機場能見度探測設備結構設計

趙斌

(江蘇無線電廠有限公司,江蘇南京210022)

能見度儀器測量是我國在氣象預報技術領域的新技術,可以在野外無人值守連續工作。能見度的傳統測量方法是靠人工觀測目標物(已知距離)獲得具體數值。與傳統方法相比機場能見度探測設備有很好的技術優勢。產品研制組的人員查閱了大量各方面的技術資料,在充分了解能見度器測量的特殊性基礎上,對國外相關設備進行了技術解剖,同時對我國將來機場能見度探測設備的使用環境進行了調研,對多方要求進行了了解,并與技術人員進行了多方面的溝通,從總體上進行了方案設計。

機場能見度探測設備主要分為兩大部分:室外設備和室內設備。

室內設備主要由計算機、UPS電源、調制解調器等3部分組成。

室外設備是機場能見度探測設備的主要部分,由硬件和結構件2部分組成。室外設備的硬件有兩個發射傳感器、兩個檢測傳感器,一個背景亮度傳感器、調制解調器板(數據發送)、數據采集控制板及電源單元等。室外設備的結構件主要有塔柱、傳感器(發射及檢測)支架、背景亮度傳感器支架和控制箱(調制解調器板、數據采集控制板、電源單元)等。

1 機場能見度探測設備結構設計

1.1 塔柱的設計

a)設備維護的方便性

由機場跑道視程決定了室外設備的總高度為3 m。也就是說發射傳感器和檢測傳感器之間空氣潔凈度采樣空間的工作高度。因為設備裝在機場跑道兩端,飛機在跑道任一端起飛時,坐在飛機駕駛艙中的飛行員觀測水平能見度的高度為3 m左右,取3 m高的能見度值最接近實際能見度值。

因為3 m的高度,使設備的維護和保養發生了比較大的困難(發射傳感器和檢測傳感器上的光學玻璃容易落灰和掛蜘蛛網)。從結構上充分考慮使用維護與保養的方便性,綜合各方面的考慮,塔柱采用了分段結構,分為上、下塔柱兩部分。使用塔柱軸和旋轉螺桿相連接,以上、下塔柱連接部位為軸心,通過搖柄轉動可旋轉螺桿將上塔柱向下傾斜,使頂部的傳感器支架緩慢傾斜到適當位置,便于傳感器鏡面的清潔和維護。減輕了維護強度,增加了方便性。做到了一個人就可以進行設備的保養和維護,省去了大型維修器械、梯子等維護工具,從結構上充分考慮了使用維護的方便性。正常使用時,通過搖柄轉動可旋轉螺桿將上塔柱調整為垂直后,轉動鎖緊手柄固定住上塔柱即可。

b)塔柱的安全性

機場能見度探測設備的塔柱是室外設備的主體結構件,對在大風下的承受力、防止環境侵蝕、跑道安全等方面有較高的要求。

通過調研國外產品的材料、制造工藝,結合國內的實際情況,深入的進行了實地調研。按照研制任務書中的技術要求,采用了新型玻璃鋼材料制作塔身,符合技術要求,在承受力方面和防腐蝕方面優于其他材料。

因為機場能見度探測設備安裝地點靠近跑道,為保障飛機安全,在萬一發生飛機起飛或降落時沖出跑道與之刮蹭,能最大限度的保護飛機,減小飛機損失。機場能見度探測設備塔柱必須易于折斷,以保護飛機。

塔身玻璃鋼原準備做成一體的,因為玻璃鋼中間的纖維夾層是經緯編織的受到撞擊后不易折斷。為提高塔身在受到撞擊后易于折斷方面的性能,將下塔柱塔身采用了分段制造的方式,設計了兩個易折斷點,三段連成一體。這樣既達到一定的承受力,又符合抗風要求,同時在塔柱遭受到外力刮蹭(飛機的刮蹭)時,下塔身具有良好的易折性能,有效的起到了保護飛機的作用,以降低損失。斷點的各項設計數據是經過多次試驗,在獲得了大量試驗數據基礎上確定的,同時得到相關單位的支持。使塔柱承受力和易折性關系獲得了良好處理。

2 控制箱的設計

因為在室外安裝使用,控制箱的防水密封是一個設計重點。控制箱最初選用不銹鋼板制造,由于防水問題解決的不好,最后采用鑄鋁件,整體成型,防水設計,箱體裝防水膠條的方法。解決了控制箱的防水密封問題,做到了既比原方案美觀,又有很好的防水性能。在箱蓋的開關鎖緊上使用手紋螺釘,可快速打開修理維護。

3 傳感器支架的設計

3.1 背景亮度傳感器支架

因為背景亮度傳感器要接受天空的亮度,由于太陽光線的直射造成的光線飽和等原因,決定了背景亮度傳感器只有朝北方向。背景亮度傳感器在水平方向時,晚上建筑物和跑道燈燈光會對背景亮度的數值產生影響,仰角太高,落塵又會太多,需要經常清潔傳感器鏡片,增加了維護工作量。通過各方因素綜合計算,將背景亮度傳感器支架調為6°仰角,單獨安裝于塔柱中部,既避免了跑道燈光的干擾,又不至于因仰角太大而落塵太多,同時背景亮度傳感器又不高(畢竟有仰角鏡片和發射傳感器和檢測傳感器相比易落灰,需經常清潔)。6°仰角的調整,是在背景亮度傳感器支架上安裝一個6°仰角的水平儀,通過轉動可旋轉支架連桿調整到位。

3.2 發射傳感器和檢測傳感器支架

發射傳感器和檢測傳感器裝于塔柱頂部的傳感器支架上。分別由四根立柱和一個橫梁組成,兩兩相對成36°夾角。每兩根立柱加工成一個部件,兩個部件上的傳感器,一個發射傳感信號,一個檢測傳感信號,以判斷它們兩個傳感器之間的空氣潔凈度。同時在信號相交處產生折射到另一個檢測傳感器,以保證四個傳感器之中有一個損壞時,設備能正常工作。

在室外設備其余結構件的設計上,根據部隊野外使用環境要求。全部采用了鋁合金和不銹鋼做原材料,有效的解決了防腐蝕的問題。使設備在長期的野外使用中能保持良好的使用性能并達到裝備年限。

為保證結構件的準確性、一致性和互換性,使用了各種鋁合金型材加工零部件。

所有緊固件均采用不銹鋼材料制作,增強了設備的抗腐蝕性,整體結構美觀大方。

4 結語

在各方的努力下,結合我國的國情和我廠的技術能力,在有關單位的支持協作下,完成了機場能見度探測設備結構件的設計和制造。按GJB150A軍用裝備實驗室環境試驗方法,主要進行了抗風強度、淋雨及鹽霧等環境試驗。現在已經批量生產,獲得了良好的經濟效益。

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[3]濮江平,胡宗剛,魏陽春,等.能見度自動觀測系統性能對比及分析[J].氣象科學,2002,22(1).