一种双层筒型基座结构的制作方法

1.本发明涉及一种具有高测量精度要求的船用超大型雷达的基座结构，属于船体结构设计技术领域。


背景技术：

2.航天测量船作为“海上科学城”，其主要任务是搭载多种测控天线，测量航天设备的相关飞行数据。为满足测控距离和测量精度日益增长的需求，近年来测控和通讯技术不断发展，测控天线的尺度有着越来越大的趋势。天线重量从最初的几吨、几十吨逐步发展到百吨级，甚至数百吨级以上。对于这种超大型天线，为保证其在海上复杂的环境下依旧具备较好的测量精度，必然会对天线基座的结构性能提出更高要求。
3.在天线静重载荷、随船运动惯性载荷及风载荷联合作用下，基座不可出现过大变形，而影响天线的测量精度。当天线和基座结构的固有频率相当，会出现较强的耦合效应，使得天线
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基座系统的固有频率大幅降低，一旦落入伺服带宽内，各种伺服噪声就会激发系统发生谐振，造成伺服系统不稳定，无法工作，甚至损坏结构。当基座结构固有频率远大于天线结构固有频率时，将不出现或呈现弱的耦合效应，即可保证伺服带宽的频率储备要求。而基座的固有频率与刚度成正比，增大基座刚度可有效增大其固有频率。
4.从应用角度出发，基座结构应具备较高刚度以保证雷达的测量精度。对于筒形基座，增加筒体直径和筒壁厚度均可有效地增大筒体刚度，然而，在船上特殊环境下，基座筒径受到总体空间布局的限制，筒径不能任意取大，同时，筒壁厚度应与船体结构均匀过渡，且厚度取值应与相邻结构板厚相匹配。
5.因此，需要对超大型雷达天线的基座结构予以合理的设计，使其满足刚度、布置等要求。目前，超百吨级雷达天线尚未实现装舰应用，尚没有能够符合高承载、高刚度、结构匹配等要求的雷达天线基座结构。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题是：提供一种能够符合高承载、高刚度、结构匹配等要求的雷达天线基座结构。
7.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种双层筒型基座结构，其特征在于，其特征在于包括基座内层筒壁、基座外层筒壁、基座垂向隔板、基座水平隔板和基座面板；基座外层筒壁与内层筒壁保持距离，两者通过基座垂向隔板、基座水平隔板、基座面板结构连接在一起；基座内层筒壁、外层筒壁及垂向隔板下端固定在甲板上；基座外层筒壁与多层甲板板、舱壁板、强力构件连接在一起；基座面板与基座内层筒壁、外层筒壁及垂向隔板上端连接在一起，设备通过过渡结构安装在基座面板上；所述双层筒型基座结构从上至下依次分为基座上段结构、基座中段结构、基座下段结构。
8.优选地，所述的基座下段结构为漏斗状。超大型雷达基座主体部分筒壁为外径不变的圆筒形结构，包括内层筒壁、外层筒壁；在基座筒壁下端采用外径渐变的收口式结构。
主体部分作为直接承受载荷作用的区域，双层筒壁结构型式一方面可以尽量减少对所在舱室的占用率，另一方面双层筒壁外径不变还可以最大限度的承受并传递载荷，且圆筒形结构在承受水平各向载荷、垂向载荷时相对更为均匀；在保证承载性能的基础上，筒壁下端收口式结构一方面可以实现载荷的逐级传递，另一方面还可以进一步减少所在舱室的空间占用率，提高舱室整体利用率。
9.优选地，所述的外层筒壁与内层筒壁之间设有垂向隔板，外层筒壁、内层筒壁与多块垂向隔板之间形成多个双层筒壁间中空区域。所述的内、外层筒壁通过若干垂向隔板连接，垂向隔板为环向均匀布置、支撑筒壁的垂直于甲板的板式结构，采用垂向隔板结构有利于提高对筒壁的支撑作用。基座筒壁和垂向隔板的下端延伸至甲板，与甲板连接，确保载荷在垂直方向有效传递；基座外层筒壁与各层甲板、舱壁等结构连接，对应甲板位置在基座双层筒壁间设置水平隔板，一方面实现对双层筒壁的支撑，另一方面确保载荷在水平方向的有效传递。
10.更优选地，所述的双层筒壁间中空区域根据需要设有水平隔板人孔。
11.更优选地，所述的垂向隔板上分别设有垂向隔板开孔。为方便双层筒壁间的施工、检修等，在垂向隔板上开孔，以有利于人员通行，还可以减轻基座结构的整体重量。
12.优选地，所述的外层筒壁、内层筒壁上分别设有外层筒壁开孔、内层筒壁开孔。
13.优选地，所述的基座上段结构的顶部设有基座面板。基座筒壁上端设置大厚度基座面板，形成π型结构型式，同时垂向隔板、双层筒壁与基座面板连接，可以实现面板四边的有效支撑。
14.优选地，所述的基座下段结构底部设有基座下端垫板。
15.优选地，所述外层筒壁上相对于外层筒壁开孔的上下两侧分别设有外层筒壁水平筋。
16.优选地，所述内层筒壁上相对于内层筒壁开孔的上下两侧分别设有内层筒壁水平筋。
17.本发明提供了一种在保证基座结构强度及刚度需求的前提下，实现设备高精度测量能力，满足结构设计匹配性和专业间协同设计匹配性的要求、优化舱室空间需求的超大型雷达设备的双层圆筒型基座结构。其特征在于包括基座内层筒壁、基座外层筒壁、基座垂向隔板、基座水平隔板和基座面板等；基座外层筒壁与内层筒壁保持一定距离，两者通过基座垂向隔板、基座水平隔板、基座面板结构连接在一起；基座内层筒壁、外层筒壁及垂向隔板下端固定在甲板上；基座外层筒壁与多层甲板、舱壁板、强力构件连接在一起；基座面板基座内层筒壁、外层筒壁及垂向隔板上端连接在一起，超大型雷达设备通过过渡结构安装在基座安装面上。
18.本发明涉及的基座结构为适用于超大型雷达在舰船搭载的双层筒型基座结构。采用双层圆筒结构型式，通过设置垂向隔板、水平隔板，使得整体刚度特性优越，且较之传统单筒型基座结构对舱室空间的占用率要小，有利于船舶总体布置；采用双层筒壁间设置垂向隔板结构型式，既可以实现对内层筒壁、外层筒壁的连接，提高承载性能，与传统单层筒壁内侧设置垂向扶强材的结构型式相比，还可以确保内层筒壁内侧整体呈“光滑”的特性，使得基座筒体内部空间得到优化，有利于雷达电缆布置、旋转机构的工作等；采用双层圆筒结构型式，与传统单层圆筒结构相比，在确保基座承载特性的同时，有利于减薄基座外层筒
壁壁厚，使得基座结构与相连接船体舱壁结构、甲板结构的结构尺寸过渡更为均匀，整体匹配性更佳。
附图说明
19.图1为双筒型基座中纵剖面示意图；
20.图2双筒型基座水平剖面示意图；
21.图3双筒型基座水平隔板水平剖面示意图；
22.图4双筒型基座面板俯视示意图；
23.图5双筒型基座外层筒壁展开示意图(指向筒内侧)；
24.图6双筒型基座内层筒壁展开示意图(指向筒外侧)。
具体实施方式
25.为使本发明更明显易懂，兹以优选实施例，并配合附图作详细说明如下。
26.实施例
27.如图1
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6所示，为本发明提供的一种双层筒型基座结构，其特征在于，包括外层筒壁4及内层筒壁5，内层筒壁5内形成内层筒壁内侧中空区域11；所述双层筒型基座结构从上至下依次分为基座上段结构1、基座中段结构2、基座下段结构3；基座中段结构2的上下两侧分别设有一水平隔板12，基座中段结构2的中部设有至少一层水平隔板12，每块水平隔板12连接一水平向外延伸的甲板15，甲板15下方设有甲板下桁材16，甲板下桁材16下方设有垂向隔板水平筋14，垂向隔板水平筋14与相邻垂向隔板6固定连接；基座中段结构2的一侧与舱壁17连接。
28.所述的基座下段结构3为漏斗状。
29.所述的外层筒壁4与内层筒壁5之间设有垂向隔板6，外层筒壁4、内层筒壁5与多块垂向隔板6之间形成多个双层筒壁间中空区域10。所述的双层筒壁间中空区域10根据需要设有水平隔板人孔21。
30.所述的外层筒壁4、内层筒壁5上分别设有外层筒壁开孔7、内层筒壁开孔8。所述的垂向隔板6上分别设有垂向隔板开孔9。
31.所述的基座上段结构1的顶部设有基座面板13。所述的基座下段结构3底部设有基座下端垫板20。
32.所述外层筒壁4上相对于外层筒壁开孔7的上下两侧分别设有外层筒壁水平筋18。所述内层筒壁5上相对于内层筒壁开孔8的上下两侧分别设有内层筒壁水平筋19。
33.基座上段结构1主要作为设备安装的平台，基座面板13采用与设备规模、刚度需求相匹配的大厚度形式，与外层筒壁4、内层筒壁5有效连接，形成典型的π型支撑结构，同时外层筒壁4、内层筒壁5在垂向隔板6的连接下，共同形成箱式支撑结构，对基座面板13的四边形成可靠支撑，以确保设备安装面的较小变形。考虑到基座结构的焊接、设备安装等施工需求，垂向隔板开孔9的开孔高度h1应尽量控制在600mm为宜，开孔宽度w4应尽量控制在400mm为宜。同时，基座上段结构1作为直接承受载荷的区域，为确保垂向隔板6对外层筒壁4、内层筒壁5、基座面板13的支撑作用，基座上段结构高度h4建议取≮1000mm，实际取值根据设备安装需求进一步确定；双层筒壁间距w3建议取≮800mm，实际取值根据设备承载需求、结构
布置等进一步确定。
34.基座中段结构2为双层圆筒型基座在水平方向与船体结构的主要连接区域，以实现承载以及传递载荷的功能。外层筒壁4、内层筒壁5和垂向隔板6从基座上段结构1到基座中段结构2采用连续多跨层设计方案，连续穿过甲板层数建议≮2层。为确保多跨层大跨度筒壁结构的稳定性，对应各层甲板15位置在外层筒壁4、内层筒壁5内设置水平隔板12以对筒壁结构形成支撑。垂向隔板6尽量在中纵及正交方向设置，并沿筒壁环向均布，相邻垂向隔板间隔角度θ根据设计输入确定，在本实施例中取为15
°
。考虑到基座结构的焊接、检修等需求，基座外层筒壁4、内层筒壁5、垂向隔板6、水平隔板12需开孔，外层筒壁开孔7的开孔宽度w5在保证人员正常通行的前提下尽量小于外层筒壁上垂向隔板间距w1，即尽量布置于相邻垂向隔板6之间，开孔高度h2满足人员进出需求即可，为进一步为降低开口区域的高应力和提高板格稳定性，在开口上方及下方一般设置外层筒壁水平筋18；内层筒壁开孔8的开孔宽度w6在保证人员正常通行的前提下尽量小于外层筒壁上垂向隔板间距w2，即尽量布置于相邻垂向隔板6之间，开孔高度h3满足人员进出需求即可，为进一步为降低开口区域的高应力和提高板格稳定性，在开口上方及下方一般设置外层筒壁水平筋19；垂向隔板开孔9的开孔宽度w4应尽量控制在400mm为宜，开孔高度h1满足人员进出需求即可；水平隔板12上开水平隔板人孔21，该开孔直径满足人员上下需求即可。外层筒壁4与相邻船体结构连接，甲板15、甲板下桁材16，以及舱壁17共同形成对基座的有效支撑。
35.外层筒壁直径d1、内层筒壁直径d2主要根据承载需求、结构布置、施工需求等共同确定，垂向隔板6采用开口形式，在保证承载强度的情况下，不仅方便人员通行、施工，还可以减轻基座结构整体重量。
36.基座下段结构3为双层圆筒型基座在垂直方向与船体结构的主要连接和过渡区域，作为较佳实施例，建议采用变截面收口型结构，基座下端增设基座下端垫板20。一方面随着载荷在基座和船体结构上的传递，下段结构承受载荷相对较小，外层筒壁直径d1、内层筒壁直径d2取值可予以减小，另一方面可提高所在舱室的空间，方便舱室布置。进一步为降低垂向隔板开口区域的高应力和提高板格稳定性，在开口上方一般设置垂向隔板水平筋14。