淺析地面雷達電子方艙熱設(shè)計

【摘要】對方艙系統(tǒng)艙內(nèi)熱環(huán)境進行分析，說明在方艙總體設(shè)計的布局方式下，艙內(nèi)熱環(huán)境能否滿足電子設(shè)備通風冷卻要求，同時兼顧操作人員的熱舒適性，對結(jié)構(gòu)總體設(shè)計能夠發(fā)揮較好的理論支撐與指導作用。

【關(guān)鍵詞】電子方艙；熱設(shè)計；環(huán)境

一、引言

當代信息化戰(zhàn)爭中，車載信息方艙是戰(zhàn)場指揮控制中的關(guān)鍵信息節(jié)點。方艙內(nèi)集成有任務系統(tǒng)的大量電子設(shè)備，同時任務期間需要人員長時間在方艙密閉環(huán)境中工作。在有限空間內(nèi)，大功率電子設(shè)備生成的熱量，一方面容易導致設(shè)備失效，系統(tǒng)崩潰；另一方面，影響操作人員的熱舒適性，關(guān)系任務的執(zhí)行效率。因此，在總體設(shè)計的方案階段，通過計算機仿真模擬出艙內(nèi)的熱環(huán)境，預先考量相關(guān)指標是否滿足要求，可以保證系統(tǒng)的整體功效，避免工程實施后出現(xiàn)較大問題。

二、方艙環(huán)境參數(shù)

1.工程技術(shù)基本條件

假定方艙內(nèi)部空間溫度場分布均勻，即艙內(nèi)各點空氣等溫，方艙內(nèi)壁表面溫度等溫，且與艙內(nèi)空氣溫度一致；

假定方艙四周壁傳熱均勻，頂、底及四周壁導熱系數(shù)一致；

假定方艙外表面溫度均勻，方艙外表面溫度與周圍大氣一致。

2.方艙主要參數(shù)

本文按照大板方艙進行分析計算，已知大板方艙艙體總導熱系數(shù)為1.5W/（㎡×℃）

艙內(nèi)環(huán)境溫度：T1=25℃（按GB5701-85，適宜溫度24～28℃）

艙外環(huán)境溫度：T2=50℃

方艙內(nèi)外溫差：ΔT=T1-T2=25℃

三、方艙熱負荷計算

方艙的熱負荷主要有電子設(shè)備的熱耗散功率，太陽輻射熱，操作人員的散熱，照明、排風扇等設(shè)備的熱功耗，新鮮空氣及門、窗、孔隙的傳熱等，其中電子設(shè)備的發(fā)熱時艙內(nèi)熱負荷最主要的來源。方艙環(huán)控系統(tǒng)由空調(diào)、軸流風機組成。文中主要探討初定的總體設(shè)計方案中，方艙內(nèi)部熱環(huán)境能否較好的滿足設(shè)備通風散熱，同時有利于人員的操作。熱負荷的計算要按照系統(tǒng)工作環(huán)境要求中的最惡劣情況，確定計算中應選取的艙內(nèi)外空氣溫差ΔT=25℃

熱負荷計算公式為：

PL=P1+P2+P3+P4+P5+P6

其中PL為制冷總負荷，P1為艙體內(nèi)外溫差傳熱，P2為太陽輻射熱量，P3為艙體內(nèi)電子設(shè)備散熱，P4為操作員人體散熱，P5為空氣更新，新風負荷，P6為窗口孔口縫隙等傳入的熱量。

各量計算公式如下：

（1）艙體內(nèi)外溫差傳熱：

P1=K×A×ΔT，其中K為傳熱系數(shù)，一般取K=1.5W/（㎡×℃），A為工作艙內(nèi)表面積，ΔT為艙體內(nèi)外空氣溫差。

（2）太陽輻射熱量

P2=0.047λ×K×Ss×Es×As，其中λ為遮陽系數(shù)，一般為0.65，K為傳熱系數(shù)，Ss為被照射面積，一般取工作艙內(nèi)表面積A的一半（頂，一側(cè)面，一端面，共三面），Es為輻射強度，一般取1120W/㎡，As為吸收率，一般取0.8。

（3）艙體內(nèi)電子設(shè)備散熱

P3=N1+N2+......，其中N1，N2等為方艙內(nèi)的各電子設(shè)備的耗散功率。

（4）操作員人體散熱

P4=n*g，其中n為艙內(nèi)操作人數(shù)，g為單人散熱量，一般取145～152w。

（5）空氣更新，新風負荷

P5=1.163×Cp×ρ×V×ΔT×10/36，其中Cp為外部空間比熱，一般取1.006KJ/（Kg×℃），ρ為外部空氣密度，一般取1.093kg/m3，V為方艙最大空間泄露量，ΔT為艙體內(nèi)外空氣溫差。

（6）窗口孔口縫隙等傳入的熱量

P6=1.163×Cp×ρ×V×ΔT×10/36，其中Cp為外部空間比熱，一般取1.006KJ/（Kg×℃），ρ為外部空氣密度，一般取1.093kg/m3，V為方艙最大空間泄露量，ΔT為艙體內(nèi)外空氣溫差。

四、方艙的布局

目前我所的方艙布局有兩種形式，即有人工作區(qū)和無人工作區(qū)，有人工作區(qū)基本上屬于中端控制區(qū)域，無人工作區(qū)往往是大功率發(fā)射區(qū)域。有時一個方艙內(nèi)這兩種模式同時存在，用一道門將這兩個區(qū)域分開。

五、結(jié)語

綜上所述，對于高集成度的方艙任務電子信息系統(tǒng)，熱環(huán)境的有效調(diào)節(jié)與控制在系統(tǒng)總體設(shè)計過程中必須予以相當重視，借助計算機仿真手段，能夠為結(jié)構(gòu)總體設(shè)計提供理論支撐，幫助有效地改進設(shè)計。

參考文獻

[1]李琴.熱仿真在電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用[J].電子工藝技術(shù)，2006，27（3）：165-167.

[2]余建祖.電子設(shè)備熱設(shè)計及分析技術(shù)[M].北京：北京航空航天大學出版社，2000.

作者簡介：盧東曉（1970—），浙江臺州人，技師，主要從事雷達整機裝配工藝技術(shù)研究，曾獲國家專利局專利一項。