雷達(dá)市場(chǎng)需求趨勢(shì)及雷達(dá)冷卻液的性能要求

朱天一 宋懷玉

中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開(kāi)發(fā)中心

雷達(dá)是利用電磁波探測(cè)目標(biāo)的電子裝備。其探測(cè)原理為：發(fā)射機(jī)通過(guò)發(fā)射天線向空間發(fā)射高頻輻射信號(hào)探測(cè)目標(biāo)單位，目標(biāo)單位反射的回波信號(hào)經(jīng)過(guò)發(fā)射天線傳遞至雷達(dá)接收機(jī)，信號(hào)經(jīng)過(guò)雷達(dá)設(shè)備終端處理、錄制并顯示出來(lái)，由此來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定位置、運(yùn)動(dòng)方向和速度以及高度等特性。

雷達(dá)種類繁多、應(yīng)用廣泛。它不僅在搜索、引導(dǎo)、武器控制、偵察中擔(dān)任重要角色，而且還在航行保障、氣象觀測(cè)和車輛測(cè)速等經(jīng)濟(jì)建設(shè)和社會(huì)服務(wù)方面廣泛應(yīng)用。

雷達(dá)市場(chǎng)需求趨勢(shì)

有源相控陣技術(shù)（AESA）雷達(dá)

隨著軍事電子技術(shù)的發(fā)展，出現(xiàn)了高性能的AESA（圖1）雷達(dá)系統(tǒng)。AESA最重要的優(yōu)勢(shì)是其具有獨(dú)立控制每個(gè)陣元的增益和相位的能力，可靠性優(yōu)于常規(guī)雷達(dá)，它可以替代兩個(gè)單一、傳統(tǒng)的雷達(dá)。隨著AESA不斷取得進(jìn)步，它不僅應(yīng)用于機(jī)載雷達(dá)領(lǐng)域，還應(yīng)用在預(yù)警搜索雷達(dá)、彈道導(dǎo)彈防御雷達(dá)和捕獲雷達(dá)等關(guān)鍵領(lǐng)域。由于成本的降低及軍事戰(zhàn)略發(fā)展的需要，AESA的市場(chǎng)份額將穩(wěn)步增加，價(jià)額昂貴的雷達(dá)系統(tǒng)將越來(lái)越多地采用AESA。

圖1 AESA外觀

氣象雷達(dá)

隨著國(guó)家氣象信息化的加快，氣象雷達(dá)市場(chǎng)需求將逐步遞增。隨著新一代多普勒天氣雷達(dá)網(wǎng)規(guī)劃建設(shè)和國(guó)家航空規(guī)劃的推進(jìn)實(shí)施，科研機(jī)構(gòu)、水利部門和民航運(yùn)輸機(jī)場(chǎng)還有繼續(xù)增補(bǔ)多普勒天氣雷達(dá)（圖2）的需求。由于國(guó)家氣象業(yè)務(wù)發(fā)展的規(guī)劃，會(huì)有大量的風(fēng)廓線雷達(dá)（圖3）進(jìn)行裝配。例如樞紐航空機(jī)場(chǎng)和部分天氣情況較為復(fù)雜的干線支線機(jī)場(chǎng)配備了風(fēng)廓線雷達(dá)，大部分一、二線城市的環(huán)保部門也將氣象設(shè)備更換成風(fēng)廓線雷達(dá)以監(jiān)測(cè)霧霾天氣。氣象雷達(dá)還在交通及水利等部門逐漸推廣。這些都為氣象雷達(dá)打開(kāi)了更加廣闊的市場(chǎng)空間。

空管雷達(dá)

空管雷達(dá)（圖4）是空中交通管理系統(tǒng)中確保飛行安全的重要設(shè)備。隨著空中交通運(yùn)輸?shù)娘w速發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)空管雷達(dá)的需求將十分廣闊?？展芾走_(dá)主要用于機(jī)場(chǎng)建設(shè)和低空開(kāi)放。機(jī)場(chǎng)新建、擴(kuò)建及遷建均需要配備空管雷達(dá)，軍民用空管雷達(dá)市場(chǎng)將迎來(lái)高速發(fā)展期，市場(chǎng)空間將進(jìn)一步擴(kuò)大。低空管制的放開(kāi)，各種無(wú)人機(jī)、直升機(jī)對(duì)低空資源的利用，也將推動(dòng)航管體系的進(jìn)一步建設(shè)，形成新的市場(chǎng)需求。

毫米波雷達(dá)

隨著無(wú)人駕駛概念的逐漸實(shí)現(xiàn)，我國(guó)ADAS（高級(jí)輔助駕駛）市場(chǎng)規(guī)模逐漸放量，毫米波雷達(dá)（圖5）也將迎來(lái)快速發(fā)展。毫米波雷達(dá)是為盲點(diǎn)檢測(cè)和后方車輛提醒的中短距雷達(dá)，它對(duì)惡劣天氣的抗干擾能力強(qiáng)，所以在雨霧天氣條件下可以大大提升汽車的安全系數(shù)。消費(fèi)結(jié)構(gòu)升級(jí)、中產(chǎn)階級(jí)需求增加及汽車安全法規(guī)和評(píng)級(jí)規(guī)定的助力，將帶動(dòng)國(guó)內(nèi)毫米波雷達(dá)前后裝市場(chǎng)需求的爆發(fā)式增長(zhǎng)。隨著毫米波雷達(dá)需求的增加，規(guī)模效益將帶來(lái)成本的下降，更將極大地推動(dòng)毫米波雷達(dá)的普及。

圖2 多普勒氣象雷達(dá)外觀

圖3 風(fēng)廓線雷達(dá)外觀

圖4 空管雷達(dá)外觀

圖5 毫米波雷達(dá)外觀

雷達(dá)的冷卻方式

雷達(dá)是一個(gè)復(fù)雜而龐大的電子系統(tǒng)，內(nèi)部有各種電子元件。發(fā)射器是雷達(dá)的重要組成部分。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，發(fā)射器功率的不斷升高，系統(tǒng)中的電子元件發(fā)熱密度也會(huì)提高。電子設(shè)備在溫度過(guò)熱的條件下，會(huì)發(fā)生故障甚至失效。電子設(shè)備的失效有55%是由溫度過(guò)高引起的，溫度每升高10 ℃，可靠性就下降50%，可見(jiàn)溫度對(duì)雷達(dá)設(shè)備的性能影響至關(guān)重要。有效地控制雷達(dá)系統(tǒng)中各電子元件的工作溫度，十分必要［1］。

一般控制溫度的冷卻方式有自然冷卻、強(qiáng)迫風(fēng)冷和液體冷卻。自然冷卻與強(qiáng)迫風(fēng)冷無(wú)法把電子元件的熱量快速、徹底帶走。液體冷卻是大部分大功率雷達(dá)產(chǎn)品的冷卻方式，有獨(dú)立的冷卻系統(tǒng)，有較高的冷卻效率，能使冷卻系統(tǒng)中的過(guò)熱電子元件迅速降低到正常溫度，維持冷卻系統(tǒng)乃至整個(gè)雷達(dá)的正常工作。具有可行冷卻方式、優(yōu)良冷卻效果的冷卻系統(tǒng)已經(jīng)成為雷達(dá)具備高可靠性的重要條件。

雷達(dá)冷卻液的性能要求

雷達(dá)冷卻液是雷達(dá)冷卻系統(tǒng)液體冷卻的主要冷卻介質(zhì)，可以使過(guò)熱電子元件恢復(fù)到正常的工作溫度。據(jù)了解，雷達(dá)冷卻液沒(méi)有相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，各雷達(dá)企業(yè)根據(jù)自身雷達(dá)的特點(diǎn)來(lái)制定雷達(dá)冷卻液的相關(guān)性能要求，主要有冰點(diǎn)、沸點(diǎn)、黏度、pH值、儲(chǔ)備堿度、防腐蝕性能、電化學(xué)性能、抗泡沫性能、橡膠相容性、模擬使用腐蝕性能等。

防凍、防沸性能

雷達(dá)冷卻液的一項(xiàng)重要也是最基本的性能是防凍性能。雷達(dá)冷卻液在低溫條件下的冰點(diǎn)決定了它的防凍性能。雷達(dá)設(shè)備內(nèi)部溫度較低且使用環(huán)境比較苛刻，一般在-55～70 ℃，所以雷達(dá)冷卻液的牌號(hào)一般有45號(hào)、60號(hào)和65號(hào)，要求其冰點(diǎn)分別不高于-45 ℃、-60 ℃、-65 ℃。

沸點(diǎn)是雷達(dá)冷卻液暴沸的溫度。雷達(dá)冷卻液沸點(diǎn)一般要求105 ℃以上，沸點(diǎn)過(guò)低的冷卻液在使用過(guò)程中受熱會(huì)形成蒸汽，影響冷卻系統(tǒng)的傳熱效率，使設(shè)備內(nèi)部溫度升高，影響設(shè)備的使用壽命。

黏度

雷達(dá)冷卻液對(duì)黏度有一定的要求。黏度是影響冷卻液的傳熱效率的重要因素，黏度過(guò)大，會(huì)使雷達(dá)冷卻液的傳熱效率降低。

pH值

雷達(dá)冷卻系統(tǒng)的金屬腐蝕過(guò)程與其所使用的雷達(dá)冷卻液的pH值有關(guān)。例如鋁在pH值4.5～8.5時(shí)得到保護(hù)，焊錫在pH值7.5～9.0環(huán)境中易鈍化，銅鈍化的pH值在7.0～12.5，所以雷達(dá)冷卻液對(duì)pH值有一定要求，一般為弱堿性。過(guò)高或過(guò)低，都會(huì)對(duì)冷卻系統(tǒng)中的金屬造成腐蝕。

儲(chǔ)備堿度

在雷達(dá)冷卻系統(tǒng)循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)的過(guò)程中，雷達(dá)冷卻液的基液二元醇在高溫及金屬催化作用下產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，燃?xì)庑孤┻M(jìn)入冷卻系統(tǒng)中都會(huì)導(dǎo)致雷達(dá)冷卻液的pH值發(fā)生變化。為了使雷達(dá)冷卻液的pH值在合適的范圍內(nèi)，就要有一定的儲(chǔ)備堿度，所以雷達(dá)冷卻液需要加入pH值緩沖劑。不同類型的緩蝕劑的儲(chǔ)備堿度不同，一般來(lái)說(shuō)，無(wú)機(jī)型緩沖劑要比有機(jī)型緩沖劑的儲(chǔ)備堿度大。

防腐蝕性能

雷達(dá)冷卻系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用了包括紫銅散熱器、不銹鋼管路、黃銅閥門、鋁板、各種橡膠密封件和橡膠管等多種材料。由于雷達(dá)冷卻系統(tǒng)中由多種金屬材料構(gòu)成，不同金屬的電極電位不同，發(fā)生在雷達(dá)冷卻系統(tǒng)中的金屬腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕。

同時(shí)雷達(dá)冷卻液中的醇類物質(zhì)使用較長(zhǎng)時(shí)間后會(huì)產(chǎn)生酸性產(chǎn)物，也促進(jìn)雷達(dá)冷卻系統(tǒng)的腐蝕。雷達(dá)冷卻系統(tǒng)腐蝕會(huì)使內(nèi)部各個(gè)部件發(fā)生故障，同時(shí)腐蝕產(chǎn)物會(huì)堵塞管道，影響整個(gè)設(shè)備的傳熱效率。若腐蝕嚴(yán)重發(fā)生穿孔，將直接影響設(shè)備的使用壽命。防腐蝕性能是雷達(dá)冷卻液極為關(guān)鍵的性能要求［2］。

電化學(xué)性能

由于雷達(dá)設(shè)備為電子設(shè)備，所以它對(duì)雷達(dá)冷卻液的電化學(xué)性能有一定的要求。電化學(xué)性能是通過(guò)人為極化，測(cè)量金屬在測(cè)試溶液中的電化學(xué)參數(shù)來(lái)反映金屬腐蝕性能。它的主要參數(shù)為點(diǎn)蝕電位差和電流密度，它們的總效應(yīng)決定腐蝕的速率和程度。通過(guò)測(cè)定電化學(xué)性能參數(shù)就可以了解雷達(dá)冷卻液防止點(diǎn)蝕傾向的性能。點(diǎn)蝕電位差越大、電流密度越小的雷達(dá)冷卻液電化學(xué)性能越好。

抗泡沫性能

雷達(dá)冷卻液在雷達(dá)冷卻系統(tǒng)中不停地循環(huán)工作，通常會(huì)產(chǎn)生大量的泡沫，不僅影響整個(gè)設(shè)備的傳熱效率，還會(huì)加劇冷卻系統(tǒng)內(nèi)部部件氣穴腐蝕，所以雷達(dá)冷卻液中一般需要加入一定量的消泡劑來(lái)抑制泡沫的生成。

雷達(dá)設(shè)備工作時(shí)，內(nèi)部溫度比汽車發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部溫度要低，使用環(huán)境也較苛刻，所以對(duì)雷達(dá)冷卻液中消泡劑的中溫、低溫性能都有一定要求。由于雷達(dá)冷卻系統(tǒng)內(nèi)部體積較小，對(duì)雷達(dá)冷卻液產(chǎn)生泡沫體積要求較高，一般泡沫體積要求是發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液泡沫體積要求的三分之一。

橡膠相容性

雷達(dá)冷卻系統(tǒng)中有眾多的橡膠管和橡膠墊片，其主要成分為三元乙丙橡膠、氟硅橡膠等，它們是連接、密封冷卻系統(tǒng)的主要材料。一旦橡膠被侵蝕和損壞會(huì)造成雷達(dá)冷卻液泄漏，使雷達(dá)冷卻液進(jìn)入到電路系統(tǒng)，直接影響雷達(dá)的使用壽命。所以雷達(dá)冷卻液的組分必須具有良好的橡膠相容性，對(duì)橡膠侵蝕性較小。

模擬使用腐蝕性能

各種類型的雷達(dá)設(shè)備是根據(jù)其性能特點(diǎn)及內(nèi)部構(gòu)造來(lái)進(jìn)行模擬使用腐蝕性能試驗(yàn)，主要是對(duì)使用試驗(yàn)中的金屬試片腐蝕情況和雷達(dá)冷卻液的穩(wěn)定性進(jìn)行考察。它是一個(gè)長(zhǎng)周期運(yùn)行的動(dòng)態(tài)試驗(yàn)，可以直接反映雷達(dá)冷卻液的實(shí)際使用性能和壽命。

結(jié)束語(yǔ)

受國(guó)家軍事、經(jīng)濟(jì)發(fā)展的推動(dòng)，高性能AESA、氣象、空管等雷達(dá)產(chǎn)品市場(chǎng)需求的不斷增長(zhǎng)，滿足雷達(dá)產(chǎn)品使用要求的雷達(dá)冷卻液有著極大的市場(chǎng)需求空間，高性能的雷達(dá)冷卻液的市場(chǎng)前景十分可觀。雷達(dá)冷卻液不僅應(yīng)能夠快速地降低電子元件溫度，而且應(yīng)具有良好的防腐蝕性能、抗泡沫性能、電化學(xué)性能和橡膠相容性能等，以滿足雷達(dá)設(shè)備的使用要求。