滚动汇流环技术的发展和应用综述

卞强 ,李刚

摘要：汇流环是雷达设备的关键组成部分，也是传递固定部分和旋转部分电气信号的重要装置。随着汇流环技术的不断发展，滚动汇流环的应用越来越广泛，被大量应用在民用产品及军品上，涵盖雷达、风能、安全和汽车等应用领域。本文对滚动汇流环技术的发展和应用进行分析，以供参考。

关键词：滚动汇流环技术；发展；应用

引言

汇流环是雷达设备的关键组成部分，其作用是在雷达旋转部分与电能和信号固定部分之间形成稳定可靠的连接。雷达技术系统的现代化导致了收敛环相关技术的迅速发展和范围的逐步扩大。

1概述

汇流环是一种精密的传输装置，在两个相对旋转的内外环形通道之间连接，并在它们之间滚动，以便在较长的时间内传输电力和电气信号，这两个通道称为旋转收敛环，称为滚动环。它由汇流环(柔性环)和内外环形通道组成，通过径向预热后汇流环与内外环形通道之间的接触面传递电气信号或功率。它通常适用于国防或航空航天等先进的系统设备。虽然整合环很小，但它们的性能和运行状况会影响所有系统设备的性能和可靠性。因此，在国内外开发汇聚环时，必须充分注意其绩效指标(主要是电接触性能和使用寿命)。收敛环径向压缩的计算将直接与它们的接触状态相关，从而影响传输性能。关于流域环的设计及其压缩量的国内和国际文献很少。其中，国家流域环研究主要侧重于滑动流域环，这些环通常与流域环相接触，无需精确计算和确定压缩量。滑动型汇流环存在一些使用缺陷，例如汇流环和刷子磨损严重、寿命短、安装不稳定等。而且自1980年代以来，在国外开展了流动流域循环研究，以纠正流动流域循环固有的缺陷。其中，美国航天局在开发和设计各种滚动环礁配置方面发挥了主导作用。滚动流域循环的出现克服了上一个滚动流域循环的许多缺点，例如，使用滚动模式可以大大减少或消除滑动磨损，从而延长流域循环的使用寿命。但是，由于预期压缩量与电力传输的波动性直接相关，甚至影响信号传输的精度，因此流域回路与内外回路通道之间的预期压缩量必须在设计和制造过程中精确计算和定义。

2主要性能指标

2.1接触电阻

汇流环线性能要求金属环线和电动刷子保持可靠的接触，不得出现跳针、虚拟连接等不可靠的接触现象。接触强度越小，接触性能越好，流域环运行性能稳定。如果金属环环圈和集水区环电刷的接触强度超过一定限度，则在作业过程中接触部分温度升高，导致金属环表面磨损较快，集水区环寿命明显缩短。接触电阻变化的大小会影响流域环的信号传输性能。为了确保接触电阻的变化值得稳定，保持电刷和导电环接触部分之间的适当接触压力和合理接触区域，接触压力过大导致磨损增大，接触压力的选择和保证是收敛环领域的研究方向。

2.2抗电强度

电阻是指在两个环形通道之间或环形通道与地面之间施加一定的直流或直流电压(500-2500v)的能力，其所能承受的电气等级的闭锁能力是电阻。其大小与绝缘材料性能有关，绝缘材料的绝缘性能越好，抗冲击性越强。电阻可通过压力测试器测量，其泄漏电流一般不得超过10mA。

2.3插入损耗

插入损耗是指当汇流环传输微波信号时，即使在汇流环的入口端也存在反射和损耗，信号传输至负载，此时功率会降低，即插入损耗。根据微波理论，插入损耗主要由两部分组成:一部分是由自身损耗(主动损耗)引起的衰减，另一部分是由网络反射(被动损耗)引起的衰减。它通常被认为是一种非消耗性的网络分析，主要考虑到不一致引起的网络反射所造成的衰减。

2.4电噪声

电气噪音是指电路中某些元件造成的电气干扰。电噪声分为自发噪声和杂质噪声。自发噪音是由滑动接触过程中的温差效应和过盈效应引起的，并与接触温度、滑动速度、接触压力和材料相关联。研究表明阻抗噪声主要是由于导电环和电动刷子接触的阻抗波动造成的。接触阻抗因旋转过程中的接触压力和接触区域而异，并与材料、表面加工、接触压力、滑动速度和污染相关联。一般来说，阻抗噪音是噪音的主要来源，而自发噪音比阻抗噪音低得多。

3滚动汇流环的发展历程及趋势

滚动收敛环的电信号和功率传输装置是从球轴承和电力传输技术演变而来的，最早于1970年代中期发展到国外。1980年代，TerryAllen、Peter-Jacobson等人在美国发明了滑环，描述了它的功能和结构。Ryan-Porter博士在第十九届机器会议上发表了一份题为"旋转电子传输装置"的论文，详细介绍了一个滚动环的概念和设计，从而使人们逐渐熟悉该环。随后，在美国国家航空和航天局(美国航天局)刘易斯研究中心的财政支助下，根据国际空间站上的紧急电力传输要求，开始开发可达数百千瓦的大功率连续汇聚技术。研究人员进行了广泛的技术试验，包括接触强度试验、加速寿命试验和压力试验，并继续改进设计，从而成功地在自由国际空间站上应用这些试验。与滑动式集水区环和弹性电缆相比，滑动式集水区环具有显着的技术优势，因此受到越来越多的关注。但同时，其技术设计和制造要求也很高，弹性环材料选择、壁厚尺寸以及弹性环与内外导电环之间的接触设计等许多关键因素直接影响运行状态和性能。

3.1模块集成化

随着工业技术的不断进步，产品模块化和一体化逐渐成为一种发展趋势。关于滑移收敛环，国外为雷达设备、卫星通信等开发了单移和多环收敛环组成部分。该国今后将继续朝着这个方向努力，逐步缩小与国外先进水平之间的差距。

3.2小型轻量化

由于目前大部分滑水环礁用于航空和空间等领域，并受到空间环境和运载工具等条件的限制，因此它们的大小和重量要求很高，继续保持结构轻量化和小型化也是环礁发展的一个重要方向。

4滚动汇流环的应用现状及前景展望

作为一种新的电力传输技术，移动汇聚环以其新的结构形式和出色的技术性能受到了广泛关注，目前部分用于航空、空间和导航领域的电力传输和信号通信设备。预计今后将在通信、导航、遥感、风能、空中导航控制雷达、港口导航雷达、气象雷达、卫星通信、医疗成像设备和机场安全控制设备等领域开展工作。

5结果

采用理论力学和材料力学分析了滚回圈的整体和机械状态，得出了以下已知约束的结论:(1)滚回圈的机械压缩状态和接触状态影响使用寿命和强度但是，压缩产生的弯曲应力越大，寿命越短，即压缩量与寿命之间存在反比关系。(2)建立了薄壁圆筒形整个汇流环的机械状态的等效数学模型， 并且在机械和性能约束下确定了环通道中预加载量的预定义范围，可为流域环的初始优化设计提供重要参考．

结束语

随着流域环技术的发展，汇流环的应用越来越普遍。它主要包括:(1)小型化和轻便。通过修改汇流环的结构和开发新的电接触材料，汇流环的体积可以减小，从而减轻重量。(2)一体化和多功能性。随着系统的集成，流域环的应用越来越广泛，系统需要更多类型的流域环，如电环、信号环、中频环、射频环，甚至光、液等各种介质的传输功能。

参考文献

[1]孙逸翔.水、氧环境对滚动载流摩擦学特性影响研究[D].机械科学研究总院,2021.

[2]郑才华,陈凤英.一种用于高速无刷励磁发电机的励磁引线改进设计[J].电机技术,2020(06):10-14.

[3]刘峰.非接触电感耦合汇流环模型研究与电磁特性分析[D].南京理工大学,2018.

[4]马春生,李俊帅,李瑞琴,曹磊.一种新型汇流环装置的接触应力与动态特性分析[J].机械设计与制造,2017(07):74-77.

[5]姚石.空间站滚动汇流环工作参数地面测试装置开发设计[D].哈尔滨理工大学,2017.