機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)及應(yīng)用

廣州海格通信集團(tuán)股份有限公司 符向斌 李 浩

一、前言

航天技術(shù)的發(fā)展一定程度上代表了一個(gè)國(guó)家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況。世界上發(fā)展較優(yōu)的國(guó)家都在航天方面投入了大量的人力物力，進(jìn)而制造出滿足國(guó)家需求的各色各樣的機(jī)載電子設(shè)備飛機(jī)，又因?yàn)闄C(jī)載電子設(shè)備是該飛機(jī)的核心，因此它決定了一個(gè)飛機(jī)的性能。

因?yàn)檩d機(jī)的環(huán)境較為復(fù)雜，且其中的資源不充分，所以電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的容積應(yīng)小、質(zhì)量小、且穩(wěn)定性強(qiáng)。使機(jī)載電子設(shè)備輕型化高效的實(shí)現(xiàn)了設(shè)備的輕型化，使得飛機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中的機(jī)動(dòng)能力增強(qiáng)。通過(guò)長(zhǎng)期的實(shí)驗(yàn)和實(shí)踐，通過(guò)減輕機(jī)載設(shè)備中的典型結(jié)構(gòu)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了記載電子設(shè)備的輕型化，使所有設(shè)備總體質(zhì)量減輕，有助于設(shè)備的后期維護(hù)和實(shí)際運(yùn)行。

二、典型結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)

（一）輕型化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求

航空中電子設(shè)備的各部件的大小及質(zhì)量都有十分嚴(yán)格的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，通常情況下設(shè)備安裝的位置有限，因此為了在便于后期維護(hù)的基礎(chǔ)上，充分的使用這有限的空間，飛機(jī)中的電子設(shè)備使用可替換模塊的結(jié)構(gòu)，然而安裝架是其中連接電子設(shè)備和飛機(jī)接頭的橋梁。電子設(shè)備中連接器的電纜以及其他設(shè)備的通電連接處均來(lái)自于設(shè)備后方的矩形電連接器實(shí)現(xiàn)，矩形電連接器中全部的電纜都通過(guò)安全架連通。（圖1為航空電子設(shè)備安裝示意圖）

圖1 航空電子設(shè)備安裝示意圖

圖2 電子設(shè)備安裝機(jī)柜示意圖

安裝機(jī)柜是實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備安裝架安裝的設(shè)備。安裝機(jī)柜不僅能為電子設(shè)備提供結(jié)構(gòu)，同時(shí)保障了設(shè)備連接中所需要的環(huán)境，確保維修以及改裝中實(shí)現(xiàn)快速的安裝。（圖2為航空電子設(shè)備安裝機(jī)柜示意圖）

實(shí)際上，怎樣減輕機(jī)架結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)飛機(jī)的減重這一問(wèn)題是其中的關(guān)鍵。通過(guò)對(duì)現(xiàn)有資料的分析對(duì)安裝機(jī)柜的結(jié)構(gòu)的輕型化設(shè)計(jì)進(jìn)行詳細(xì)的描述。

（二）典型結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)

1.選材

航空電子設(shè)備在設(shè)計(jì)中有質(zhì)量輕便、材料強(qiáng)度高、具有良好啊的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力、不易被腐蝕等要求，所以電子設(shè)備選材過(guò)程中，在保證材料強(qiáng)度和質(zhì)量的同時(shí)，考慮材料的輕便性，通過(guò)對(duì)比發(fā)現(xiàn)鋁合金材料具備上述特點(diǎn)，能夠滿足航空電子設(shè)備的使用，因此鋁合金成為其重要材料。

2.典型結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

機(jī)載雷達(dá)中的高頻機(jī)柜通常用作替換部件，因此將其看作重點(diǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了解。

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，每個(gè)高頻機(jī)柜都應(yīng)該配有6～8個(gè)可替換元件，且質(zhì)量都應(yīng)不超過(guò)45kg。高頻機(jī)柜是多層的結(jié)構(gòu)類型，使用中用方管鋁作為其主體支撐，其余通過(guò)三向或者四向接口相連，如圖3所示。依據(jù)設(shè)備要求，接頭使用鑄鋁如果在設(shè)計(jì)中要求個(gè)方向的垂直度，在設(shè)計(jì)中使用鉚釘將接頭和立柱進(jìn)行連接。整體機(jī)柜的固定通常使用固定板等。電子設(shè)備通過(guò)電連接器通常使用安裝架中的過(guò)渡板進(jìn)行連接，通過(guò)機(jī)體的骨架將設(shè)備進(jìn)行相連。

圖3 接頭形式示意圖

機(jī)載電子設(shè)備的使用需要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支持，而這種積木塊式的框架結(jié)構(gòu)就為機(jī)載電子設(shè)備的穩(wěn)定使用提供了支持。這種結(jié)構(gòu)能夠使得電子設(shè)備在使用過(guò)程中成為一整體，無(wú)論是對(duì)于電纜的鋪設(shè)還是在后期的檢修中，這種開(kāi)放式框架結(jié)構(gòu)都能夠?yàn)橄嚓P(guān)工作提供便利。相比較于傳統(tǒng)的箱體式機(jī)柜，這種開(kāi)放式框架能夠更加有益于冷卻，在傳統(tǒng)的風(fēng)冷和自然散熱的方法基礎(chǔ)上，還能夠采用液體冷卻。而且，在設(shè)備單元液冷系統(tǒng)中，開(kāi)放式構(gòu)架能夠?qū)⑾到y(tǒng)的冷卻水管架設(shè)在機(jī)架上面，提高了設(shè)備整體的機(jī)動(dòng)性。而且，上述結(jié)構(gòu)的使用，在很大程度上減輕了重量，尤其是在設(shè)計(jì)和建造過(guò)程中使用的新型、輕型材料，就更加使得機(jī)柜的重量能夠很好的達(dá)到使用的重量要求，無(wú)論是對(duì)于后期的維護(hù)、提高載機(jī)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、減輕機(jī)載的重量等多種方面都具有很好的優(yōu)勢(shì)。

在機(jī)柜的設(shè)計(jì)過(guò)程中，設(shè)計(jì)完成之后需要對(duì)機(jī)柜進(jìn)行三維模態(tài)分析，在投入使用之前需要對(duì)機(jī)柜進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)，保證其在后期的使用中不會(huì)出現(xiàn)機(jī)械損傷以及松動(dòng)等問(wèn)題，避免在載機(jī)上出現(xiàn)變形以及撕裂等問(wèn)題，保證其在使用過(guò)程中能夠符合技術(shù)規(guī)定和要求。最終也可以發(fā)現(xiàn)，該機(jī)柜的設(shè)計(jì)能夠很好的滿足記載的需要，并且能夠保證很好的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和剛度。

3.試驗(yàn)系統(tǒng)中的典型結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計(jì)

對(duì)于機(jī)載雷達(dá)地面測(cè)試系統(tǒng)中使用的高頻機(jī)柜，采用鋁XXC73-5型材作為機(jī)柜框架，并采用三向或四向鑄鋁連接器與機(jī)柜框架連接，形成接收/發(fā)射單元、饋電網(wǎng)絡(luò)、電源、電纜等綜合機(jī)架。

與其他傳統(tǒng)機(jī)柜相比，機(jī)柜的結(jié)構(gòu)形式大大減輕了重量，可維護(hù)性極強(qiáng)。雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)在整個(gè)框架和測(cè)試過(guò)程中得到了充分的體現(xiàn)。它滿足了實(shí)際需要，提高了性能，成功地解決了集成框架輕量化設(shè)計(jì)的難題。

三、輕型化結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

隨著航天技術(shù)發(fā)展，航空電子設(shè)備也在向著功能化、小型化以及輕便化方向發(fā)展，所以在機(jī)載電子設(shè)備輕型化的設(shè)計(jì)過(guò)程中，還需要不斷進(jìn)行新結(jié)構(gòu)的開(kāi)發(fā)和研究，最終實(shí)現(xiàn)電子設(shè)備的減重。

通常來(lái)說(shuō)，在機(jī)載設(shè)備的單元會(huì)存在發(fā)熱量較大的問(wèn)題，尤其是在機(jī)載雷達(dá)中的單元設(shè)備，其發(fā)熱量更大，所以在其機(jī)柜設(shè)備的安裝以及走線等問(wèn)題上需要更加注意，在實(shí)際的時(shí)候就要做進(jìn)一步的優(yōu)化。對(duì)于機(jī)柜的骨架以及冷板等結(jié)構(gòu)，都要進(jìn)行綜合考慮，在材料選擇時(shí)也要盡量選擇輕便的材料，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕型化，保證足夠的布置空間，合理布局。選用性能優(yōu)良、可靠性高、重量輕的細(xì)電纜也是減輕機(jī)柜重量的有效方法之一。當(dāng)然，隨著高新技術(shù)的發(fā)展，用于傳輸電信號(hào)的電連接器也將變得越來(lái)越輕，使機(jī)柜變輕、小型化成為另一種可能。除了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用和微電子組裝技術(shù)的快速發(fā)展之外，如何使各功能模塊和設(shè)備單元變輕變小成為另一項(xiàng)重要的減重技術(shù)。

其次，在很多的機(jī)載雷達(dá)的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用中，出現(xiàn)了“三明治”式夾心結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)的使用在很大程度上減輕了設(shè)備單元的重量。這種結(jié)構(gòu)主要由輻射單元、反射板組合而成。其中，反射板使用的是鋁蜂窩夾心結(jié)構(gòu)，在結(jié)構(gòu)上將鋁蜂窩板的兩面分別膠接上鋁板，所以形象的稱為“三明治”結(jié)構(gòu)。由于鋁蜂窩板采用的是符合材料，所以其比重相對(duì)較小，在結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和使用中其重量就會(huì)更小，這就在很大程度上減少了天線整體的重量，保證了設(shè)備單元的重量能夠符合設(shè)計(jì)和使用的要求。

四、結(jié)論

綜上所述，隨著航天事業(yè)的發(fā)展和航空電子設(shè)備的輕型化趨勢(shì)的不斷推進(jìn)，電子設(shè)備在飛機(jī)中的設(shè)置對(duì)于飛機(jī)性能提升等具有重要意義。因此，在電子設(shè)備的設(shè)計(jì)中，不僅要考慮傳統(tǒng)的電氣性能，而且要對(duì)其結(jié)構(gòu)性進(jìn)行考量，保證電子設(shè)備達(dá)到機(jī)載要求。此外，由于飛機(jī)的特殊性，所以在電子設(shè)備的設(shè)置中要更加注重空間要素，通過(guò)機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的輕型化發(fā)展來(lái)保證飛機(jī)具有更好的機(jī)動(dòng)性和靈活性。機(jī)載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)輕型化不僅能夠提高飛機(jī)的運(yùn)輸性能，而且能夠提高飛機(jī)的作戰(zhàn)性能，仍需要不斷探索和發(fā)展。