升降方舱结构设计初探

导语新产品研发是企业发展的倍增器，也是未来企业利润的潜在增长点。但研发之路并非坦途，不但需要企业有持续的人力和物力投入，而且更考验研发团队的韧性和意志力。自成立以来，我们企业一直视新产品研发为企业晋阶的不二之选，经过长期历炼，不但实现了年年营收指标的不断增长，而且也积淀了多项智力成果。未来一段时间内将是通信技术发展最为活跃的时期。新型通信技术的蓬勃发展，正深刻地改变着整个社会的精神面貌以及技术发展的走向。而天线产品是通信技术的重要终端，它是一种变换器，能够实现把传输线上传播的导行波，变换成在无界媒介(通常是自由空间)中传播的电磁波，或者进行相反的变换。天线产品在通信设备中用来发射或接收电磁波的部件。我司为某个研究所设计和制作了天线升降用的方舱产品（下文简称为“升降方舱”）。该升降方舱产品工作于戈壁地区，即地面几乎被粗沙、砾石所覆盖，植物稀少的荒漠地带，而且当地的风沙较大，对产品的密封性及移动的便利性等提出了更高的要求。结合上述要求，我们在以往方舱及航天包装箱设计和制作的经验基础上，优化了这台方舱的密封结构，并在吸波材料及其壳体的设计上保证了用户要求的屏效指标，目前升降方舱已经成功交付客户。本文介绍了该方舱产品的主要技术指标并且分析了其结构设计要点。升降方舱的主要技术指标图1所示的产品是我司为某研究所设计的升降方舱产品。方舱的主要技术要求如下：图1升降方舱外观(1)方舱由车体、主方舱、副方舱、电动升降及调平机构等组成；(2)方舱内壁粘贴吸波材料，满足工作频段为S/C波段（工作频段为1.26GHz到9.6GHz），要求使用吸波材料后设备反射率优于-25dB；(3)车体上的部分重量为5吨（含主副方舱），升降及调平机构、四个万向脚轮需满足承重要求；(4)产品用在沙漠地区，电动调平机构的支杆及底盘不与地面固定，需考虑支杆杆径及底盘外径；(5)主副方舱需方便、可靠连接；(6)顶盖为翻转式且需有可靠防雨措施；(7)各门及窗有密封要求（同海运集装箱）；(8)主方舱要能方便与车体吊离，所以主方舱底部为敞开结构，需考虑与车体的固定及密封方式。(9)方舱车体加行走机构。升降方舱结构设计要点解析考虑到使用要求的多样性以及实际工况的特殊性，我们的研发团队紧密地与用户沟通每一个产品细节，并通过解读通信类方舱的国家标准和有关资料，结合在其他户外结构类产品设计和制作上积淀的经验，我们分析该产品的结构设计要点在于移动结构实现、密封结构设计、吸波材料选用、透波结构设计及自动调平机构设计等环节。(1)本产品由底部的车体部分、上部的主方舱及副方舱、行走机构及自动调平机构等组成（图2）。其中，车体、主方舱及副方舱为主要组成部分，这三个组成部分安装后，可以在底部四角分别与如图3所示的行走机构快捷地连接，整个连接过程在30分钟内可以完成。上述的行走机构是我们与专业厂联合开发的方舱专用行走装置，其轮径为400毫米，可以满足双人经拉、推而移动此方舱的要求，轮体采用特殊橡胶材质，可以应对戈壁地区坎坷多碎石的路面特点。当然，这套行走机构也可以由有动力源的牵引装置拉动。机动与手动行走的设计，方便了用户根据长、短途转运需要而做出的灵活选择。图2升降方舱主要组成部分图3行走机构外观(2)主、副方舱与车体底部采用氟橡胶材质的O形圈作为密封介质，该O形圈采用热接工艺成形，全长无断点，且有较大的压缩量，可以有效弥补方舱构件因变形程度大而导致和密封不实等不足之处，这一结构我们已经在充气式航天包装箱产品上做过验证，目前已经是较为成熟的设计及应用。氟橡胶材质可以在零下30°C下的保持较低的低温脆性，不会因戈壁地区冬季的严寒工况而引起密封失效。为了满足舱体密封性的要求，方舱还采用了胶粘、铆接等装配工艺，这些工艺的应用，能够起到减少方舱制作时间、降低成本及保证可靠密封的作用。但如果对于这些工艺的应用没有成熟的设计和制作经验支撑，反而会使方舱的整体性能大打折扣。另外，方舱各主要构件之间采用可调式预紧型搭扣的连接方式，见图4。图4可调式预紧型搭扣外观(3)吸波材料选用是升降方舱结构设计中较重要的一环。这一部分主要集中在副方舱安装的部分，我们选用图5所示的SM尖锥型材料，可以满足用户要求的效能指标。图5吸波材料选型(4)与上文中所述的透波材料相配合，副方舱的材质必须选用可以透波的材料。经评估和计算，我们选用玻璃钢材质作为副方舱制件的主材质。除主体部分外，副方舱与主方舱间采用搭扣连接的方式，所以副方舱的搭扣安装部位内植了不锈钢螺母，经与用户沟通，这些细小的金属结构无碍于整体透波效能的实现。(5)用户要求方舱移动至工作场地后，通过自动调平机构（图6）可以实现方舱四角的快速调平。我们与专业厂家联合开发了本产品适用的自动调平机构，方舱的整个调平过程约用时3分钟，调平精度可达0.5度。图6自动调平机构图结束语多数企业更青睐于少品种、多批量的设计和制作，这样可以使成本降至低点；而对于有技术难度并且批量较小的新型产品，人们往往不愿意去做费力不讨好的事情，那样做往往得不偿失，但这种观念有时会制约企业自身的长远发展，因为对于新产品市场来说，其未来的市场潜力究竟有多大，是需要清醒、审慎的认识及评估的；另外，如果在新材料、工艺和结构的实践中，能够让企业的研发团队借之而练兵，则是一个很难得的契机。当用户非常信任地找到我们，希望借我们的力量帮其实现产品改造或研发的初衷，对于客户