某型号天线罩浪压试验-中国期刊网

某型号天线罩浪压试验

徐辉

中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴， 314033

摘要：利用水压加载的方式模拟天线罩浪压试验，操作简单方便，且可以同时检测天线罩的安装结构的水密性。本文结合实例介绍了这种简便经济的试验方法。

关键词：天线罩、浪压试验、水压

引言

某舰载天线工作环境恶劣，为了保证天线的全天候工作要求，满足防风浪、雨雪、盐雾、太阳辐射等技术要求，需要在天线的外围安装天线罩。天线罩除了能承受风载荷、浪载荷之外、还得承受冰、雪、太阳辐射等载荷，同时还得保证良好的防水密封性。天线罩一旦损坏进水，不但天线的工作性能会受到影响，还会损坏天线罩内部的电子设备，后果十分严重。因此在设计天线罩时除了需进行力学仿真计算外，还有必要对天线罩进行实物的试验^[1]。

试验目的

试验天线罩为泡沫平板型天线罩，截面是泡沫夹芯结构，其外形见图1，外形尺寸大小为：5170mm×2720mm×350m。通过周边法兰与天线座固定连接，法兰与天线座之间加硅橡胶密封垫密封。

图1 左：天线罩几何模型、右：天线罩实物照片

本次天线罩浪压试验目的为验证天线罩结构是否满足设计要求，确认制造工艺的可行性。通过浪压试验确定天线罩的结构承载能力，同时也可以检验天线罩采用法兰密封条安装结构的密封性能。

试验方法

试验载荷

天线罩安装于舰船二层甲板外板。在使用过程中，产品会受到风压和浪压载荷，风速为60m/s，经计算该风速下风压为2.32kPa，浪压技术要求为4.9kPa。试验过程中采用100％浪压核定载荷（4.9 kPa）进行评价，即要求在核定载荷下，天线罩产品不能发生过大变形（天线罩体内侧与内部天线不发生干涉），且不能破坏；同时保证后续交付使用的产品满足4.9 kPa的浪压要求。

试验载荷转化

根据试验载荷指标，浪压的核定载荷为4.9 kPa，可将其载荷转化为天线罩体外部的水压载荷，即水压力。4.9 kPa核定载荷对应水压的水位高度为500mm。另天线罩内部最大高度为298mm，天线高度为253mm，同时也要求在核定载荷条件下天线罩的内侧不触碰天线且天线罩本体不发生破坏。

试验载荷加载

根据试验载荷特点，同时考虑密封试验的需要，采用水压方式对天线罩外表面施加水压力（见图2）

图2 左：水压加载示意图、右：水压加载实物照片

试验时，水压载荷分布均匀且连续，天线罩上任意位置的载荷与水深度成正比，加载时缓慢的增加水槽内的水量，水位变化缓慢且水面平稳，水位变化均匀。试验时载荷大小通过水位的高度来控制。

试验检测原理

试验采用水压力模拟浪压载荷，采用水作为压力源，以罩体最高平面作为参考面，采用加水方法使天线罩体外部受水压至4.9 kPa（水位高500mm），观察天线罩体是否发生可见的破坏。同时在天线罩体内部布置位移传感器，观察位移变化，判断是否发生与天线干涉的位移，并通过数据曲线判断天线罩是否失效。

试验设备

试验设备由一个大型水槽（尺寸为6m×4m×1.2m）、水平尺、液位计、高度标尺（量程≥1000mm，精度1mm）、水源（流量≥100t/h）、水泵（流量≥40t/h）、水泵配套水带、YHD-100型位移传感器（主要技术指标见表1）。

表1 YHD-100型位移传感器技术参数

量程	±50mm
全程输出	10000
校正系数	0.005（mm/με）
基本误差	＜±5με
非线性	＜0.2％
示值变化	＜±3με
使用温度范围	-35℃～+60℃

试验台及安装

天线罩安装在水池底部，水池底部水平，如图3所示。

图3 天线罩浪压试验安装照片

本次试验用位移传感器数量为10个，编号分别为：U1～U10。以天线罩上表面为平面，以天线罩体安装面中心点为坐标原点，长对称轴方向为x轴，短对称轴方向为y轴，在天线罩顶部标记出位移传感器位置坐标，为了方便接线，所有位移传感器按对称性放置在天线罩左侧，如图4所示。

图4 位移传感器位置分布图

10个位移传感器的检测坐标分别为：U1(0,0)、U2（120,1073）、U3（-120,533）、U4（400，-954）、U5（-400，-74）、U6（-1763，-132）、U7（-1660，-74）、U8（-1000,0）、U9（40，-1340）、U10（40,1340）。

位移测点位置选取依据如下：U1位移测点测量天线罩中心位置；U2～U7位移测点是根据内部天线的安装位置而选取，如图5所示，其中为了方便接线，U7位移测点按对称性放置在天线罩左侧相应位置；U8位移测点测量天线罩中心与边缘的过渡区域；U9、U10测量天线罩的安装面位移，用以消除工装间隙以及刚体位移。

图5 内部天线安装位置图

试验步骤

试验采取逐级加载的方式，以10％载荷加载梯度加载至100％，保持30s；具体步骤为：

平衡并采集初始数据后，打开水源，当水位至侧边中间，以及水位达到侧边上缘时分别测量数据；
当水位刚好没过天线罩时，记录高度标尺读数，作为0mm参考点，并测量位移传感器和应变数据；
继续加水，当水位的相对高度分别为50mm、100 mm、150 mm、200 mm、250 mm、300 mm、350 mm、400 mm、450 mm时测量数据；
当水位相对高度为500mm时，读取位移传感器和应变数据，停止加水，保持30s；
排水卸载时分别在水位相对高度为500mm、450mm、400mm、350mm、300mm、250mm、200mm、150mm、100mm、50mm和0mm时测量数据。

试验判据

试验过程中，在100％核定载荷下读取位移传感器读数，位移不超过天线罩体内型面和天线高度的差值，变形保持线性且外观结构不发生破坏或出现永久有害变形，则判定通过。重要监测点位移差值如下：2号测点9.7mm、4号测点17.7mm、3号测点40.5mm、其他测点均为48mm（含密封圈厚度3mm）。监测到的位移数值不超过各测点的位移差值，则说明天线罩在受到压力变形后不会触碰到内部天线，不会对天线造成影响。

试验数据

对天线罩进行100％核定载荷加载，在达到核定载荷后保持30秒，试验过程中未出现任何响声，试验数据如下：

表2给出了核定载荷下不同测点的位移原始数据，取向下方向变形为正，向上方向为负；表3给出了减去安装面位移，即消除了工装间隙后的各测点位移数据；图6为加载过程中的消除工装间隙后各测点的位移曲线，图7为卸载过程中的消除工装间隙后各测点的位移曲线。

表2 各测点位移原始数据

单位 mm

测点载荷水位		U1	U2	U3	U4	U5	U6	U7	U8	U9	U10
加载	初始零点	0	0.02	-0.01	0	0	0	0.01	0	0	0
	侧边中间	0.76	0.85	0.76	0.54	0.78	0.85	0.84	0.59	0.63	0.76
	侧边上缘	1.34	1.64	1.42	0.89	1.32	1.43	1.42	1.09	0.98	1.52
	0	2.09	2.15	2.17	1.27	2.05	1.79	1.81	1.63	1.13	1.92
	50	3.91	2.76	3.63	1.84	3.86	2.85	3.01	3.27	1.33	2.39
	100	5.56	3.27	4.89	2.37	5.51	3.7	3.97	4.79	1.53	2.71
	150	7.22	3.68	6.15	2.96	7.16	4.55	4.92	6.23	1.73	2.92
	200	8.77	3.93	7.3	3.38	8.67	5.21	5.73	7.57	1.87	3.02
	250	10.32	4.17	8.42	3.83	10.22	5.85	6.53	8.85	1.96	3.1
	300	11.85	4.39	9.55	4.29	11.73	6.5	7.25	10.19	2.05	3.2
	350	13.5	4.7	10.7	4.79	13.35	7.14	8.09	11.55	2.14	3.31
	400	15.12	4.99	11.95	5.26	14.9	7.78	8.87	12.91	2.24	3.38
	450	16.75	5.27	13.17	5.75	16.5	8.42	9.64	14.24	2.32	3.51
	500	18.46	5.52	14.43	6.27	18.16	9.08	10.43	15.68	2.44	3.52
卸载	450	17.4	5.58	13.75	6.2	17.05	8.9	10.06	15.09	2.49	3.59
	400	15.86	5.52	12.66	5.81	15.24	8.33	9.34	13.82	2.49	3.58
	350	14.43	5.29	11.57	5.46	14.17	7.79	8.67	12.63	2.49	3.58
	300	12.93	5.02	10.53	5.05	12.69	7.16	7.93	11.36	2.49	3.61
	250	11.4	4.82	9.39	4.63	11.2	6.57	7.16	10	2.48	3.64
	200	9.9	4.57	8.28	4.25	9.73	5.96	6.41	8.8	2.43	3.55
	150	8.34	4.28	7.13	3.79	8.2	5.3	5.63	7.55	2.32	3.5
	100	6.77	3.99	5.99	3.3	6.63	4.6	4.81	6.13	2.22	3.32
	50	5.2	3.67	4.8	2.82	5.1	3.91	4.01	4.86	2.09	3.15
	0	3.31	3	3.29	2.21	3.19	2.92	2.87	3.19	1.88	2.65
	侧边上缘	2.82	2.69	2.82	1.98	2.72	2.58	2.51	2.73	1.77	2.37
	侧边中间	1.92	1.81	1.93	1.41	1.87	1.79	1.68	1.93	1.24	1.6
	回零	0.91	0.85	0.86	0.73	0.85	0.72	0.63	0.88	0.53	0.77

表3 消除工装间隙后各测点位移数据

单位 mm

测点载荷水位		U1	U2	U3	U4	U5		U6		U7		U8
加载	初始零点	0	0.02	-0.01	0		0		0		0.01		0
	侧边中间	0.06	0.16	0.06	-0.16		0.09		0.16		0.15		-0.11
	侧边上缘	0.09	0.39	0.17	-0.36		0.07		0.18		0.17		-0.16
	0	0.57	0.63	0.65	-0.26		0.53		0.27		0.29		0.11
	50	2.05	0.9	1.77	-0.02		2		0.99		1.15		1.41
	100	3.44	1.15	2.77	0.25		3.39		1.58		1.85		2.67
	150	4.09	1.36	3.83	0.64		4.84		2.23		2.6		3.91
	200	6.33	1.49	4.86	0.94		6.23		2.77		3.29		5.13
	250	7.79	1.64	5.89	1.3		7.69		3.32		4		6.32
	300	9.23	1.77	6.93	1.67		9.11		3.88		4.63		7.57
	350	10.78	1.98	7.98	2.07		10.63		4.42		5.37		8.83
	400	12.31	2.18	9.14	2.45		12.09		4.97		6.06		10.1
	450	13.84	2.36	10.26	2.84		13.59		5.51		6.73		11.33
	500	15.48	2.54	11.45	3.29		15.18		6.1		7.45		12.7
卸载	450	14.36	2.54	10.71	3.16		14.01		5.86		7.02		12.05
	400	12.83	2.49	9.63	2.78		12.21		5.3		6.31		10.79
	350	11.4	2.26	8.54	2.43		11.14		4.76		5.64		9.6
	300	9.88	1.97	7.48	2		9.64		4.11		4.88		8.31
	250	8.34	1.76	6.33	1.57		8.14		3.51		4.1		6.94
	200	6.91	1.58	5.29	1.26		6.74		2.97		3.42		5.81
	150	5.43	1.37	4.22	0.88		5.29		2.39		2.72		4.64
	100	4	1.22	3.22	0.53		3.86		1.83		2.04		3.36
	50	2.58	1.05	2.18	0.2		2.48		1.29		1.39		2.24
	0	1.05	0.74	1.03	-0.05		0.93		0.66		0.61		0.93
	侧边上缘	0.75	0.62	0.75	-0.09		0.65		0.51		0.44		0.66
	侧边中间	0.5	0.39	0.51	-0.01		0.45		0.37		0.26		0.51
	回零	0.26	0.2	0.21	0.08		0.2		0.07		-0.02		0.23

位移（mm）

载荷水位（mm）

图6 加载时位移-载荷曲线

载荷水位（mm）

位移（mm）

图7 卸载时位移-载荷曲线

试验结论

在100％核定载荷下，消除工装间隙后的最大位移在U1测点，最大位移值为15.48mm（小于48mm）；U2测点位移2.54mm（小于9.7mm）、U4测点位移3.29mm（小于17.7mm）、U3测点位移11.45mm（小于40.5mm）。观察并比对位移数据可以发现，在整个试验过程中，试验变形基本保持线性增长，且所有测点的位移值均小于天线罩体内表面和天线的差值，说明在4.9kPa核定载荷下，天线罩内部天线与罩体不发生干涉。

在载荷卸载完成后，检验人员对天线罩进行了无损敲击检测和520数字式超声波探伤仪（图8）进行了超声检测，均未发现天线罩异常情况，说明浪压试验后天线罩结构完好，无损伤。

图8 520数字式超声波探伤仪

结束语

目前该型号天线罩已经安装舰船并执行了多次远洋航行任务。该天线罩经过了远洋航行的考验，充分的说明采用水压载荷模拟浪压载荷的可行性。采用水压加载的方式模拟浪压试验，操作方便，简单易行，而且可以同时检测天线罩的水密性，可以认为是一种较好的试验方法。

参考文献

[1]唐宝富、王浚海.一种雷达天线罩静压试验方法[J].电子机械工程，2003, 19(2).

作者简介

徐辉（1989-）男本科从事结构工艺质量监督检验工作

某型号天线罩浪压试验