壳体之间，以实现主轴与外壳之间的旋转动密封；该外壳32为圆筒形，其与主轴之间设置有永磁交流伺服力矩分离式电机34，用于驱动主轴旋转；该主轴33为空心轴，并设置在外壳32的腔体内，用于与收发单元固定连接，并带动收发单元与天线单元旋转；该汇流环35布置在主轴33内部，用于使主轴与外壳之间形成信号连续的连接，提供可靠稳定的多通道信号电气传输，避免电缆缠绕现象；该旋变发送机36套于主轴33下端，用于产生主轴角位置信号。

所述水密电缆组件4由水密电缆42和水密电连接器41连接组成，该水密电连接器41用于与驱动单元密封连接，且水密电缆42具有纵向水密性能。

参照图4，所述锁死装置37和压力平衡补偿装置38结构如下：

所述锁死装置37采用无刷电机驱动，布置在主轴33下端，用于在断电后保护主轴不再转动，其包括基座372、销轴373、锁死盘374和两个微动开关371和375，该基座372与外壳32固定，该锁死盘374套在主轴33上，其端面上开有销孔，两个微动开关371和375分别布置在销轴373的两端轴向延伸线上，用以控制锁死和解锁状态；即当销轴373与锁死盘374的销孔对齐时，由电机驱动销轴373插入锁死盘374销孔实现锁死；解锁时由电机反转驱动销轴373反向运动，使销轴373离开锁死盘374的销孔实现解锁。

所述压力平衡补偿装置38安装在外壳32底部，用于平衡外壳内部的液体介质和外部介质的压力差，以避免海水进入驱动单元内部，提高驱动单元可靠性，其包括活塞381、缸体382、端盖383、阀芯385、微动开关387及两个弹簧384和386；

该缸体382为圆筒形，其一端与外壳32密封固定，另一端固定端盖383；端盖383上开有通孔，用来连通外部介质；

该活塞381为圆柱形，中心开有台阶孔，置于缸体382内部，其侧面背对背设置两道Y形密封圈形成与缸体382之间的密封，能在缸体内自由移动，其一端设有弹簧384用以向驱动单元内部持续施加一个预设范围的压力，以保证动密封处内部压力始终略大于外界压力，另一端设有弹簧386，用以改变预定位置的微动开关387状态，活塞381和缸体382均采用聚四氟乙烯材料，以提高压力补偿的灵敏度。

该微动开关387安装在外壳32上，当腔体内的液体介质体积减小，活塞381向内运动到预定位置时，弹簧386对微动开关387施压，改变其状态，产生报警信号，提示补油；

该阀芯385安装在活塞中心台阶孔内，当腔体内的液体介质体积增加，活塞381向外运动到预定位置时，排出多余液体介质。

本实例的工作原理如下：

工作时，由舷外装置外的控制系统控制舷外装置动作，首先控制锁死装置对驱动单元的主轴进行解锁；然后控制电机直接驱动主轴转动，同时带动收发单元和天线单元转动，并通过旋变发送机实时接收主轴准确的位置角度信息，进而实时控制电机的转动角度和转动速度，从而使得天线单元快速稳定的转动，此时，收发模块产生预定波形和频率的微波信号，传输至天线单元的发射阵列并辐射出去，天线单元的接收阵列将接收到的微波信号向下传输给收发模块，将其进行下变频处理为中频信号，并通过驱动单元内的汇流环和水密电缆组件传输至舷内设备，实现潜艇雷达的精确导航和对海目标搜索。当工作完毕后，天线单元及收发单元旋转至预定角度，锁死装置通电启动，主轴被锁死，天线单元与桅杆保持相对静止。

以上描述仅是本发明的一个具体实例，并未构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和原理后，都可能在不违背本发明原理、结构的情况下，进行形式和细节上的各种修改和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (8)

1.一种潜艇雷达的舷外装置，包括天线单元（1）和驱动单元（3），其特征在于：

所述天线单元（1）包含两条功能独立的微波信号通道，能同时进行雷达电磁波的发射和接收；

所述驱动单元（3），其与天线单元（1）之间设有收发单元（2），三者之间密封连接，且各自外部均设有耐水压密封外壳，形成一个耐水压密封体；

所述收发单元（2）内部设有收发模块（23）和测控模块（24），该收发模块用于产生预定波形和频率的微波信号传输给天线单元，并对天线单元接收到的微波信号进行下变频处理，该测控模块用于测量监控收发模块的收发行为及性能参数，并反馈传输给舱内设备；

所述驱动单元（3），采用电驱动带动天线单元旋转，其内部充满绝缘液体介质，以避免海水进入损坏驱动部件，该驱动单元底部设有水密电缆组件（4），用于与舷内设备的电气连接；

所述驱动单元（3）包括机械密封组件（31）、外壳（32）、主轴（33）、电机（34）、汇流环（35）、旋变发送机（36）、锁死装置（37）及压力平衡补偿装置（38）；

该机械密封组件（31）设置在主轴上半部分与壳体之间，以实现主轴与外壳之间的旋转动密封；

该外壳（32）为圆筒形的密封体，保护其内部的零部件及元器件不被海水侵蚀损坏；

该主轴（33）为空心轴，并设置在外壳（32）的腔体内，用于与收发单元固定连接，并带动收发单元与天线单元旋转；

该电机（34）设置在外壳（32）与主轴（33）之间，用于驱动主轴旋转；

该汇流环（35）布置在主轴（33）内部，用于使主轴与外壳之间形成信号连续的连接，提供可靠稳定的多通道信号电气传输，避免电缆缠绕现象；

该旋变发送机（36）套于主轴（33）下端，用于产生主轴角位置信号；

该锁死装置（37）布置在主轴（33）下面，用于在断电后保护主轴不再转动，使舷外装置可以定向升降和回收；

该压力平衡补偿装置（38）安装在外壳（32）底部，用于平衡外壳内部的液体介质和外部介质的压力差，以避免海水进入驱动单元内部，提高驱动单元可靠性；

所述平衡补偿装置（38）包括活塞(381)、缸体(382)、端盖（383）、阀芯(385)、微动开关(387)及第一弹簧(384）和第二弹簧（386)；

该缸体（382）为圆筒形，其一端与外壳（32）密封固定，另一端固定端盖（383）；端盖（383）上开有通孔，用来连通外部介质；

该活塞（381）为圆柱形，中心开有台阶孔，置于缸体（382）内部，并通过密封圈与缸体之间密封，能在缸体内自由移动，其一端设有第一弹簧（384）用以向驱动单元内部持续施加一个预设范围的压力，另一端设有第二弹簧（386），用以改变预定位置的微动开关（387）状态；

该微动开关(387)安装在外壳（32）上，当腔体内的液体介质体积减小，活塞（381）向内运动到预定位置时，第二弹簧（386）对微动开关（387）施压，改变其状态，产生报警信号，提示补油；

该阀芯(385)安装在活塞中心台阶孔内，当腔体内的液体介质体积增加，活塞（381）向外运动到预定位置时，排出多余液体介质。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述天线单元（1）包括天线（11）和天线罩（12），该天线采用平板裂缝阵列天线，其包含发射天线阵列和接收天线阵列，形成两条功能独立的微波信号通道，发射天线阵列与接收天线阵列之间设有隔离结构以满足收发隔离度要求；该天线罩包覆整个天线，且内腔的大小形状与天线外形的大小形状一致。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述收发单元（2）的耐水压密封外壳包括壳体（21）和窗盖（22），该壳体为侧面开窗的圆筒形，其与窗盖（22）连接为一体并保持密封，窗盖能反复拆卸，便于收发单元内的模块测试维修。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述水密电缆组件（4）由水密电缆（42）和水密电连接器（41）连接组成，该水密电连接器用于与驱动单元密封连接，该水密电缆具有纵向水密性能。

5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述驱动单元（3）内部的绝缘液体采用变压器油。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电机（34）采用永磁交流伺服力矩电机。

7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述机械密封组件（31）采用双端面机械密封结构。

8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述锁死装置（37）包括基座（372）、销轴（373）、锁死盘（374）和两个微动开关（371,375），该基座（372）与外壳（32）固定，该锁死盘（374）套在主轴（33）上，其端面上开有销孔，两个微动开关（371,375）分别布置在销轴（373）的两端轴向延伸线上，用以控制锁死和解锁状态，即当销轴（373）与锁死盘（374）的销孔对齐时，由电机驱动销轴（373）插入锁死盘（374）销孔实现锁死；解锁时由电机反转驱动销轴（373）反向运动，使销轴（373）离开锁死盘（374）的销孔实现解锁。