2024年3月20日发(作者：仵雅云)
第３８卷第１期
２０１２年１月
中国测试
ＣＨＩＮＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮ－Ｉ．＆，ＩＥＳＴ
Ｖ０１．３８Ｎｏ．１
Ｊａｎｕａｒｙ，２０１２
一种新型雷达天线折叠机构研究与实现
孟国军，倪仁品，陈建平
（中国电子科技集团公司第３８研究所，安徽合肥２３００３１）
摘要：为实现大尺寸平面阵列天线雷达的海陆空多种运输方式兼容，特别是铁路运输时直接驶上平板车，采用了
一种新型的前翻四连杆折叠机构。着重介绍了该机构中以液压油缸作为驱动源的四连杆折叠机构的工作原理和结构
设计，分析了折叠机构运动规律和受力情况，并在折叠机构系统设计中采用驱动源同步来实现两套折叠机构在展开
与折叠过程中实时同步。该机构成功用于某高机动雷达的大型平面阵列天线折叠，通过长期使用证明机构性能良好、
可靠性高。
关键词：雷达；前翻四连杆折叠机构；双驱同步技术；平面阵列天线；机动性
中图分类号：ＴＮ８２０．８；ＴＰ＇２７５
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７４—５１２４（２０１２）０１加０８５埘
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｏｆｎｅｗ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｆｏｒｒａｄａｒ
ａｎｔｅｎｎａ
ＭＥＮＧ
Ｇｕｏ－ｊａｎ，ＮＩ
Ｒｅｎ－ｐｉｎ，ＣＨＥＮ
Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ
（Ｎｏ．３８
ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ
２３００３
１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓ
ｐｌａｎａｒ
ａｒｒａｙ
ａｎｔｅｎｎａ
ｕｓｅａ
ｎｅｗ
ｔｙｐｅ
ｏｆｆｏｕｒ—。ｌｉｎｋ
ｆｏｒｗａｒｄ＿＿ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｔｏ
ａｃｈｉｅｖｅ
ｌａｒｇｅ
ｒａｄａｒ
ｗｈｉｃｈｉｓ
ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ
ｗｉｔｈｓｅａ－ｌａｎｄ－ａｉｒ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，
ｔｈｅｍｏｄｅｔｈａｔｔｈｅ
ｒａｄａｒ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｃａｌｌ
ｂｅｄｒｉｖｅｎ
ｄｉｒｅｃｔｌｙ
ｏｎｔｏ
ｒａｉｌｒｏａｄｆｌａｔｉｎｒａｉｌ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｗａｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
ｆｏｒ
ｔｈｅ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｗｈｉｃｈ
ｕｓｅｄ
ｔｈｅ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ
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ｄｒｉｖｉｎｇ
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ａｎｄ
ｈｉＩｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．
ｆｏｒｗａｒｄ－ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｄｕａｌ
ｄｒｉｖｅ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｐｌａｎａｒ
ａｒｒａｙ
０
引言
并应用于某雷达大平板阵列天线的自动展开与折
叠，使该雷达满足海陆空兼容的运输，具有很好的机
动性能【刁。
１
随着电子技术的发展和现代战争的需要，对大
尺寸平面阵列天线雷达【ｌ】的机动性要求越来越高，
雷达的机动性能对雷达的快速反应能力和战场生
存能力有决定性影响。实现大尺寸平面阵列天线
的完全自动倒伏使雷达满足海陆空运输兼容技术
一直是困扰中国雷达研究的难题。经过几年的艰苦
研究，成功研制出一种新型的前翻四连杆折叠机构，
收稿１３期：２０１１－０２—１４；收到修改稿日期：２０１１—０４—２６
作者简介：孟国军（１９７２一），男，四川安岳县人，工程师，硕士，
主要从事雷达结构总体研究。
系统实现
为满足某大尺寸平面阵列天线高机动雷达的海
１．１方案的选择
陆空兼容运输方式，经过充分论证比较，选择如图ｌ
所示的四连杆折叠机构翻。此折叠机构的特点是简单
可靠，用一个９０。的旋转实现１８０。的天线折叠。
动作原理：由图ｌ可知，整个折叠机构由４个构
件组成。在此把构件１定义为原动件，构件２和３定
万方数据
中国测试
２０１２年１月
义为从动件，构件４定义为机架。初始位置构件１处
于水平Ｏ。位置，构件３与构件１部分重叠。当原动
件（构件１）绕０点作逆时针旋转时，由于构件２的
作用使构件３在跟随构件１绕Ｃ点转动的同时还围
绕着构件２的Ｄ点转动，从而使构件３完成自转。
当构件ｌ转动９０。时，构件３旋转１８００，此时构件ｌ
与构件４部分重叠。
图１折叠机构原理图
基于此，如果把天线阵面分为上下阵面，天线下
阵面通过铰链方式与天线基座相连接，而把天线上
阵面固定于构件３上，则可利用构件１的９０。旋转来
实现天线上阵面的１８０。折叠。构件１的动力源为液
压油缸（见图２）。
图２折叠机构运动分析示意图
万方数据
１．２折叠机构运动分析嗍
图２中除油缸长度￡外，其他构件的长度都是
定值。当油缸端点从Ａ７运动到Ａ点时，据图２中三
角形ＡＱＯ和ＡＡ’Ｑ可得：
ｅ２＿－ＱＡ２＋Ｑ０２—２・ＱＡ・ＱＯｃｏｓ（８＋１３
１
ＡＡ＇．２＝ＱＡ２＋，ＱＡｔ２、＿２‘ＱＡ。ＱＡ’ｃ。曲
ＡＡ’＝２ｅｓｉｎ（ａ１２）
（１）
ＱＡ＝ＱＡ’一Ｖｔ
式中：ＱＡ’＝１
４９６ｍｍ，Ｑｏ＝Ｉ
２４６ｍｍ，ｅ＝４００ｒａｍ；
ｔ，——油缸速度（１４．１５
ｍｍ／ｓ）；
ｔ——油缸运动时间，ｓ。
由式（１）可解出摆杆ＡＯＣ角度ａ与油缸运动时
间ｔ的关系为
ｌ
Ｉ归２ａｒｃｓｉｎ—Ｘ／—（１
４—９６－ｖ—ｔ）２＋—１
４９孽６２－婴２９９—２ｘ（—１
４９６—－ｖｔ—）ｘｃｏ亚ｓ８
ｚｅ
Ｉ占＝ａｒｃｃｏｓ（号瑟箍翼警）－１３
Ｉ担。０８Ｉ—西藏丽Ｔ獗五；万一Ｊ－”
（２）
在图２中，ｘｏｙ为右手直角坐标系，戈轴和Ｙ轴
分别为实轴和虚轴。据四边形ＯＢＤＣ各矢量的方向
可得
ｎｉ＋６ｅ御＝ＣＣｉａ＋ｎｅ审＋
由此解出：
ｐ＝｛２踟＂ｒ－ｃ＋ｔ２ａ
ｔａｎｆ可１（ｐ＜ｏ）
ｎｒｃ（霉Ｂ＋Ｘ／Ａ
（３）
２＋Ｂ＇－Ｃ２）‘篡三；
咄霄＋ａｒｃｃｏｓ（甓糍辫。｝ｃｃｏⅡｓｏｔ）
式中：ｏ，ｂ，ｃ——确定值。
对式（４）对时间求一阶和二价导数，可得到构件
ＡＯＣ的角速度‰和角加速度晶为
｛饥一ｊ
１
”
（５）
～），
ｌＳａ＝“
对式（３）两边对时间求导为
ｂｏｓｅ汨＝ＣＯ）ａｅｉａ＋ｏｘｏ＃ｉ９
（６）
舻笔嬲
消去‰求出构件ＢＤ的角速度ｔｏｏ为
（７）
对式（７）对时间求导可得构件ＢＤ的角加速度
岛为
鲈甓０
０瓣８
（８）
Ｃ
Ｌ仃一妒，
第３８卷第１期孟国军等：一种新型雷达天线折叠机构研究与实现
１．３折叠机构受力分析阁
１．３．１天线上阵面的力学分析
对于折叠机构，天线上阵面是负载，故取天线
上阵面进行力学分析。天线上阵面的受力示意图如
图３所示。天线上阵面转动到任意位置都须保持力
的平衡，则有：
ｆ，套ｏｓ９一，ｋ—Ｇｃｏｓ口＝０
｛局ｙ＋蹈ｉｎｐ—Ｇ８ｉ邮＝０
（９）
【Ｆｗａｓｉｎ‘ｐ＋只徊ｃｏ即＋Ｇ如ｉｎ（卢一７）＝０
式中：ｙ＝９＋Ａ一２７００，Ａ＝ａｒｃｔａｎ（ａ／（２ｄ））；
ａ——摆杆ＡＯＣ相对天线下阵面的角位移，（ｏ）；
口——天线下阵面的角位移，（ｏ）；
ｄ——天线上阵面质心到Ｄ点之间的距离，ｍ；
Ｇ——天线上阵面的质量，ｋｇ。
据式（９）解出
易＝地％冰掣
如＝业嘎编笋Ｇｃｏｓ眦ｃ。驴
耻Ｇｓｉ妒一迹嘎跷ｎ掣Ｇｓ枷
Ⅱｓｌ～仃一‘ｐ，
‘（１０）
当ｙ≤Ｏ时取“＋：’，当ｙ＞Ｏ时取“一”。
１．３．２连杆受力分析
因连杆ＢＤ是二力杆，故连杆ＢＤ的受力大小Ｂ
如果为正，则受压力；如果Ｒ为负，则受拉力。连
杆ＢＤ两端铰接处铰链所受力大小也为Ｒ，方向
相反。
１．３．３摆杆受力分析
对摆杆ＡＯＣ，据图３和静力学平衡条件有：
Ｉ％一如＋ＦｓｉｎＢ＝０
｛一只ｙ＋，矗一Ｆｃｏｓ６＝０
ＩＦｅｃｏｓ（ａ一４５０＋６）一，ｋｃｓｉｎａ－一ＦＣＣＯＳＯ［＝０
解出
Ｆ＝ｚＦｌｘｃｓｉｎａ＋Ｆ，ｙｃｏｓｃｔ
（１１）
ｏｘ＝％＋Ｆｓｉｎ８
７
‰＝一ｙ＋Ｆｃｏｓ￥
当ｏｔ，＞４５０时取“＋”；当ａ＜４５０时取“一”。
式（１２）中Ｆ为油缸的力，％和嘞是ＡＯＣ摆
杆铰链０处的２个分力。
折叠机构中构件ＣＤ与天线上阵面固联为一
体，ＢＯ与天线下阵面固联为一体，故不再对其进行
受力分析。
因相关公式都不是简单的线性关系式，故无法
直观地看出力与仅、卢两角度之间的变化趋势。当天
万方数据
Ｉｌ
段一一一ｊ
舢
图３天线上阵面的受力示意图
线下阵面仰起到位（届＝８２。）后，折叠机构开始动作，
且其原动件（ＡＯＣ）是在折叠油缸的推（或拉）力作用
下摆动，从而驱动其他构件动作，进而带动天线上阵
面动作。为此通过读取连接在液压系统中折叠油缸
输入端上压力表所显示的压力值大小，计算出折叠
油缸的推（拉）力大小，再根据式（１０）、式（１２）可以计
算出摆杆、连杆和铰链０处力的大小（见表１）。
裹１
折叠机构各构件在上阵面不同角度时受力大小
上阵声夕尉油缸ＭＰ压力ａ
７油缸力／ｋＮ摆杆，ｋＮ连杆，ｋＮ铰篙处，
２５
６０
８７３
９７４
２６５
４２
ｏ∞∞∞啪啪啪
¨＂ｍ忆垃盯“
¨乾舄鼹舒∞¨
圳，：殂控堪
１５
由表ｌ可以清晰看出，当天线上阵面运动到９００
附近时，摆杆、连杆和铰链０处所受力最大，油缸压
力和油缸力也最大。此时天线上阵面处于水平状态，
产生最大重力矩，故对折叠机构各构件产生最大反
作用力。
１．４液压系统
天线折叠机构液压系统原理图如图４所示嘲。为
保证系统功能的实现，采用伺服电机驱动液压泵作
液压系统的动力源。伺服电机可以根据天线展开或
收拢时需要调速进行有效调速，保证天线在整个动
作过程中无冲击。在液压系统中采用了换向阀、流量
调节阀、溢流阀、同步马达、液压锁、平衡阀、压力表
等器件。换向阀用于控制液压缸输出轴的伸出与收
回；流量调节阀用于调整油缸运动速度；液压锁用于
８８
中国测试２０１２年１月
１．５同步控制技术川
因特殊性，该折叠机构必须成对使用，由此带来
了双机构同步问题。对于两折叠油缸同步，它实际就
是两油缸活塞杆伸出或收回速度的同步，也就是两
油缸的进出液压油容积相等问题，为此在油路控制
系统中加入了高精度容积式的液压同步马达。利用
同步马达来分别同时控制对应的２个油缸，同步精
度能达到ｌ％，完全满足要求，且同时同步马达有很
好的负载不平衡性。
１．６伺服控制系统
折叠机构的控制框图见图５嗍。系统采用ＰＬＣ控
制器阮作为控制中心。ＰＬＣ含有Ｉ，Ｑ开关量模块、ＡＩ／ＡＱ
模拟量模块。接近开关用于检测天线阵面是否到位，
当天线阵面某一状态到位时，相应的接近开关被点
亮。同时此信号被传送到ＰＬＣ控制中心，在经过一
定时间延时对相应的的执行机构进行关断处理并
锁定。ＲＳ４８５串口是与上位机相连接的通信数据线，
不仅用来接收上位机发来的相关指令，还把本控制
系统的ＰＬＣ所采集到的设备状态反馈给上位机，从
而实现了上位机远程监控。
２安全性、可靠性设计
折叠机构的安全性和可靠性集中表现在展开或
折叠过程中【１０ｌ，为此采取了如下措施：
（１）采用双驱动机构。当一个驱动机构出现损
坏，另外一个驱动机构可以把天线停在任意位置，并
图４液压系统控制原理图
且允许把损坏的驱动机构完全拆除。
防止系统长期不工作时油缸和管路中液压油的回
（２）设置液压锁保护。在油缸的２个油口全都装
流；溢流阀用于控制整个系统的压力；同步马达用于
了防爆阀，当油管突然破裂失效时，天线都会锁定在
保证量驱动液压缸同步运行；平衡阀用于防止当系
相应的位置，不会产生跌落现象。
统管路突然失效时天线上阵面不发生跌落失效；压
（３）设置溢流阀保护。液压系统压力超过额定值
力表用于检测管路油压。
时系统自动停止，不会损坏天线。
＿一风机
直流，交流电源卜
＿一加热器
哇１源
／
Ｉ天线展开限位卜
譬
／
天线收拢限位卜
山
．．．＿／
稚
／
＼
器
辑
／
．．．．．／
础
骠
…、＼；
＼Ｊ
１已
［
］
１
础ｓ４８５，口Ｌ—
ｊ一．，
Ｊ
ｌ接近开关卜．
天线上阵面
＼
目天线展开，收拢控制器Ｈ平衡阀删剥一一一
／
图５天线折叠机构控制框图
万方数据
第３８卷第１期
盂国军等：一种新型雷达天线折叠机构研究与实现
向前折叠１８００，使天线上下阵面成层叠状，最大限度
地降低了天线运输高度。此折叠机构解决了雷达装
备高机动性最关键技术，为大尺寸平面阵列天线雷
达的高机动性提供了良好的技术支持，使大尺寸平
面阵列天线雷达实现高机动目标成为可能。该折叠
机构已成功应用于某大尺寸平面阵列天线高机动雷
达中，并经受住了长期各种严酷环境的考验。
参考文献
【１】陈建平．大阵面天线自动展开，折叠设计与系统实现Ｌ刀．
现代电子，２００２，７９（２）：４６－５０．
【２】程辉明，许统融．地面高机动雷达集成化设计技术叨电子
机械工程，２００５，２１（３）：２２—２３．
【３］３
图６折叠机构收拢状态
图７折叠机构展开状态
孟宪源．现代机构手册【Ｍ】．北京：机械工业出版社．２００６．
［４】陈立群．理论力学【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２００６．
【５】黄锡恺，郑文纬．机械原理【Ｍ】．北京：高等教育出版社，
１９８１．
（４）采用叠加阀。控制阀集成设计，减少连接管
路，减少管路连接故障。
（５）软件互锁。在控制软件中设置互锁，保证只
有在上一步正常的状态下才可以进行相关的下一步
操作，从而可以防止误操作，以保护天线安全。
图６和图７分别为折叠机构收拢和展开状态实
物照。
【６】张利平液压控制系统及设计咖北京：化学工业出版社，
２００６．
【７】苏东海液压同步控制系统及其应用ｍ沈阳工业大学学报，
２００５，２７（４）：３６４—３６７．
【８】胡佑德．伺服系统原理与设计【明．北京：北京理工大学出
版社．１９９５．
ｆ９１９
宋德玉可编程序控制器原理及应用系统设计技术【Ｍ】．
北京：冶金工业出版社，２００６
【１０】戚仁欣雷达天线结构设计的安全设计和安全操作［Ｊ】
现代电子，２００４．８１（４）：４８—５１．
３结束语
该自动折叠机构结构形式是一种全新的折叠结
构形式，能通过折叠机构自身９００转动把天线上阵面
ｔａ４奢蛤鼢盼蹄蹄盼瞄瞄ｅ奢！盎瞄嘧螂蝴蝓靖嘧！盘嗡嗡、±盆、簖±矗雌４黼｛矗坊蹿墒！矗＝ｉ吩豁瞄瞄瞄±矗，霉、３２
（上接第８４页）
【２】何照才光电测量ｌＭ】北京：国防工业出版社，２００２
【３】吴能伟．经纬仪实时引导的研究［Ｄ】．长春：中国科学院
长春光学精密机械与物理研究所，２００３
【４】毛席云．高速电视的大容量图象存储器【Ｊ】光子学报，
１９９６．９（９）：８２８—８３０．
【５】５
４．３．６实时数据存储模块
主要进行数据存储工作，便于事后数据分析和
归档。在该存储过程进行期间，界面同时给出进度指
示和存储时间指示。
５结束语
高速电视摄像系统经过多次调试、修改和完善，
已正式在靶场承担光学测量任务，替代靶场传统的
胶片式高速摄影系统。高速电视摄像是高速摄影领
域中正在发展的新技术，在我国还处在起步阶段，需
要不断深入研究旧。
参考文献
［１】谭显祥．光学高速摄影测试技术【明．北京：科学出版社，
１９９０．
王志强．一种用于多目标测量的高速电视系统叨红外与
激光工程．２００６（２１）：４８７－－４９１．
孙明华．多目标测量技术加飞行器测控学报，２００３（２）：１．６
器测控学报，２００３，２２（３）：４９—５２．
【６】６
【７］苏增立．高速摄像系统及其在靶场中的应用分析叨．飞行
【８】王瑞．基于面阵ＣＣＤ的激光高速摄影技术在弹道测试中
的应用叨．弹箭与制导学报，２００９，２９（５）：１９７—１９９．
【９】杨杰高速电视摄象系统的象质评价和动态计测精度Ⅱ】．
高速摄影与光子学，１９９１，２０（４）：３８２—３８７．
【１０】李宗尧高速电视摄像及其发展Ⅱ】高速摄影和光子学，
１９９３（３）：４５—５１．
万方数据
2024年3月20日发(作者：仵雅云)
第３８卷第１期
２０１２年１月
中国测试
ＣＨＩＮＡＭＥＡＳＵＲＥＭＥＮ－Ｉ．＆，ＩＥＳＴ
Ｖ０１．３８Ｎｏ．１
Ｊａｎｕａｒｙ，２０１２
一种新型雷达天线折叠机构研究与实现
孟国军，倪仁品，陈建平
（中国电子科技集团公司第３８研究所，安徽合肥２３００３１）
摘要：为实现大尺寸平面阵列天线雷达的海陆空多种运输方式兼容，特别是铁路运输时直接驶上平板车，采用了
一种新型的前翻四连杆折叠机构。着重介绍了该机构中以液压油缸作为驱动源的四连杆折叠机构的工作原理和结构
设计，分析了折叠机构运动规律和受力情况，并在折叠机构系统设计中采用驱动源同步来实现两套折叠机构在展开
与折叠过程中实时同步。该机构成功用于某高机动雷达的大型平面阵列天线折叠，通过长期使用证明机构性能良好、
可靠性高。
关键词：雷达；前翻四连杆折叠机构；双驱同步技术；平面阵列天线；机动性
中图分类号：ＴＮ８２０．８；ＴＰ＇２７５
文献标志码：Ａ
文章编号：１６７４—５１２４（２０１２）０１加０８５埘
Ｒｅｓｅａｒｃｈ
ａｎｄ
ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ
ｏｆｎｅｗ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｆｏｒｒａｄａｒ
ａｎｔｅｎｎａ
ＭＥＮＧ
Ｇｕｏ－ｊａｎ，ＮＩ
Ｒｅｎ－ｐｉｎ，ＣＨＥＮ
Ｊｉａｎ－ｐｉｎｇ
（Ｎｏ．３８
ＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＣｈｉｎａＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ
ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＧｒｏｕｐＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｈｅｆｅｉ
２３００３
１，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅａｕｔｈｏｒｓ
ｐｌａｎａｒ
ａｒｒａｙ
ａｎｔｅｎｎａ
ｕｓｅａ
ｎｅｗ
ｔｙｐｅ
ｏｆｆｏｕｒ—。ｌｉｎｋ
ｆｏｒｗａｒｄ＿＿ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｔｏ
ａｃｈｉｅｖｅ
ｌａｒｇｅ
ｒａｄａｒ
ｗｈｉｃｈｉｓ
ｃｏｍｐａｔｉｂｌｅ
ｗｉｔｈｓｅａ－ｌａｎｄ－ａｉｒ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎｍｏｄｅｓ，ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ，
ｔｈｅｍｏｄｅｔｈａｔｔｈｅ
ｒａｄａｒ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ｃａｌｌ
ｂｅｄｒｉｖｅｎ
ｄｉｒｅｃｔｌｙ
ｏｎｔｏ
ｒａｉｌｒｏａｄｆｌａｔｉｎｒａｉｌ
ｔｒａｎｓｐｏｒｔ．Ｔｈｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｗａｓ
ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ
ｆｏｒ
ｔｈｅ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓｗｈｉｃｈ
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ｔｈｅ
ｈｙｄｒａｕｌｉｃｃｙｌｉｎｄｅｒ
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ａｎｄ
ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ
ｄｅｓｉｇｎ
ｗｅｒｅ
ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ，ａｎｄ
ｔｈｅｌａｗｏｆ
ｉｔｓｍｏｔｉｏｎ
ａｎｄ
ｄｅｓｉｇｎ
ｆｏｒｃｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ
Ｗａｓ
ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｉｎ
ｔｈｅ
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ｄｒｉｖｉｎｇ
ｐｒｏｃｅｓｓ
ｓｏｕｒｃｅ
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ｔｈｅ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ，ｔｈｅ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ
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ｗａｓ
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ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ
ｏｆ
ｔｈｅ
ｔｗｏ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｓ
ｉｎｔｈｅ
ｈｉｇｈｌｙ
ｏｆ
ｅｘｐａｎｄｉｎｇ
ａｎｄ
ｃｏｌｌａｐｓｉｎｇ．Ｔｈｅ
ａｎｄ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ
ｈａｓｂｅｅｎ
ｓｕｃｃｅｓｓｆｕｌｌｙ
ｕｓｅｄｉｎ
ｍｏｂｉｌｅｒａｄａｒｆｏｒ
ｅｘｐａｎｄｉｎｇ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｏｆ
ｌａｒｇｅ
ｐｌａｎａｒ
ａｒｒａｙ
ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
ａｎｔｅｎｎａ．Ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ
ｓｈｏｗｓ
ｔｈｅ
ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍｈａｓ
ｇｏｏｄ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｒａｄａｒ；ｆｏｕｒ－ｌｉｎｋ
ａｎｔｅｎｎａ；ｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙ
ａｎｄ
ｈｉＩｇｈｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙ．
ｆｏｒｗａｒｄ－ｆｏｌｄｉｎｇ
ｍｅｃｈａｎｉｓｍ；ｄｕａｌ
ｄｒｉｖｅ
ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚａｔｉｏｎ；ｐｌａｎａｒ
ａｒｒａｙ
０
引言
并应用于某雷达大平板阵列天线的自动展开与折
叠，使该雷达满足海陆空兼容的运输，具有很好的机
动性能【刁。
１
随着电子技术的发展和现代战争的需要，对大
尺寸平面阵列天线雷达【ｌ】的机动性要求越来越高，
雷达的机动性能对雷达的快速反应能力和战场生
存能力有决定性影响。实现大尺寸平面阵列天线
的完全自动倒伏使雷达满足海陆空运输兼容技术
一直是困扰中国雷达研究的难题。经过几年的艰苦
研究，成功研制出一种新型的前翻四连杆折叠机构，
收稿１３期：２０１１－０２—１４；收到修改稿日期：２０１１—０４—２６
作者简介：孟国军（１９７２一），男，四川安岳县人，工程师，硕士，
主要从事雷达结构总体研究。
系统实现
为满足某大尺寸平面阵列天线高机动雷达的海
１．１方案的选择
陆空兼容运输方式，经过充分论证比较，选择如图ｌ
所示的四连杆折叠机构翻。此折叠机构的特点是简单
可靠，用一个９０。的旋转实现１８０。的天线折叠。
动作原理：由图ｌ可知，整个折叠机构由４个构
件组成。在此把构件１定义为原动件，构件２和３定
万方数据
中国测试
２０１２年１月
义为从动件，构件４定义为机架。初始位置构件１处
于水平Ｏ。位置，构件３与构件１部分重叠。当原动
件（构件１）绕０点作逆时针旋转时，由于构件２的
作用使构件３在跟随构件１绕Ｃ点转动的同时还围
绕着构件２的Ｄ点转动，从而使构件３完成自转。
当构件ｌ转动９０。时，构件３旋转１８００，此时构件ｌ
与构件４部分重叠。
图１折叠机构原理图
基于此，如果把天线阵面分为上下阵面，天线下
阵面通过铰链方式与天线基座相连接，而把天线上
阵面固定于构件３上，则可利用构件１的９０。旋转来
实现天线上阵面的１８０。折叠。构件１的动力源为液
压油缸（见图２）。
图２折叠机构运动分析示意图
万方数据
１．２折叠机构运动分析嗍
图２中除油缸长度￡外，其他构件的长度都是
定值。当油缸端点从Ａ７运动到Ａ点时，据图２中三
角形ＡＱＯ和ＡＡ’Ｑ可得：
ｅ２＿－ＱＡ２＋Ｑ０２—２・ＱＡ・ＱＯｃｏｓ（８＋１３
１
ＡＡ＇．２＝ＱＡ２＋，ＱＡｔ２、＿２‘ＱＡ。ＱＡ’ｃ。曲
ＡＡ’＝２ｅｓｉｎ（ａ１２）
（１）
ＱＡ＝ＱＡ’一Ｖｔ
式中：ＱＡ’＝１
４９６ｍｍ，Ｑｏ＝Ｉ
２４６ｍｍ，ｅ＝４００ｒａｍ；
ｔ，——油缸速度（１４．１５
ｍｍ／ｓ）；
ｔ——油缸运动时间，ｓ。
由式（１）可解出摆杆ＡＯＣ角度ａ与油缸运动时
间ｔ的关系为
ｌ
Ｉ归２ａｒｃｓｉｎ—Ｘ／—（１
４—９６－ｖ—ｔ）２＋—１
４９孽６２－婴２９９—２ｘ（—１
４９６—－ｖｔ—）ｘｃｏ亚ｓ８
ｚｅ
Ｉ占＝ａｒｃｃｏｓ（号瑟箍翼警）－１３
Ｉ担。０８Ｉ—西藏丽Ｔ獗五；万一Ｊ－”
（２）
在图２中，ｘｏｙ为右手直角坐标系，戈轴和Ｙ轴
分别为实轴和虚轴。据四边形ＯＢＤＣ各矢量的方向
可得
ｎｉ＋６ｅ御＝ＣＣｉａ＋ｎｅ审＋
由此解出：
ｐ＝｛２踟＂ｒ－ｃ＋ｔ２ａ
ｔａｎｆ可１（ｐ＜ｏ）
ｎｒｃ（霉Ｂ＋Ｘ／Ａ
（３）
２＋Ｂ＇－Ｃ２）‘篡三；
咄霄＋ａｒｃｃｏｓ（甓糍辫。｝ｃｃｏⅡｓｏｔ）
式中：ｏ，ｂ，ｃ——确定值。
对式（４）对时间求一阶和二价导数，可得到构件
ＡＯＣ的角速度‰和角加速度晶为
｛饥一ｊ
１
”
（５）
～），
ｌＳａ＝“
对式（３）两边对时间求导为
ｂｏｓｅ汨＝ＣＯ）ａｅｉａ＋ｏｘｏ＃ｉ９
（６）
舻笔嬲
消去‰求出构件ＢＤ的角速度ｔｏｏ为
（７）
对式（７）对时间求导可得构件ＢＤ的角加速度
岛为
鲈甓０
０瓣８
（８）
Ｃ
Ｌ仃一妒，
第３８卷第１期孟国军等：一种新型雷达天线折叠机构研究与实现
１．３折叠机构受力分析阁
１．３．１天线上阵面的力学分析
对于折叠机构，天线上阵面是负载，故取天线
上阵面进行力学分析。天线上阵面的受力示意图如
图３所示。天线上阵面转动到任意位置都须保持力
的平衡，则有：
ｆ，套ｏｓ９一，ｋ—Ｇｃｏｓ口＝０
｛局ｙ＋蹈ｉｎｐ—Ｇ８ｉ邮＝０
（９）
【Ｆｗａｓｉｎ‘ｐ＋只徊ｃｏ即＋Ｇ如ｉｎ（卢一７）＝０
式中：ｙ＝９＋Ａ一２７００，Ａ＝ａｒｃｔａｎ（ａ／（２ｄ））；
ａ——摆杆ＡＯＣ相对天线下阵面的角位移，（ｏ）；
口——天线下阵面的角位移，（ｏ）；
ｄ——天线上阵面质心到Ｄ点之间的距离，ｍ；
Ｇ——天线上阵面的质量，ｋｇ。
据式（９）解出
易＝地％冰掣
如＝业嘎编笋Ｇｃｏｓ眦ｃ。驴
耻Ｇｓｉ妒一迹嘎跷ｎ掣Ｇｓ枷
Ⅱｓｌ～仃一‘ｐ，
‘（１０）
当ｙ≤Ｏ时取“＋：’，当ｙ＞Ｏ时取“一”。
１．３．２连杆受力分析
因连杆ＢＤ是二力杆，故连杆ＢＤ的受力大小Ｂ
如果为正，则受压力；如果Ｒ为负，则受拉力。连
杆ＢＤ两端铰接处铰链所受力大小也为Ｒ，方向
相反。
１．３．３摆杆受力分析
对摆杆ＡＯＣ，据图３和静力学平衡条件有：
Ｉ％一如＋ＦｓｉｎＢ＝０
｛一只ｙ＋，矗一Ｆｃｏｓ６＝０
ＩＦｅｃｏｓ（ａ一４５０＋６）一，ｋｃｓｉｎａ－一ＦＣＣＯＳＯ［＝０
解出
Ｆ＝ｚＦｌｘｃｓｉｎａ＋Ｆ，ｙｃｏｓｃｔ
（１１）
ｏｘ＝％＋Ｆｓｉｎ８
７
‰＝一ｙ＋Ｆｃｏｓ￥
当ｏｔ，＞４５０时取“＋”；当ａ＜４５０时取“一”。
式（１２）中Ｆ为油缸的力，％和嘞是ＡＯＣ摆
杆铰链０处的２个分力。
折叠机构中构件ＣＤ与天线上阵面固联为一
体，ＢＯ与天线下阵面固联为一体，故不再对其进行
受力分析。
因相关公式都不是简单的线性关系式，故无法
直观地看出力与仅、卢两角度之间的变化趋势。当天
万方数据
Ｉｌ
段一一一ｊ
舢
图３天线上阵面的受力示意图
线下阵面仰起到位（届＝８２。）后，折叠机构开始动作，
且其原动件（ＡＯＣ）是在折叠油缸的推（或拉）力作用
下摆动，从而驱动其他构件动作，进而带动天线上阵
面动作。为此通过读取连接在液压系统中折叠油缸
输入端上压力表所显示的压力值大小，计算出折叠
油缸的推（拉）力大小，再根据式（１０）、式（１２）可以计
算出摆杆、连杆和铰链０处力的大小（见表１）。
裹１
折叠机构各构件在上阵面不同角度时受力大小
上阵声夕尉油缸ＭＰ压力ａ
７油缸力／ｋＮ摆杆，ｋＮ连杆，ｋＮ铰篙处，
２５
６０
８７３
９７４
２６５
４２
ｏ∞∞∞啪啪啪
¨＂ｍ忆垃盯“
¨乾舄鼹舒∞¨
圳，：殂控堪
１５
由表ｌ可以清晰看出，当天线上阵面运动到９００
附近时，摆杆、连杆和铰链０处所受力最大，油缸压
力和油缸力也最大。此时天线上阵面处于水平状态，
产生最大重力矩，故对折叠机构各构件产生最大反
作用力。
１．４液压系统
天线折叠机构液压系统原理图如图４所示嘲。为
保证系统功能的实现，采用伺服电机驱动液压泵作
液压系统的动力源。伺服电机可以根据天线展开或
收拢时需要调速进行有效调速，保证天线在整个动
作过程中无冲击。在液压系统中采用了换向阀、流量
调节阀、溢流阀、同步马达、液压锁、平衡阀、压力表
等器件。换向阀用于控制液压缸输出轴的伸出与收
回；流量调节阀用于调整油缸运动速度；液压锁用于
８８
中国测试２０１２年１月
１．５同步控制技术川
因特殊性，该折叠机构必须成对使用，由此带来
了双机构同步问题。对于两折叠油缸同步，它实际就
是两油缸活塞杆伸出或收回速度的同步，也就是两
油缸的进出液压油容积相等问题，为此在油路控制
系统中加入了高精度容积式的液压同步马达。利用
同步马达来分别同时控制对应的２个油缸，同步精
度能达到ｌ％，完全满足要求，且同时同步马达有很
好的负载不平衡性。
１．６伺服控制系统
折叠机构的控制框图见图５嗍。系统采用ＰＬＣ控
制器阮作为控制中心。ＰＬＣ含有Ｉ，Ｑ开关量模块、ＡＩ／ＡＱ
模拟量模块。接近开关用于检测天线阵面是否到位，
当天线阵面某一状态到位时，相应的接近开关被点
亮。同时此信号被传送到ＰＬＣ控制中心，在经过一
定时间延时对相应的的执行机构进行关断处理并
锁定。ＲＳ４８５串口是与上位机相连接的通信数据线，
不仅用来接收上位机发来的相关指令，还把本控制
系统的ＰＬＣ所采集到的设备状态反馈给上位机，从
而实现了上位机远程监控。
２安全性、可靠性设计
折叠机构的安全性和可靠性集中表现在展开或
折叠过程中【１０ｌ，为此采取了如下措施：
（１）采用双驱动机构。当一个驱动机构出现损
坏，另外一个驱动机构可以把天线停在任意位置，并
图４液压系统控制原理图
且允许把损坏的驱动机构完全拆除。
防止系统长期不工作时油缸和管路中液压油的回
（２）设置液压锁保护。在油缸的２个油口全都装
流；溢流阀用于控制整个系统的压力；同步马达用于
了防爆阀，当油管突然破裂失效时，天线都会锁定在
保证量驱动液压缸同步运行；平衡阀用于防止当系
相应的位置，不会产生跌落现象。
统管路突然失效时天线上阵面不发生跌落失效；压
（３）设置溢流阀保护。液压系统压力超过额定值
力表用于检测管路油压。
时系统自动停止，不会损坏天线。
＿一风机
直流，交流电源卜
＿一加热器
哇１源
／
Ｉ天线展开限位卜
譬
／
天线收拢限位卜
山
．．．＿／
稚
／
＼
器
辑
／
．．．．．／
础
骠
…、＼；
＼Ｊ
１已
［
］
１
础ｓ４８５，口Ｌ—
ｊ一．，
Ｊ
ｌ接近开关卜．
天线上阵面
＼
目天线展开，收拢控制器Ｈ平衡阀删剥一一一
／
图５天线折叠机构控制框图
万方数据
第３８卷第１期
盂国军等：一种新型雷达天线折叠机构研究与实现
向前折叠１８００，使天线上下阵面成层叠状，最大限度
地降低了天线运输高度。此折叠机构解决了雷达装
备高机动性最关键技术，为大尺寸平面阵列天线雷
达的高机动性提供了良好的技术支持，使大尺寸平
面阵列天线雷达实现高机动目标成为可能。该折叠
机构已成功应用于某大尺寸平面阵列天线高机动雷
达中，并经受住了长期各种严酷环境的考验。
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（４）采用叠加阀。控制阀集成设计，减少连接管
路，减少管路连接故障。
（５）软件互锁。在控制软件中设置互锁，保证只
有在上一步正常的状态下才可以进行相关的下一步
操作，从而可以防止误操作，以保护天线安全。
图６和图７分别为折叠机构收拢和展开状态实
物照。
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３结束语
该自动折叠机构结构形式是一种全新的折叠结
构形式，能通过折叠机构自身９００转动把天线上阵面
ｔａ４奢蛤鼢盼蹄蹄盼瞄瞄ｅ奢！盎瞄嘧螂蝴蝓靖嘧！盘嗡嗡、±盆、簖±矗雌４黼｛矗坊蹿墒！矗＝ｉ吩豁瞄瞄瞄±矗，霉、３２
（上接第８４页）
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【５】５
４．３．６实时数据存储模块
主要进行数据存储工作，便于事后数据分析和
归档。在该存储过程进行期间，界面同时给出进度指
示和存储时间指示。
５结束语
高速电视摄像系统经过多次调试、修改和完善，
已正式在靶场承担光学测量任务，替代靶场传统的
胶片式高速摄影系统。高速电视摄像是高速摄影领
域中正在发展的新技术，在我国还处在起步阶段，需
要不断深入研究旧。
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万方数据