CN110632561B - 机载雷达射频单元热控结构 - Google Patents

机载雷达射频单元热控结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种机载雷达射频单元热控结构，基于“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热技术方案，根据机载雷达的结构、功能和空间一体化的设计要求，地利用热管高热传导率特性，通过合理的结构布局设计、散热器结构设计、风机罩结构设计和风道设计，使机载雷达射频天线单元中主要发热部件达到正常的工作温度要求，实现雷达正常工作。该发明采用一体化组合热控散热结构，具有散热效率高、可靠性好、重量轻、温度均匀等优点。

Description

机载雷达射频单元热控结构
技术领域
本发明属于热控制技术领域，是基于热管导热、散热翅片和强制风冷相结合的方式，对机载雷达射频单元进行散热，实现其正常连续工作。
背景技术
无人机载雷达一般由雷达射频前端单元和和信息处理单元等组成，其中雷达射频前端单元作为机载雷达的前端部件，根据指令要求完成各种动作，主要提供发射和接收功能，并将信号传送给雷达信息处理单元，是雷达的核心单元。而雷达射频天线单元主要由伺服机构、天线单元、T/R组件、波控机、电源模块等组成，其中T/R组件、波控机和电源模块是雷达射频天线单元中主要的发热部件，这些部件散热的好坏是实现和保证雷达整机性能的关键所在。
目前，对发热部件进行散热主要采用强迫风冷、液冷和蒸发冷却等方式，强迫风冷散热能力有限，液冷和蒸发冷却设备复杂、体积较大、重量较重，易渗漏等缺点，特别不适用于无人机载雷达。
发明内容
要解决的技术问题
为了避免现有技术的不足之处，本发明设计一种机载雷达射频单元热控结构，提出了“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热方案，对机载雷达主要的发热部件进行通风散热。
技术方案
一种机载雷达射频单元热控结构，其特征在于：伺服机构固定在支臂上，支架固定在伺服机构上，天线单元固定在支架上，支架下部设计有出风口；第一导流风机罩和第二导流风机罩对称固定在天线单元和支架上，导流风机罩和导流风机罩采用楔形风道结构形式，并在其上、下和两侧面设计有出风口；风机分别安装固定在第一导流风机罩和第二导流风机罩上；电源模块布局在波控机外侧，安装固定在支架上；波控机布局安装在天线单元中部位置，T/R组件对称竖排布局在波控机两侧，通过螺钉与天线单元连接在一起；散热器固定在T/R组件上，在散热器和T/R组件接触面之间增加导热垫，在电源模块和波控机的壳体上设计有散热翅片。
所述的散热器由底板、上盖板、支板、翅片、辅助支板和热管组装焊接成一个独立的结构体，其中二根热管一端焊接在底板和上盖板之间，另一端与散热片焊接，在上盖板上设计有局部散热翅片，底板与T/R组件连接固定，在底板与T/R组件之间增加导热垫，使组件的热量通过导热垫、底板和热管快速传至翅片上，以降低组件器件的温度梯度，支板和辅助支板与翅片焊接在一起，以增加散热器的刚度。
所述的高导热垫型号为TMP35。
本发明基于“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热技术方案，据机载雷达的结构、功能和空间一体化的设计要求，创新性地利用热管高热传导率特性，通过合理的散热器12结构设计、导流风机罩2和导流风机罩9的结构设计以及风道设计，使机载雷达射频天线单元中T/R组件13、波控机14和电源模块7的热量能够迅速散出，达到正常的工作温度要求，实现雷达正常工作。
有益效果
本发明提出的一种机载雷达射频单元热控结构，对于机载雷达射频天线单元中波控机和电源模块等发热部件散热，利用对T/R组件散热的专用导流风机罩及风机，通过合理的风机罩结构设计和风道设计，对波控机和电源模块进行强制通风散热，这样降低了散热系统的复杂性，减轻了射频天线单元重量。
与现有技术相比，本发明采用“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热方案，具有如下特点：
(1)该方式散热效率高，可靠性好。
(2)与现有常见的散热方式相比，散热结构相对独立，环境适应性强，并具有体积小、重量轻的特点。
附图说明
图1(a)、图1(b)是某机载雷达射频天线单元组成示意图。
图1(c)是某机载雷达射频天线单元局部结构示意图。
图2本发明专用散热器结构示意图。
图3本发明波控机及电源模块散热结构示意图。
图4本发明基于“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热方案在某雷达中应用示意图。
1-天线单元、2-第一导流风机罩、3-风机、4-第一螺钉、5-第二螺钉、6-支架、7-电源模块、8-第三螺钉、9-第二导流风机罩、10-支臂、11-伺服机构、12-散热器、13-T/R组件、14-波控机、15-第四螺钉、16-第五螺钉、17-第六螺钉、18-高导热垫、19-底板、20-上盖板、21-支板、22-翅片、23-辅助支板、24-热管。
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
某机载雷达射频天线单元中T/R组件、波控机和电源模块是主要发热部件。由于T/R组件体积小，高热密度器件多，热量相对比较集中，对于有源相控阵雷达来说，T/R组件散热好坏直接影响T/R工作性能和工作寿命，因此T/R组件热控技术成为相控阵雷达的关键技术之一。
针对某无人机载雷达射频天线单元结构和空间要求，提出了“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热技术方案，对该机载雷达射频天线单元中T/R组件、波控机和电源模块等主要的发热部件进行通风散热。
对T/R组件设计了专用散热器。将T/R组件设计为独立封闭结构模块，T/R组件热源朝上布置。在射频天线单元天线阵面设计中，T/R组件采用两竖排对称设计，通过螺钉与天线单元连接在一起。由于T/R组件排列紧密，组件间基本无间隙，体积热流密度大，采用普通风冷不能满足散热要求，液冷和蒸发冷却均无可设计安装空间，根据结构、功能和空间一体化的设计要求，创新性地利用热管高热传导率特性，将T/R组件热流密度高的器件的主要热量通过热管快速传至专用散热器翅片上，以降低组件器件的温度梯度，然后通过专用导流风机罩及风机将翅片上的热量散发到空气中，同时在与T/R组件热源连接固定的散热器上盖板上设计有局部散热翅片，这样实现T/R组件散热。
参见图1(a)和图1(b)，机载雷达射频天线单元由天线单元1、导流风机罩2、风机3、螺钉4、螺钉5、支架6、电源模块7、螺钉8、导流风机罩9、支臂10、伺服机构11、散热器12、T/R组件13和波控机14组成。其中伺服机构11采用螺钉5安装固定在支臂10上；支架6采用螺钉5安装固定在伺服机构11上；天线单元1采用螺钉5安装固定在支架6上；导流风机罩2和导流风机罩9均采用螺钉5对称布置安装固定在天线单元1和支架6上；风机3通过螺钉4分别安装固定在导流风机罩2和导流风机罩9上；电源模块7采用螺钉8安装固定在支架6上。
参见图1(c)，波控机14采用螺钉15安装固定在天线单元1上；T/R组件13采用螺钉16安装固定在天线单元1上；散热器12采用螺钉17安装固定在T/R组件13上，在散热器12和T/R组件13接触面之间增加了高导热垫18(型号：TMP35)，以降低热阻，提高导热率。
参见图2，散热器12由底板19、上盖板20、支板21、翅片22、辅助支板23和热管24组装焊接成一个独立的结构体，其中二根热管24一端焊接在底板19和上盖板20之间，另一端与散热片22焊接，并在上盖板20上设计有局部散热翅片，底板19与T/R组件13连接固定，并在底板19与T/R组件13连接固定之间增加了导热垫18，使组件的热量通过导热垫18、底板19和热管24快速传至翅片22上，以降低组件器件的温度梯度。支板21和辅助支板23与散热片22焊接在一起，以增加散热器12的刚度。
参见图3，在电源模块7和波控机14的壳体上设计有散热翅片，以提高其散热效果。
根据结构、功能和空间一体化的设计要求，对机载雷达射频天线单元中各部件进行了合理的结构布局设计，将波控机14布局安装在天线单元1中部位置，T/R组件13对称竖排布局在波控机14两侧，通过螺钉与天线单元1连接在一起，电源模块7布局在波控机14外侧，采用螺钉8安装固定在支架6上。对T/R组件13、波控机14和电源模块7等主要发热部件的散热通风风道进行一体化设计，导流风机罩2和导流风机罩9采用楔形风道结构形式，并在其上、下和两侧面设计有出风口，以保证风机3的风能够均匀覆盖散热器12的翅片22上，同时使风机3的部分风能够覆盖到电源模块7和波控机14的散热翅片上，在支架6下部设计有出风口。这种“热管、翅片和与强制风冷”相结合的“组合热控”散热结构使T/R组件13、波控机14和电源模块7的热量能够迅速散出，使其达到正常的工作温度要求。采用该结构布局形式，最大限度地发挥了风机3的强制风冷作用，不需要额外的风机对波控机14和电源模块7进行散热，更利于各部件之间的电缆接线和信号传输。
参见图4，按照本发明技术及其实现方法设计的某机载雷达射频天线单元已成功应用于某直升机载雷达产品中，雷达射频天线单元通过支臂10安装在直升机机头部位，应用表明：本发明热控技术及其实现方法合理、可行和适用，能够保证雷达正常工作，并且该散热方式具有散热效率高、可靠性好、重量轻、温度均匀等优点。同时该发明可推广应用于其他军工和民用等产品领域，具有推广应用价值。

Claims (2)

1.一种机载雷达射频单元热控结构，其特征在于：伺服机构（11）固定在支臂（10）上，支架（6）固定在伺服机构（11）上，天线单元（1）固定在支架（6）上，支架（6）下部设计有出风口；第一导流风机罩（2）和第二导流风机罩（9）对称固定在天线单元（1）和支架（6）上，导流风机罩（2）和导流风机罩（9）采用楔形风道结构形式，并在其上、下和两侧面设计有出风口；风机（3）分别安装固定在第一导流风机罩（2）和第二导流风机罩（9）上；电源模块（7）布局在波控机（14）外侧，安装固定在支架（6）上；波控机（14）布局安装在天线单元（1）中部位置，T/R组件（13）对称竖排布局在波控机（14）两侧，通过螺钉与天线单元（1）连接在一起；散热器（12）固定在T/R组件（13）上，在散热器（12）和T/R组件（13）接触面之间增加导热垫（18），在电源模块（7）和波控机（14）的壳体上设计有散热翅片；所述的散热器（12）由底板（19）、上盖板（20）、支板（21）、翅片（22）、辅助支板（23）和热管（24）组装焊接成一个独立的结构体，其中二根热管（24）一端焊接在底板（19）和上盖板（20）之间，另一端与散热片（22）焊接，在上盖板（20）上设计有局部散热翅片，底板（19）与T/R组件（13）连接固定，在底板（19）与T/R组件（13）之间增加导热垫（18），使组件的热量通过导热垫（18）、底板（19）和热管（24）快速传至翅片（22）上，以降低组件器件的温度梯度，支板（21）和辅助支板（23）与翅片（22）焊接在一起，以增加散热器（12）的刚度。
2.根据权利要求1所述的一种机载雷达射频单元热控结构，其特征在于所述的高导热垫（18）型号为TMP35。
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