车载雷达结构整车稳定性分析

2013-06-16 by:广州有限元分析、培训中心-1CAE.COM 来源:仿真在线

1 引言

在现代战争中,车载雷达需要具有良好的机动性和生存能力。其工作状态的稳定性直接影响该雷达系统的精确度,在总体概念设计阶段,设计师必须充分考虑车载雷达改装后的稳定性。长期以来,车载雷达整体稳定性研究一直是按其受最大静载荷考虑的。然而,在实际应用中却出现了许多在静态设计领域中无法解释的问题,如零件的断裂,早期磨损等等。经分析发现,这是因为雷达在使用过程中的动载荷引起的。因此本文以多体动力学为理论基础,在 MotionView 软件中进行了车载雷达机构的建模与仿真,从所得到的动力学结果可知利用该种方法建立的车载雷达多刚体动力学模型能够较好地描述车载雷达的稳定性,并具有卓著的可视化效果。

    2 动力传动系统仿真模型的建立

    2.1 动力学模型的建立
该车载雷达传动系统由动力装置(电机)、传动装置等组成。在建立动力学模型时,首先建立空间位置点 point。这些位置点为各个机构的关键点,如天线质心位置、载荷质心位置、转轴位置、撑腿空间位置等。

其次建立各构件物体 body,如车体、天线、转台等。将根据 CAD 模型得到的精确的质量、质心和转动惯量赋值给相应的构件。为了缩小仿真规模,避免不必要的干扰,获得最高效的计算模型,将天线、举升机构及动转台作为一个 body 考虑。

    2.2 约束的施加

根据各个零部件之间的运动关系,分别施加各零部件之间或零部件与大地之间的约束,以模拟该动力传动系统内各零部件之间的相对运动。

    2.3 力元的建立

    雷达车在展开工作时,通过调平机构将雷达调平。天线升起处于工作状态,雷达车所受的力主要包括自身重力和风载荷。按照总体战技指标要求,雷达车在举升到位时,具有抵抗8 级风的能力。考核天线在每分钟 6 转的工作状态时,在风载荷下,整车的稳定性。

    风阻力计算如下:

式中:ρ 为空气密度,取 ρ=0.125kgs2/m4;Cx:风阻系数,取 1.37;S 为迎风面面积;V 为风速。经计算,天线阵面风阻力、方舱风阻力、运载车底盘风阻力分别为 F1、F2、F3。在本研究模型中,选择了最安全的风阻力施加方式,风阻力作用方向设置为随天线阵面转动。

    2.4 运动的建立

在本研究模型中,天线调平到位后,在 30 秒内天线启动到 6 转/分钟。在此建立了一个相应与时间的天线转动角速度函数。该函数设置如下:

    F(X)= step(time,0,0,30,0.2*PI)

    2.5 实体模型的建立

本动力传动系统仿真模型中的所有刚体模型都是先在 CAD 软件 proe 下建立实体模型,以得到其精确的质量、质心位置和转动惯量;然后按照其装配关系进行组装,最后通过proe 和 MotionView 软件的接口将其转换成 H3D 格式的几何模型。

    3 仿真结果

    3.1 调平状态

载车摆放水平地面状态调平时,各撑腿静反力为:前腿最大载荷 7.53T,后腿最大载荷5.02T(见图 1)。

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    3.2 工作状态

载车在 8 级风作用下,30 秒启动到位,并匀速转动的仿真结果图 2 所示。在工作状态下,各个撑腿所承受压力随会产生周期性变化,其中前腿最大载荷 7.5T,最小载荷 7.08T;后腿最大载荷 5.2T,后腿最小载荷 4.8T。由此可见该车载雷达在 8 级风作用下,各撑腿一直保持受压状态,表明该车载雷达在 8 级风情况下可保持整体工作稳定,满足设计要求。

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    4 结论

车载雷达的改装设计是一个复杂的系统工程。并且改装设计后的性能直接影响其工作可靠性。通过对某机动式雷达改装设计时所进行的稳定分析,测定了各个撑腿的动态载荷,获得了相关数据及曲线,用于判断整车结构的整体稳定性。说明了采用动力学分析进行车载雷达整体稳定性仿真分析中的可行性,并为更进一步研究撑腿结构的力学性能奠定了基础。

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