引言

天線罩又稱(chēng)雷達(dá)天線罩,是保護(hù)天線免受自然環(huán)境影響的殼體結(jié)構(gòu)。其使用要求是應(yīng)具有優(yōu)異的介電性能,足夠的強(qiáng)度和剛度,良好的氣動(dòng)外形。

天線罩的設(shè)計(jì)要求來(lái)源于電、結(jié)構(gòu)、環(huán)境、載體等方面。一般根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)要求,確定天線罩的外形和尺寸:依據(jù)電性能指標(biāo)、載荷分布、載體和環(huán)境條件(溫度、濕度、高度等),選擇天線罩的類(lèi)型,分析天線罩對(duì)天線主要電性能的影響,進(jìn)行強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析,制定設(shè)計(jì)方案。

1設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

飛機(jī)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)應(yīng)以滿足天線安裝與電性能設(shè)計(jì)要求,減少迎風(fēng)阻力為原則,根據(jù)天線的安裝位置和包絡(luò),在保證天線罩內(nèi)形與天線包絡(luò)之間的安全間隙前提下,構(gòu)造出曲面外形。具體應(yīng)遵循以下原則:

(1)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)應(yīng)綜合權(quán)衡電性能設(shè)計(jì)要求、總體布置要求、氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求等因素,形成最佳的設(shè)計(jì)方案:(2)應(yīng)優(yōu)先滿足天線的電性能設(shè)計(jì)要求,如天線的透波率、極化方式、耐功率和方位角要求等:(3)設(shè)計(jì)的天線罩應(yīng)具有良好的流線外形,使天線罩引起的氣流分離和附加阻力盡可能小,并兼顧對(duì)飛機(jī)穩(wěn)定性和操縱性的影響:(4)設(shè)計(jì)的天線罩應(yīng)考慮結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求,工藝性和維護(hù)性要求:(5)在設(shè)計(jì)天線罩前,應(yīng)對(duì)各類(lèi)型天線作分析,考慮天線罩的通用性,適應(yīng)后續(xù)天線換裝需求。

2基本構(gòu)型

依據(jù)天線電性能設(shè)計(jì)要求、內(nèi)部布置限制條件和飛機(jī)可布置區(qū)域限制,確定天線罩的基本構(gòu)型。亞音速特種飛機(jī)基本構(gòu)型一般采用前圓后尖,類(lèi)似水滴形的外形。

2.1總體布置

對(duì)于機(jī)身承載,天線罩應(yīng)盡量選擇表面壓力梯度較小、流線分布均勻,且對(duì)機(jī)翼、尾翼流場(chǎng)影響較小的位置,并盡量布置在重心線所在的水平面或?qū)ΨQ(chēng)面內(nèi),減小不必要的附加力矩。對(duì)于機(jī)翼和尾翼承載,天線罩應(yīng)考慮當(dāng)?shù)氐慕Y(jié)構(gòu)承重能力要求,還需要盡量不改變機(jī)翼、尾翼的表面及空間的流場(chǎng)特性,以翼尖布置為主?？傮w布置對(duì)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)的主要約束條件如下:

(1)機(jī)身頭部的天線罩氣動(dòng)外形應(yīng)與飛機(jī)座艙設(shè)計(jì)相協(xié)調(diào),滿足座艙的視野要求,并在外形上與機(jī)身前段外形光滑、融合過(guò)渡:(2)機(jī)身前段和中段天線罩氣動(dòng)外形最低點(diǎn)應(yīng)保持與地面的安全距離,在起落架全壓縮、爆胎的情況下,天線罩應(yīng)與地面保持至少75mm以上距離:(3)機(jī)身尾段天線罩最低點(diǎn)應(yīng)考慮飛機(jī)擦地角的限制,避免飛機(jī)起飛著陸時(shí),天線罩與地面相碰:(4)布置在機(jī)身兩側(cè)或懸置于機(jī)身上方的天線罩應(yīng)考慮任務(wù)剖面下飛機(jī)迎角的影響,盡量保證天線罩的中軸線與飛機(jī)水平基準(zhǔn)線的夾角與飛機(jī)巡航迎角相同:(5)確定天線罩布置位置和氣動(dòng)外形時(shí),應(yīng)降低對(duì)天線罩后方天線和機(jī)體結(jié)構(gòu)的不利影響,如振動(dòng)、氣動(dòng)噪聲等。

2.2氣動(dòng)設(shè)計(jì)

由于二次曲線所組成的部件理論外形已完全能滿足氣動(dòng)力性能要求。一般情況下,其形狀采用圓柱形、球形或拋物面形,而機(jī)身、發(fā)動(dòng)機(jī)短艙以及起落架整流罩等雙曲度外形可采用指數(shù)曲線。通常情況下,為兼顧氣動(dòng)設(shè)計(jì)和電性能,應(yīng)遵循以下規(guī)定:

(1)綜合優(yōu)化天線罩橫向和縱向截面的面積分布,盡可能減小迎風(fēng)面積和浸潤(rùn)面積:（2)長(zhǎng)細(xì)比大有利于氣動(dòng)性能,而不利于電性能,選擇合適的長(zhǎng)細(xì)比)天線罩的長(zhǎng)度與根部直徑之比(2~3),可較好地兼容電性能和氣動(dòng)設(shè)計(jì)要求:(3)天線罩最小包絡(luò)面應(yīng)考慮耐功率要求、天線罩內(nèi)形與天線包絡(luò)之間的安全間隙)固定式天線≥20mm,運(yùn)動(dòng)式天線≥30mm)、天線罩自身的厚度和受載后的變形量及制造公差要求:(4)一般情況下,天線罩氣動(dòng)外形至少一階連續(xù),氣動(dòng)特性敏感區(qū)域采用二階連續(xù),曲率變化應(yīng)均勻,避免曲線局部凹凸波動(dòng):(5)如優(yōu)先考慮氣動(dòng)性能,天線罩與飛機(jī)一體化設(shè)計(jì),應(yīng)采用保形設(shè)計(jì)。

2.3結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和工藝性要求

在天線罩氣動(dòng)外形對(duì)天線布置進(jìn)行有效包容的前提下,還應(yīng)考慮天線安裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)空間的需求。天線罩的外形應(yīng)可偏置,偏置范圍應(yīng)不小于天線罩實(shí)際厚度。

在制造工藝性方面,外形設(shè)計(jì)應(yīng)考慮以下幾個(gè)方面:

(1)避免外形特征截面線出現(xiàn)閉斜角,保證脫模的要求:

(2)對(duì)于氣動(dòng)力要求不高的部位,宜采用單曲度外形來(lái)實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)意圖:

(3)分離面的設(shè)置應(yīng)綜合考慮制造性、飛機(jī)結(jié)構(gòu)重量、疲勞強(qiáng)度和經(jīng)濟(jì)性等因素。

2.4設(shè)計(jì)程序

飛機(jī)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)程序如圖1所示。

3設(shè)計(jì)驗(yàn)證

飛機(jī)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)完成之后應(yīng)進(jìn)行驗(yàn)證,驗(yàn)證要求如下：

（1）總體外形設(shè)計(jì)人員完成天線罩外形設(shè)計(jì),滿足天線罩設(shè)計(jì)總體要求:（2）天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)完成后,氣動(dòng)、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)應(yīng)對(duì)天線罩布置位置處的氣動(dòng)特性和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行分析驗(yàn)證,保證天線罩布置滿足總體布置要求:（3）氣動(dòng)操穩(wěn)專(zhuān)業(yè)需對(duì)初步設(shè)計(jì)的天線罩進(jìn)行計(jì)算、仿真和風(fēng)洞試驗(yàn),保證天線罩滿足氣動(dòng)設(shè)計(jì)、全機(jī)性能和操穩(wěn)設(shè)計(jì)要求:（4）結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)專(zhuān)業(yè)需對(duì)天線罩理論外形進(jìn)行偏置度和安全間隙檢查驗(yàn)證:（5）天線罩結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)完成后,強(qiáng)度專(zhuān)業(yè)需進(jìn)行天線罩的強(qiáng)度和剛度計(jì)算,仿真和試驗(yàn),要求變形量在允許的范圍內(nèi):（6）工藝設(shè)計(jì)需對(duì)天線罩理論外形進(jìn)行拔模角和多切面曲率分析驗(yàn)證,保證天線罩具有較好的工藝制造性:（7）任務(wù)系統(tǒng)單位需對(duì)天線罩進(jìn)行電性能測(cè)試,保證天線罩滿足電性能設(shè)計(jì)要求。

4結(jié)語(yǔ)

本文明確了飛機(jī)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)要求,提出了相應(yīng)的設(shè)計(jì)程序,可以規(guī)范和指導(dǎo)設(shè)計(jì)人員進(jìn)行天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)。最后,明確了各專(zhuān)業(yè)驗(yàn)證天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)質(zhì)量的內(nèi)容、方法和要求。上述論述為天線罩的順利研制提供技術(shù)思路和技術(shù)途徑,可提高天線罩研制的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)性。

20220717_62d42ffea9439__飛機(jī)天線罩氣動(dòng)外形設(shè)計(jì)研究