铸木镂冰——西班牙F100“宙斯盾”护卫舰的设计与技术特点(五)

AN/SPY-1 1D雷达频率采用S波段,电波波束低至海面附近时,尤其再遭遇恶劣天气,容易受到海面杂波的影响,发生多径干扰,从而影响对新型反舰导弹等超低空目标的搜索和探测。这虽然是无论哪种频率雷达都不可避免的自然现象,但其弱点是相较于频率比S波段更高的C波段、X波段而言的。

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N/SPY-1D(F)/ AN/SPY-1 Block 709则是针对海面和近岸环境的高杂波特性进行优化的版本,更换了新的信号处理器,占空比相对AN/SPY-1 1D增加了三分之一,发射机平均功率达到77KW左右,对小型掠海目标和近岸地面环境的探测能力以及抵抗欺骗式干扰的能力都大大增加,适合地中海海域沿岸作战。并且需要特别指出的是,AN/SPY-1D(F)具备双波束扫描能力,1D由于一个发射机的限制,发射机一次只能作用于一个阵面,而AN/SPY-1D(F)则由于发射机功率提升,与装备巡洋舰的AN/SPY-1A一样,能同时作用于相反的两个阵面。

令人感兴趣的是,除了对复杂环境下小型目标的探测能力和抗干扰能力得到增强外,AN/SPY-1D(F)在可靠性方面较之AN/SPY-1 1D也有了不容忽视的进步。AN/SPY-1 1D组件可靠性设计目标是:对天线阵的大修应局限于只在船坞进行,间隔为18个月。而AN/SPY-1D(F)的设计目标则改为,工作5年之后,还不需要大修。

有意思的是,这只是AN/SPY-1D(F)整体可靠性的指标,而在具体来说,AN/SPY-1D(F)移相器激励器的失效许可值改善了3倍以上,而移相器本身的失效许可值则接近改善100倍!较之”阿利.伯克“级,F100型护卫舰的舰体规模要小得多,舰载系统的轻型化设计至关重要。所以与AN/SPY-1 1D相比,AN/SPY-1D(F)再一个改进是在减重方面。AN/SPY-1 1D相控阵天线采用大型焊铝结构制成(4.06 X 3.89 X0.813 cm),具有严格公差控制,包括平坦度、平行度、单元所留间隔的关系和面至面的平行度。

AN/SPY-1 1D采用3.18cm厚前板、构成八角形1.27cm的外侧钢板,T型梁、1.27cm厚的加强筋和2.54cm厚的法兰。虽然较之AN/SPY-1A,AN/SPY-1 1D已经在减重上下了不少功夫。如曾开发、研究了一系列的制造工序和焊接技术以使变形达到最小。在应用到最终的结构前,用不同厚度的格料在要求设计特殊的焊接点上进行了大量的采样试验。

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这其中特别重要的是将1.27cm厚的T型梁加强筋焊的面板上。面板由7.62cm厚的坯板机加工成一个八角形并且带有1.27cm厚立式T型梁加强筋。这样就可将T形件焊到具有相同厚度金属的面板上。然后采用连续焊接,从面板中心部分一直到外侧边缘,将各T形梁焊到面板上。仔细地调整焊接工序以控制整个面板的挠面。完成T形部分焊接后,再焊上其他的环形外围物构成一盒式结构。焊接完成后,在面板上钻4480个孔之前对整个构件进行检查并对平坦度和平行度进行光学检查…..

正是上述种种措施的多管齐下,AN/SPY-1 1D单个天线阵的重量减到了9600磅。不过,这种程度的减重对于要安装到F100舰体上的AN/SPY-1D(F)仍然是不够的。为此,AN/SPY-1D(F)采用了另外一种差异颇大的工艺结构,以进一步减重600磅。具体来说,AN/SPY-1D(F)天线阵的结构工艺保持了同样的外形和孔数。但是根据AN/SPY-1 1D的经验进行了修改,从而减轻了重量并使之易于制造。

主要变化在于金属的厚度。从1.91cm的毛坯板加工成1.27cm厚的面板,T型梁加强筋的厚度减到0.953cm,T形梁加强盘法兰的厚度减到1.27cm。采用标准角焊,可简化焊接工艺。除了那些需要完全与外界密封的部分外,在所有范围内采用间断焊妆的办法可使变形减至最小。另一个主要变化是钻4480个孔之前对构件的前面板作机加工。

通过减小材料厚度,可使AN/SPY-1D(F)阵列的重量减轻300磅左右。但这种重量的减轻又必须是在装配微波子组件所允许的公差范围同获得,且丝毫不能损害结构的完整性。值得一提的是,在西班牙与美国就F100项目进行接触的最初阶段,其“宙斯盾”系统还出现过一种采用有源天线阵(AESA)的AN/SPY-1D改进型方案。

这个方案来源于洛克希德·马丁公司在1990年代中期自费在SPY-1 1D基础上研发的AN/SPY-1E,意图推出一系列不同尺寸不同功率的有源相控阵版本,包办航母、两栖攻击舰、巡洋舰、驱逐舰、护卫舰等海军作战舰艇上的所有雷达系统。西班牙的F100型护卫舰被洛克希德·马丁认为是磨练AN/SPY-1E的一个契机。虽然西班牙王家海军对其进行考察后,认为其研发周期长,又需要分摊大部分研发成本,在经济性上不合算,所以F100型没能成为AN/SPY-1E的启动用户。

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但这个项目并没有就此了结,而是获得了一定程度的发展。AN/SPY-1E在21世纪初期开始得到美国军方的资助,改称为SPY-2,后来这项目又陆续更名为SBAR(S波段先进雷达)和S4R(可扩展固态S波段雷达)。2002年,SPY-2首个阵面在新泽西展开了陆地测试,原本SPY-2计划2006年安装在一艘伯克级驱逐舰(DDG-88)上进行测试,最后不了了之;2007年,美国开始酝酿AMDR(防空与导弹防御雷达),挤掉了SPY-2项目的预算,SPY-2也因此失去了官方的支持鲜再露面。

但洛克希德马丁却从SPY-2中得到了不少的经验,DBR(双波段雷达)中洛克希德·马丁负责的VSR(体搜索雷达)就从SPY-2中得到了不少的经验;在参与AMDR项目竞标的时候,SPY-2又被拉出来进行改进,用于测试DBF(数字波束成型)技术和SiC(碳化硅)T/R组件……


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