基于SUV載車平臺(tái)的高熱耗設(shè)備布局設(shè)計(jì)

洪肇斌 郭黎 廖攀攀 趙玉申 崔珍珍

摘要：本文分析了SUV車載式大功率電子設(shè)備在現(xiàn)代軍事裝備中的趨勢，并就這一關(guān)鍵點(diǎn)創(chuàng)新地通過功能分區(qū)的方法并從人機(jī)工程學(xué)方面考慮進(jìn)行了車內(nèi)布局的設(shè)計(jì)。文中還借助于熱分析軟件——ANSYS軟件分別對設(shè)備區(qū)和保障區(qū)的高熱流密度環(huán)境進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：SUV車載式；功能分區(qū)；高熱流密度

中圖分類號：U469 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：1672-3791（2015）05（c）0000-00

0 引 言

隨著科技的進(jìn)步和電子設(shè)備的更新?lián)Q代，以及軍事電子設(shè)備在偵查范圍、精度和強(qiáng)度等方面要求越來越高，電子設(shè)備量和功率也越來越大[1-3]。則對于車載式雷達(dá)，由于車內(nèi)空間極其有限，那么如何進(jìn)行合理的電子設(shè)備布局從而實(shí)現(xiàn)小車內(nèi)具有良好的散熱空間以及人機(jī)工作環(huán)境是當(dāng)今車載機(jī)動(dòng)式雷達(dá)亟待解決的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)[4]。本文基于某型車載機(jī)動(dòng)式雷達(dá)，通過在有限的空間里進(jìn)行工作環(huán)境與設(shè)備之間獨(dú)立分開布局、電子設(shè)備之間功能分區(qū)布局從而實(shí)現(xiàn)車內(nèi)散熱風(fēng)道的合理設(shè)計(jì)以及獲得良好的人機(jī)環(huán)境。

1. 車載式雷達(dá)的內(nèi)部組成

車載式雷達(dá)車廂內(nèi)部沿車頭至車尾方向按照不同的功能進(jìn)行分區(qū)，主要包括操作人員工作區(qū)、電子設(shè)備區(qū)和保障區(qū)，見圖1所示。其中操作人員工作區(qū)為駕駛員和設(shè)備操作員工作的區(qū)域；電子設(shè)備區(qū)主要是放置信號激勵(lì)、功放、信號接收和處理設(shè)備的區(qū)域；而保障區(qū)主要是放置車內(nèi)電子設(shè)備供電電源和車內(nèi)保障工具的區(qū)域。為了在電子設(shè)備區(qū)和保障區(qū)放置相關(guān)設(shè)備，需要將原車除了駕駛和副駕駛位置以外的后排座椅設(shè)備拆除，從而騰出空間進(jìn)行電子設(shè)備的布局。

2. 電子設(shè)備區(qū)的散熱方案

首先三個(gè)區(qū)域之間為了防止設(shè)備熱耗之間互相干擾，同時(shí)也為了降低噪音，為操作人員工作區(qū)營造良好的環(huán)境，區(qū)域之間通過多層疊加形式的復(fù)合材料板進(jìn)行隔開，具體組成形式見圖2所示。通過此種構(gòu)造的隔墻可以實(shí)現(xiàn)良好的熱和噪聲隔絕。

2.1 電子設(shè)備區(qū)的熱設(shè)計(jì)

普通的SUV車長方向一般在6米以內(nèi)，車寬按照國標(biāo)也不會(huì)超出2.5米，車高一般也不會(huì)高于2.3米。在如此有限的空間里，要將車內(nèi)劃分為3個(gè)區(qū)域，其中兩個(gè)要進(jìn)行大功率電子設(shè)備的布置，可想而知設(shè)備區(qū)的熱流密度比較大，緊靠車內(nèi)自帶空調(diào)無法有效進(jìn)行熱量的散出。接下來以某一具體的案例進(jìn)行分析。設(shè)備區(qū)的設(shè)備和熱量見表1所示。

從表1可見，該案例中的設(shè)備區(qū)總熱耗為4695W，屬于高熱流密度。為了能形成一個(gè)順暢的風(fēng)道，設(shè)備區(qū)通過前后隔墻進(jìn)行隔離成為一獨(dú)立空間，在載車底板中間左右靠腳踏板位置各開設(shè)一個(gè)百葉窗，作為風(fēng)道的進(jìn)風(fēng)口與出風(fēng)口。在載車底盤下方對應(yīng)位置增加導(dǎo)流板，出風(fēng)口安裝風(fēng)機(jī)組件，將機(jī)柜內(nèi)部的熱風(fēng)抽到車外。同時(shí)為了防止風(fēng)向紊亂及串流，在綜合機(jī)柜上方區(qū)域安裝一個(gè)檔風(fēng)罩，采取共形設(shè)計(jì)保證與內(nèi)飾造型的一致性。風(fēng)道布局見圖3所示

圖3 設(shè)備區(qū)風(fēng)道布局圖

機(jī)柜內(nèi)分機(jī)自帶散熱的前提下，在進(jìn)出風(fēng)口處各放置6個(gè)型號為EBM7114NH的風(fēng)機(jī)進(jìn)行一進(jìn)一出散熱，基本參數(shù)見圖4所示。依據(jù)以上設(shè)備區(qū)布局，借助于ANSYS軟件進(jìn)行熱仿真分析，仿真結(jié)果見圖5所示。仿真結(jié)果表明：最高溫度約為77℃，對于軍標(biāo)電子設(shè)備一般能耐熱85℃來看能滿足工作要求。

2.2保障區(qū)熱設(shè)計(jì)

保障區(qū)主要是放置車內(nèi)電子設(shè)備的供電單元以及隨車附屬件，與設(shè)備區(qū)相比熱耗比較小，具體見表2所示。

在此區(qū)域順著車行駛的方向，采用前進(jìn)冷風(fēng)后排熱風(fēng)的散熱方式。在設(shè)備區(qū)底部開設(shè)進(jìn)風(fēng)口，頂部安裝風(fēng)機(jī)組件，通過頂部風(fēng)機(jī)將環(huán)境風(fēng)抽進(jìn)機(jī)柜區(qū)進(jìn)行電子設(shè)備散熱。然后在設(shè)備區(qū)域外的車底板上開設(shè)出風(fēng)口并安裝風(fēng)機(jī)組件，把保障區(qū)熱風(fēng)抽至車體外。借助于ANSYS軟件進(jìn)行熱仿真分析，仿真結(jié)果見圖5所示。

仿真結(jié)果表明：最高溫度約為55℃，同樣能滿足電子設(shè)備的工作要求。

3. 結(jié)束語

本文對基于SUV載車平臺(tái)的高熱耗電子設(shè)備布局進(jìn)行了分析和設(shè)計(jì)，并提出了一種對車內(nèi)設(shè)備進(jìn)行功能分區(qū)的結(jié)構(gòu)方案。整個(gè)結(jié)構(gòu)在滿足散熱的前提下，還從人機(jī)工程的角度進(jìn)行了考慮。同時(shí)針對某一具體案例借助于ANSYS軟件進(jìn)行分析，驗(yàn)證了文中所提結(jié)構(gòu)布局方案的熱設(shè)計(jì)可行性。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡介：洪肇斌（1985-），男，博士，工程師，主要從事電子設(shè)備結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。