某型指控系統(tǒng)中冷卻分系統(tǒng)的研究與改進

代麗慧 王文雅 姜海軍 羅忠亮

（海軍4805工廠象山修船廠寧波315718）

某型指控系統(tǒng)中冷卻分系統(tǒng)的研究與改進

代麗慧 王文雅 姜海軍 羅忠亮

（海軍4805工廠象山修船廠寧波315718）

某型指控系在高溫季節(jié)時其冷卻分系統(tǒng)已不能滿足其工作要求，造成系統(tǒng)工作不穩(wěn)定。通過對冷卻系統(tǒng)的分析，在不改變指控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，對原有的冷卻系統(tǒng)進行研究和改進，徹底解決了指控系統(tǒng)在工作中因溫度過高而系統(tǒng)不穩(wěn)定的問題，從而提高了裝備系統(tǒng)的可靠性，具有一定的創(chuàng)新性和推廣性。

指控系統(tǒng)；冷卻系統(tǒng)；研究改進

Class NumberTP391

1 引言

在目前“網(wǎng)絡(luò)中心戰(zhàn)”和“信息化”的大趨勢下，海軍作戰(zhàn)的各個環(huán)節(jié)將利用網(wǎng)絡(luò)和信息技術(shù)進行整合，形成一個有機的作戰(zhàn)整體［1］。作為我國引進的某型艦艇，是我東南沿海作戰(zhàn)的主力裝備，其突出特點是低噪聲和先進的武器系統(tǒng)。該艇裝備的某型指控系統(tǒng)為該型艦艇所裝備的十分重要的電子對抗設(shè)備，具有較好的戰(zhàn)術(shù)技術(shù)性能，對艦艇的作戰(zhàn)和訓練起著至關(guān)重要的作用，利用綜合集成方法和信息技術(shù)將各武器裝備、信息源以及體系內(nèi)其他作戰(zhàn)單元連接起來［2］，通過其計算機控制系統(tǒng)對聲納、雷達、綜合導(dǎo)航系統(tǒng)等裝備傳遞來的信息進行采集處理，并通過計算機的解讀向艦艇提供多種戰(zhàn)斗機動要素，它是艦艇航行，特別是魚雷攻擊的唯一指揮和控制系統(tǒng)［3］。該裝備在研制時由于是根據(jù)該國的氣候條件和深海環(huán)境溫度設(shè)計的，在艇內(nèi)正常工作的環(huán)境要求主要有如下兩點：一是相對濕度大，周邊溫度范圍高，要保證計算機儀器能具備正常工作能力必須啟動其冷卻系統(tǒng)；二是艙外環(huán)境溫度溫差大。

在我國，該型指控系統(tǒng)自行配置的冷卻系統(tǒng)在冬天時基本能滿足指控系統(tǒng)的工作要求，也基本能滿足艦艇在深海航行時的工作要求。只要溫度正常，設(shè)備就可穩(wěn)定工作。但在夏天進行魚雷攻擊訓練時由于我國夏季海水溫度較高，冷卻系統(tǒng)冷卻效果明顯變差，冷卻系統(tǒng)無法保證設(shè)備的正常工作溫度，因此經(jīng)常出現(xiàn)指控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，故障率高，直接影響了部隊的訓練和戰(zhàn)備值勤。

2 原冷卻系統(tǒng)的組成及工作原理

指控系統(tǒng)的冷卻系統(tǒng)的作用主要有：用于建立和保持指控系統(tǒng)計算機儀器內(nèi)溫度在規(guī)定范圍內(nèi)；當外部氣壓變化和故障狀態(tài)下斷開儀器電源時，用于干燥滲透到儀器中的空氣；當周圍空氣濕度為98%以下時，冷卻系統(tǒng)保持計算機儀器內(nèi)部相對空氣濕度在規(guī)定范圍內(nèi)。

該型指控系統(tǒng)的計算機系統(tǒng)為控制最高工作溫度，其冷卻系統(tǒng)采用淡水作為載熱介質(zhì)，在封閉環(huán)路中不斷循環(huán)，并通過船舷外螺旋形管路，把熱量排到船舷外海水中實現(xiàn)排熱降溫的。其工作原理為：當指控系統(tǒng)工作時，操作人員可根據(jù)實際情況啟動水泵1或水泵2（也可同時啟動），對機框降溫。當啟動水泵時，水箱的水經(jīng)過自然水的冷盤管與海水進行熱交換，從而降低了水溫。自然水再經(jīng)過指控系統(tǒng)機柜的冷盤管出來到水箱，循環(huán)使用，從而達到了冷卻指控系統(tǒng)的要求。當冷卻系統(tǒng)空氣周圍的溫度高于規(guī)定時，冷卻系統(tǒng)會自動斷開計算機儀器的電源電路，保護指控系統(tǒng)中計算機儀器，其工作框圖如下。

3 研究的必要性及技術(shù)指標制定

3.1 研究的必要性

由于受我國氣候的影響，在夏天進行魚雷攻擊訓練時由于我國夏季海水溫度較高，冷卻系統(tǒng)自然水冷卻效果明顯變差，無法保證設(shè)備的正常工作，因此經(jīng)常出現(xiàn)指控系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，故障率高，直接影響了部隊的訓練。使裝備使用人員和裝備保障部門花費大量時間和精力對其進行維護保養(yǎng)，對此部隊多次建議，希望有關(guān)部門盡快解決這一難題。根據(jù)部隊需求，我們成立了專項研制小組，對這個問題進行研究。

研制小組對指控系統(tǒng)的技術(shù)文件深入學習，多次去艦艇某支隊艇上調(diào)研，掌握了指控系統(tǒng)裝備的組成、結(jié)構(gòu)、安裝位置及工作原理，為開展研制工作奠定了技術(shù)基礎(chǔ)。同時，結(jié)合故障現(xiàn)象、概率進行統(tǒng)計分析，故障基本出現(xiàn)在指控系統(tǒng)中的計算機控制部分，而導(dǎo)致發(fā)生故障的直接原因則是指控系統(tǒng)中的冷卻系統(tǒng)冷卻效能不足所致。通過研制小組的調(diào)研和論證，認為在原由的冷卻系統(tǒng)管路中，串入一套小型自動控制制冷機將經(jīng)過海水冷卻的自然水的溫度降低到所需溫度，提高原系統(tǒng)的制冷效果［4］便可以從根本上解決這一難題。因此，解決指控系統(tǒng)的高溫問題，研制冷卻分系統(tǒng)是非常必要和緊迫的工作。

3.2 冷卻分系統(tǒng)技術(shù)指標制定

在分析指控系統(tǒng)原理的基礎(chǔ)上，經(jīng)過調(diào)研，確定了冷卻分系統(tǒng)的技術(shù)方案，其戰(zhàn)術(shù)性能指標主要有：

1）冷卻分系統(tǒng)具有操作簡單，顯示直觀，自動化程度高的特點。

2）對指控系統(tǒng)不作任何的改動。

3）技術(shù)參數(shù)為：工作電源為交流電；制冷功率為600W；壓力為1.1kg/cm2～1.5kg/cm2；流量為5m3/h。

4）研制的儀器滿足國家軍用標準要求。

4 冷卻分系統(tǒng)的設(shè)計原則和工作原理

4.1 設(shè)計的原則和思路

我們要研制的冷卻分系統(tǒng)，是在海水冷卻的基礎(chǔ)上再進行一次冷卻，從而能解決指控系統(tǒng)每到夏季因溫度過高而工作不正常的問題。經(jīng)過多方調(diào)研和艇上的實際情況，設(shè)計原則和思路有要達到以下幾點要求：

1）不破壞原有的海水自然冷卻系統(tǒng)，安裝簡單方便。

2）冷卻效果能滿足指控系統(tǒng)中計算機系統(tǒng)正常工作溫度控制要求。

3）體積小，原理簡單，便于操作、檢修。

4）安裝施工周期短，不影響部隊訓練和戰(zhàn)備值班。

5）運行穩(wěn)定可靠。

4.2 方案實施步驟

根據(jù)以上的研究思路，我們采取的技術(shù)途徑和實施步驟為：

1）消化吸收原有的海水自然冷卻系統(tǒng)的技術(shù)文件，到艇上作了充分的調(diào)查研究。

2）根據(jù)調(diào)研結(jié)果，完成研制方案。

3）對方案進行可行性論證。

4）根據(jù)總體要求對軟、硬件設(shè)計、調(diào)試。

5）按標準化要求整理全部資料。

4.3 硬件設(shè)計和軟件設(shè)計

根據(jù)設(shè)計原則和思路，冷卻分系統(tǒng)硬件主要部件有：制冷壓縮機、盤管冷卻缸、微機智能控制裝置［5］、顯示控制面板、電磁閥、溫控器、管路接口等。通過結(jié)構(gòu)化設(shè)計［6］，將上述部件組成一個系統(tǒng)的一體化分機，通過微機智能控制裝置控制制冷系統(tǒng)的啟動和關(guān)閉。

軟件部分主要由實時操作系統(tǒng)和應(yīng)用軟件等構(gòu)成。實時操作系統(tǒng)采用VxWorks，該系統(tǒng)運行速度快，資源占用少，在控制方面具有獨到的優(yōu)勢，是實時操作系統(tǒng)的首選［7］。軟件開發(fā)平臺采用Visual Basic6.0界面開發(fā)平臺［8］。應(yīng)用軟件由兩部分組成：自檢和實時測試軟件，具有系統(tǒng)自檢、監(jiān)控水溫狀態(tài)、運行參數(shù)輸入、數(shù)據(jù)交換等功能。

4.4 系統(tǒng)工作原理

自動冷卻分系統(tǒng)的部件均安裝在一個機殼內(nèi)，成為一個整體，與原冷卻系統(tǒng)聯(lián)接時，只需通過閥門串聯(lián)接在進水管路上即可。本分系統(tǒng)最大的優(yōu)點是：體積小、重量輕、能耗低、操作方便、故障率低、不破壞原有結(jié)構(gòu)、可靠性好（可靠性指產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力［9］），可以根據(jù)需要進行選擇性工作。其工作框圖如下。

自動冷卻控制系統(tǒng)的工作，主要由雙智能控制器通過設(shè)定的程序控制完成［10］，原系統(tǒng)在循環(huán)過程中，當指控系統(tǒng)回流的冷媒水的溫度。一旦達到智能溫控器所預(yù)設(shè)的溫度時，制冷機啟動，新增水泵B1工作。閥門F1、F2、F3關(guān)閉，閥門F4、F5打開，原循環(huán)系統(tǒng)切斷，形成二路循環(huán)水，其中由原泵Y1工作的一路，將制冷機冷凝器中的熱量，帶入艇外水柜進行散熱，從而確保艙室內(nèi)的溫度不受冷卻系統(tǒng)的影響。另一路由新增水泵B1將冷量從蒸發(fā)器送入指控系統(tǒng)，冷卻指控系統(tǒng)內(nèi)的溫度。如不需要制冷機工作，只需將制冷機關(guān)閉，系統(tǒng)上閥門F1、F2、F3打開，閥門F4、F5關(guān)閉，系統(tǒng)回復(fù)到原循環(huán)狀態(tài)。

5 結(jié)語

本項目的完成對該型艦艇具有重要的意義，徹底解決了其指控系統(tǒng)在工作中因溫度過高而系統(tǒng)故障率高的問題，提高了裝備的可靠性。如果此方案能解決其他艦艇的同類難題，對提高海軍新裝備的整體戰(zhàn)斗力和綜合素質(zhì)，具有積極作用。同時，該型指控系統(tǒng)故障率的降低、備品備件的使用減少，也具有較大的經(jīng)濟效益。

［1］許宏泉.一種面向業(yè)務(wù)的服務(wù)化艦載指控系統(tǒng)構(gòu)造方法［J］.艦船電子工程，2013，06：10-11.

［2］李耐和，黃鋒等譯.美國未來海軍打擊群C4ISR系統(tǒng)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2009.10.

［3］潘冠華.艦艇綜合指揮控制系統(tǒng)原理［M］.西安：西北工業(yè)大學出版社，2010：4-7.

［4］蔡文軍，李曉松.海軍艦船裝備保障能力評估理論與方法［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2013：105-110.

［5］羅克露.計算機組成原理［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2004：83-92.

［6］鄧元慶，賈鵬.數(shù)字電路與系統(tǒng)設(shè)計［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2008：77-89.

［7］陳智育，溫彥軍，陳琪.VxWorks程序開發(fā)與實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2004：7-8.

［8］劉炳文.精通Visual Basic6.0中文版［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2000：45-60.

［9］GB 3187-1994.可靠性、維修性術(shù)語［S］.（GB 3187-1994，Terms of reliability and maintainability［S］）.

［10］潘豐，徐穎秦.自動控制原理［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2015.

Research and Improvement of Cooling System in A Command and Control System

DAI lihuiWANG WenyaJIANG HaijunLUO Zhongliang
（Navy 4805 Factory of Xiangshan Shipyard，Ningbo315718）

The designed highest working temperature of a command and control system is 40℃.The cooling system sometimes cannot meets the work requirements causing system instability.Based on the analysis and research of the cooling system without changing the command and control system，improve the existing cooling system can completely solve the problem of the system that lead to system's instability in operation due to high temperatures thus the reliability of equipment systems can be improved and this approach has the certain innovation and promotion.

command and control system，cooling system，research to improve

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.034

2016年12月23日，

2017年1月25日

代麗慧，女，工程師，研究方向：檢測技術(shù)。王文雅，女，高級工程師，研究方向：機械設(shè)計與開發(fā)。姜海軍，

男，工程師，研究方向：電子導(dǎo)航技術(shù)。羅忠亮，男，高級工程師，研究方向：電子工程技術(shù)。