民用雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)柜通風(fēng)孔設(shè)計

摘要：近幾年來民用雷達(dá)電子設(shè)備市場投入及使用量不斷上升，雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)箱的性能不斷提升。通風(fēng)孔是雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)散熱系統(tǒng)的重要組件，通風(fēng)口面積的大小直接影響風(fēng)量和風(fēng)機(jī)性能。通風(fēng)口具有設(shè)計靈活性的特點，因此，通過調(diào)節(jié)通風(fēng)孔設(shè)計，優(yōu)化機(jī)柜及風(fēng)箱的結(jié)構(gòu)布局，可極大程度提高民用雷達(dá)電子設(shè)備的性能。本文將雷達(dá)電子化設(shè)備機(jī)柜通風(fēng)孔的設(shè)計原理及應(yīng)用情況進(jìn)行分析，為項目設(shè)計及風(fēng)機(jī)和散熱系統(tǒng)的調(diào)試提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：民用雷達(dá)；電子設(shè)備；通風(fēng)孔；設(shè)計

雷達(dá)是應(yīng)用于各類飛行器信號傳輸?shù)闹匾?，而民用雷達(dá)電子設(shè)備則多用應(yīng)用與無人機(jī)、直升機(jī)等輕型飛行載機(jī)，具有體積小、載重輕的特點，也對雷達(dá)機(jī)柜的安全條件及運行工作環(huán)境有較大的約束。因此，在民用雷達(dá)電子設(shè)備中，機(jī)柜設(shè)計需要滿足結(jié)構(gòu)緊湊、抗干擾力強(qiáng)、沖擊性好的優(yōu)勢，在運行的熱環(huán)境對散熱系統(tǒng)設(shè)計也提出了更好的要求。

1 民用雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)柜散熱系統(tǒng)分析

雷達(dá)設(shè)備以機(jī)柜作為重要載體，內(nèi)置有多種電子元器件，參與雷達(dá)設(shè)備工作運行的各個環(huán)節(jié)。在電子元器件工作期間需要釋放大量熱量，而高溫環(huán)境對電子元器件的效能可造成致命影響，誘發(fā)各類設(shè)備故障。在傳統(tǒng)雷達(dá)機(jī)柜的散熱系統(tǒng)設(shè)計中，散熱方式多樣，最為常用的有強(qiáng)迫冷卻、熱電制冷、自然冷卻等。而各種散熱方式都需要通風(fēng)孔和風(fēng)道進(jìn)行熱量傳遞[1]。強(qiáng)迫冷卻是指利用外力迫使冷卻流體通過熱源進(jìn)行散熱冷卻的過程，主要有強(qiáng)迫液態(tài)冷和強(qiáng)迫風(fēng)冷兩種方式；熱電制冷是指通過半導(dǎo)體的熱電效應(yīng)將熱量進(jìn)行轉(zhuǎn)化散熱的方式；自然冷卻是民用雷達(dá)設(shè)備等小型機(jī)柜的常用通風(fēng)散熱方式，適用于小型的電子元器件，在散熱途徑中以金屬導(dǎo)熱為主要方式進(jìn)行冷卻，無需添加額外設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡單，可靠性和穩(wěn)定性強(qiáng)。

2 機(jī)柜通風(fēng)孔的設(shè)計

2.1 通風(fēng)孔的形式

在民用沒大電子設(shè)備機(jī)柜的通風(fēng)孔設(shè)計中，在綜合評價機(jī)柜的運行環(huán)境、工作效率及外觀等多種因素下進(jìn)行孔型和位置設(shè)計，常見的孔型有腰孔型、方口型、圓孔型和蜂窩孔型等。不同孔型及不同面積的通風(fēng)孔在散熱效率上存在較大的差異。在通風(fēng)孔設(shè)計中，以機(jī)柜的熱源位置作為首要考慮因素，同時綜合風(fēng)扇位置、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、功率綜合考慮后設(shè)計。除此以外，許多雷達(dá)電子設(shè)備工作環(huán)境在高空或人為難以達(dá)到的地方，工作環(huán)境惡劣，在通風(fēng)口的設(shè)計中還需要注重防塵和防霧設(shè)計[2]。

2.2 通風(fēng)孔開孔率計算

開孔率是通風(fēng)孔的設(shè)計的重要指標(biāo)，不同通風(fēng)孔其開孔率計算方式也存在較大的差異，根據(jù)通風(fēng)孔的面積、間距和對應(yīng)角關(guān)系進(jìn)行計算。在通風(fēng)孔的面積設(shè)計中，若通風(fēng)口的面積過小，則易出現(xiàn)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的風(fēng)難以通過通風(fēng)口散熱，降低風(fēng)機(jī)的性能；隨通風(fēng)口面積的增大，機(jī)柜內(nèi)通風(fēng)風(fēng)量也隨之增加，若通風(fēng)口面積超過或接近于風(fēng)機(jī)的通風(fēng)面積時，通風(fēng)量將不再發(fā)生變化，而過大的通風(fēng)孔會增加風(fēng)阻力，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)性能下降，也增大了積塵的可能。只有通風(fēng)孔設(shè)計與機(jī)柜具有統(tǒng)一性下，可最大優(yōu)化風(fēng)機(jī)性能[3]。

雷達(dá)電子設(shè)備中內(nèi)置有多個工作單元，每個單元往往以插箱或標(biāo)準(zhǔn)插件的形式分布在機(jī)柜中。這些插箱和插件運行中產(chǎn)生的熱量除通過自帶的散熱設(shè)備外還需要通過風(fēng)機(jī)進(jìn)行散熱，而表面則要設(shè)計通風(fēng)孔作為風(fēng)道口。機(jī)柜與通風(fēng)孔統(tǒng)一設(shè)計是建立在機(jī)柜整體設(shè)計基礎(chǔ)上，除性能要求外，外觀視覺平衡要是評價通風(fēng)口設(shè)計的重要指標(biāo)，需要遵循平面構(gòu)成原理。構(gòu)成平面的主要元素有點、線、面，在機(jī)柜通風(fēng)口設(shè)計中，可將通風(fēng)孔視作為點元素，點的有序列的集聚組合可形成線元素，線的集合又可形成面。在通風(fēng)口圖形組織中要從人體視覺美觀中入手，圖形設(shè)計有規(guī)律性和節(jié)奏型變化，提高視覺舒適度。

3 通風(fēng)孔面積對風(fēng)機(jī)性能的影響

對雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)柜通風(fēng)孔設(shè)計進(jìn)行仿真實驗發(fā)現(xiàn)，在55℃和常壓環(huán)境下，通風(fēng)孔的寬度與風(fēng)機(jī)的平均通風(fēng)量形成正相關(guān)關(guān)系，在寬度達(dá)到閾值后通風(fēng)量將不再發(fā)生變化。在通風(fēng)孔面積明顯小于風(fēng)機(jī)通風(fēng)面積時，通風(fēng)量與通風(fēng)孔寬度存在密切的相關(guān)性；當(dāng)通風(fēng)孔面積接近于風(fēng)機(jī)通風(fēng)面積時，通風(fēng)孔寬度對通風(fēng)量不造成明顯的影響；當(dāng)通風(fēng)孔面積明顯大于風(fēng)機(jī)通風(fēng)面積時，通風(fēng)面積持續(xù)性增加而通風(fēng)量增加幅度較小。同時，在試驗計算中發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)孔的覆蓋位置也直接影響風(fēng)機(jī)通風(fēng)量。在通風(fēng)孔集中在風(fēng)機(jī)中心位置中，風(fēng)量明顯增大，在通風(fēng)孔之間向邊緣分布時，通風(fēng)量也出隨著相應(yīng)減小，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)性能降低。在對仿真實驗中各項機(jī)構(gòu)參數(shù)綜合分析發(fā)現(xiàn)，通風(fēng)孔面積大小對風(fēng)機(jī)性能產(chǎn)生影響，其長寬尺寸、分布位置、面積大小均與之相關(guān)，在設(shè)計中缺乏一致性設(shè)計，可導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率下降。在通風(fēng)孔設(shè)計中，要以風(fēng)機(jī)總送風(fēng)量和通風(fēng)面積作為主要參照，結(jié)合風(fēng)機(jī)排布方式設(shè)計。

4 結(jié)語

隨著民用雷達(dá)電子設(shè)備數(shù)量的不斷增加，其性能也不斷優(yōu)化，規(guī)格和型號的多樣性變化對散熱系統(tǒng)的功率和運行能力的要求更高。通風(fēng)孔作為散熱系統(tǒng)的重要元素，要根據(jù)不同機(jī)柜的熱源及運行實際情況進(jìn)行綜合分析，將性能、節(jié)能、使用壽命、美觀等都將作為設(shè)計方案的考慮因素。

綜上所述，本文對民用雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)柜通風(fēng)孔的概念、組成及設(shè)計原理進(jìn)行說明，介紹其在實際工程中的設(shè)計與應(yīng)用，在機(jī)柜設(shè)計中需要控制好散熱系統(tǒng)設(shè)計的每一個環(huán)節(jié)，完善設(shè)計內(nèi)容，在綜合考慮熱源、功率、運行環(huán)境等因素后進(jìn)行設(shè)計，調(diào)試人員需要對機(jī)柜內(nèi)溫度及風(fēng)機(jī)效率進(jìn)行仔細(xì)核準(zhǔn)，計算風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的送風(fēng)量，最后通過合理計算選擇通風(fēng)孔的類型、大小及數(shù)量，通過對于通風(fēng)孔的設(shè)計調(diào)節(jié)來實現(xiàn)雷達(dá)機(jī)柜溫度的控制，提高民用雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)柜的使用性能。

參考文獻(xiàn)：

[1]王甜，丁飛，劉魯軍.淺析民用雷達(dá)電子設(shè)備機(jī)柜通風(fēng)孔設(shè)計——熱設(shè)計與視覺傳達(dá)設(shè)計的統(tǒng)一[J].現(xiàn)代工業(yè)經(jīng)濟(jì)和信息化，2015，107（23）：6667.

[2]劉巍，張先鋒，關(guān)宏山.雷達(dá)電子設(shè)備通風(fēng)口結(jié)構(gòu)對風(fēng)機(jī)性能的影響[J].電子機(jī)械工程，2015，31（04）：911+19.

[3]王為新.雷達(dá)電子設(shè)備的電磁兼容結(jié)構(gòu)設(shè)計[J].電子元器件應(yīng)用，2009，4（07）：5253.

作者簡介：蔡安娜（1986），女，安徽巢湖人，學(xué)士，助理工程師，研究方向：雷達(dá)機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計。