某机载雷达发射机热设计

摘 要 本文介绍了某机载雷达发射机自带风机散热的热设计过程，重点阐述了从风道结构排布、选择导热性能良好的材料制作散热器等多方面采取措施来减少热阻，提高散热效率。利用Icepak软件对热设计结果进行仿真、校核，设计结果满足散热需求。通过试验测试，发射机工作正常，热设计满足使用需求。

关键词 机载雷达；发射机；热设计

中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）051-015-02

某机载雷达发射机采用自带内置风机进行冷却，鉴于此发射机热耗大，布局复杂，自带内置风机风量、风压有限，需要在充分对流交换前提下尽量减少系统流阻，提高散热器的散热效率，以此满足发射机设计需求。

1 提高散热效率的方法

电子设备热设计的基本任务就是在热源至热沉之间提供一条低热阻通道，提高整个系统的散热效率。提高强迫风冷散热效率主要从以下几个方面着手。

1）结构排布合理，将发热量高的部件布置到离风口比较近的地方，减少压力损失，在充分对流交换前提下，尽量提高入口风量，满足散热风量需求。

2）适当增加对流交换面积，增加空气紊流。

3）采用导热系数大的材料制作散热器，减少导热热阻。

4）散热器和风道紧密连接，保证热量良好传递。

2 某机载雷达发射机热设计过程

2.1 设计输入

此发射机的设计输入：自带风机，入口风温为50℃，热耗1064 W。

2.2 详细的热设计过程

2.2.1 散热方式的选择

得到发射机主要热源的热流密度为：高压器件0.16 W/cm2；滤波器件0.2 W/cm2。 行波管热耗占整个发射机67%，必须采用强迫风冷散热，故不作计算。

根据国军标GJB/Z 27-92图6-2散热方式的选择，确定行波管、高压部分和滤波部分强迫风冷，其余自然散热。

2.2.2 流量估算

2.2.4 行波管散热器设计

行波管散热器散热效率的高低直接影响整个发射机系统的散热效果。因此重点对行波管的散热器进行设计。

散热器一般使用铝或铜材料。虽然铜导热系数约是铝的1.7倍，采用铜材料制作散热器散热效果更好，但是此发射机的行波管散热器长约400 mm，铜材料密度是铝的3倍，散热器全部使用铜材料会导致散热器重量超重。通过初步仿真，散热器全部使用铝，行波管最高温度又超过设计指标，不满足散热要求。

为了满足散热和重量双重需求，将行波管散热器设计成两部分（见图2）：行波管热量集中的收集极端使用导热系数大的铜材料制作散热器，其它部位散热器采用铝材料。铜散热器内部焊接的波纹板选用多孔状矩形铜波纹板，多孔可增加散热器内部空气紊流，提高热交换效率。由于行波管对于散热器安装表面平面度有一定要求，而铜铝材料焊接工艺复杂，易产生腐蚀，因此采用螺钉连接方式将铜、铝两部分散热器固定。通过预留多余材料，连接后飞平安装面的方式保证行波管安装面的平面度。

2.3 热设计仿真、校核

热设计时引入热分析软件可大大减少计算工作量，减少设计改进时间，提供较为准确的改进依据。相比其他仿真软件，Icepak热仿真软件具有良好的操作性、网格划分质量高、分析结果精确等优点。利用Icepak对上节的热设计进行流阻计算、流量分配、热源温升等一系列仿真计算、优化，最终得到该发射机主要热源行波管、高压器件、滤波器件的温度结果：行波管收集极端最高温度为84℃，小于行波管底板温度不大于90℃的要求，高压器件最高温度为72℃，小于器件温度不大于110℃的设计参数，滤波器件最高温度为74℃，小于器件温度不大于110℃的设计参数。由此可知，整个发射机热设计满足温升控制要求。

2.4 试验验证

在环境温度50℃下，测得行波管收集极处几个测试点的温度见表1。

3 结束语

机载雷达发射机面临越来越严苛的外部散热条件，对于类似直升机这种难以提供风温低，风量充足的环控风载机，如何解决自带风机风量、风压限制与发射机大热耗之间的散热矛盾成为今后发射机热设计的关注焦点之一。本文采用的一系列减少流阻、提高散热器散热效率的设计手法可有效的减少热阻，提高整个系统散热效率，满足了此发射机的散热需求。今后使用高导或是超导热系数材料制作散热器，如陶瓷合金材料、纳米石墨材料等，将是热设计发展方向之一。

参考文献

[1]邱成悌，赵惇殳，蒋全兴著.电子设备结构设计原理[M].南京：东南大学出版社，2005.

[2]陈洁茹，朱敏波，齐颖.Icepak在电子设备热设计中的应用[J].电子机械工程，2005（21）：14-16.

[3]平丽浩，钱吉裕，徐德好.电子装备热控新技术综述（上）[J].电子机械工程，2008（24）4-5.

作者简介

房芳（19820-），女，电子结构工程师。