CN112638131A - 一种无人机载雷达散热结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无人机载雷达散热结构，属于机载电子设备热控制技术领域。将具有较高热流密度、热量相对集中的T/R组件采用独立封闭的翅片式散热结构、将波控板上热源器件的热量通过均温板进行均温并将热量导入前舱风道内，这两者结构上与雷达机箱前舱组成独立散热空间进行独立散热；将综合射频前端具有散热齿的频率综合模块的散热面置入机箱后舱完成模块散热。结合该雷达整机的结构空间特征采用分舱散热，对各单元进行有目的、针对性的并且适应其自身结构特征的热设计工作，通过前后舱单独热设计，实现散热系统的热隔离，大大提升了各热元器件的工作性能和工作寿命，最大限度的降低雷达整机重量和结构布局的复杂度。

Description

一种无人机载雷达散热结构

技术领域

本发明属于机载电子设备热控制技术领域，是采用分舱散热、热管导热、翅片散热和强制风冷相结合的方式对无人机载雷达整机的相关设备进行散热，满足其连续正常工作的需求。

背景技术

在现代战争中，为了提高战场环境中有人直升机安全性和拓展有人直升机的作战范围，关于“有人/无人协同作战的方法”则被不断提及，其主要手段是通过有人机控制无人机前出执行侦察、探测、目标指示、甚至火力精确打击等特种任务。同时，伴随着现代武器系统的技术快速发展，作为未来战争的重要发展对象之一，无人机的快速更新换代也将要求其上装机载侦查雷达设备具有小型化、集成化、系列化、多功能和通用化的特点，其中小型化和高集成化是其最突出的特点，是实现系列化、多功能和通用化的技术基础。

无人机载雷达按系统功能主要分为一体化综合射频前端、数据采集与信号处理模块和供配电模块等。其中一体化综合射频前端作为机载雷达的前端部件，根据总站指令要求完成各种天线波形的发射和接收功能，并将信号传送给数据采集与信号处理，是雷达的核心单元；供配电模块则完成对雷达整机的供电和配电工作。

一体化综合射频前端主要由天线罩、平板天线单元、T/R组件、功分网络模块、波控板和频率综合模块六部分组成，其中T/R组件、波控板和频率综合模块是综合射频前端中的主要发热部件；数据采集与信号处理模块由数据采样板、信号处理板组成；供配电模块则主要由供配电板卡组成；以上各部件散热的好坏是将直接影响雷达整机使用性能。

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，不适用于无人机载雷达。

发明内容

要解决的技术问题

为了解决一体化无人机载雷达中各组成单元热源器件的散热问题，本发明提出一种无人机载雷达散热结构。针对该雷达不同的功能组成提出了“分舱散热、高效热管、专用翅片和强制风冷”相结合的有针对性的散热方案，对该机载雷达主要的发热部件进行散热。

技术方案

一种无人机载雷达散热结构，所述的无人机载雷达包括一体化综合射频前端、数据采集与信号处理模块和供配电与伺服控制模块；其特征在于：雷达机箱划分前舱和后舱，两舱之间设有中间隔板，一体化综合射频前端位于前舱内，在机箱的前舱左右内侧设有散热风机组，一体化综合射频前端位于左右散热风机组之间，通过机箱底部的入风口，通过散热风机组向外抽风将一体化综合射频前端上的热量带出机箱前舱；所述的数据采集与信号处理模块和供配电与伺服控制模块位于后舱内，所述的数据采集与信号处理模块包括左右布局的数据采样板和信号处理板，数据采样板一侧依次为数据采样冷板和第一翅片，信号处理板一侧依次为信号处理冷板和第二翅片，上述模块采用集成化设计，在数据采集与信号处理模块下设有第一风机；所述的供配电与伺服控制模块包括上下布局的供配电模块和伺服控制模块，供配电模块和伺服控制模块之间设有散热齿，供配电模块靠近数据采集与信号处理模块一侧上设有第二风机，后舱风道包括两条：第一条风道为从后舱安装供配电与伺服控制模块的一侧壁经供配电与伺服控制模块、第二风机、数据采集与信号处理模块后从机箱的另一侧排出；另一条风道为从机箱底部进入经过数据采集与信号处理模块后从机箱的另一侧排出。

本发明技术方案更进一步的说：所述的一体化综合射频前端的后端设有局部散热齿。

本发明技术方案更进一步的说：所述的数据采样板、信号处理板上的热源器件下设有导热衬垫。

本发明技术方案更进一步的说：在所述的数据采样冷板上焊接有高效热管。

有益效果

本发明结合该雷达整机的结构空间特征，对各组成单元进行有目的、针对性的并且适应其自身结构特征的热设计工作，通过将雷达分为前、后舱的形式对不同功能模块进行单独热设计，实现散热系统的热隔离，大大提升了各热元器件的工作性能和工作寿命。采用分舱散热的布局形式使得机箱与各设备在结构设计时自成风道，最大限度的降低雷达整机重量和结构布局的复杂度。

本发明是基于“分舱散热、高效热管、专用翅片和强制风冷”相结合的“组合热控”散热技术方案。散热效率高、可靠性好、重量轻、温度均匀等优点。可使电子设备中热流密度较高的T/R组件和数据采集与信号处理模块的热量能够迅速散出，同时兼顾功分网络模块、波控板、频率综合模块和供配电与伺服控制模块等热流密度较小模块的散热需求，减小雷达整机尺寸的同时便于各部件之间的电缆布线，提高了信号传输的可靠性。

结合该雷达整机的结构空间特征采用分舱散热，对各单元进行有目的、针对性的并且适应其自身结构特征的热设计工作，通过前后舱单独热设计，实现散热系统的热隔离，大大提升了各热元器件的工作性能和工作寿命，最大限度的降低雷达整机重量和结构布局的复杂度。

采用整体封装为具有独立散热能力的整体式数据采集及数据处理模块，将其布局于雷达机箱后舱组成独立散热空间进行独立散热；采用高效热管、专用翅片式及独立风机组的结构组成方式实现散热设计方案，其具备在脱离雷达整机后进行满负载独立调试的功能。

与现有技术相比，本发明采用“分舱散热、高效热管、专用翅片和强制风冷”相结合的“组合热控”散热方案，具有如下特点：

1)该方式有效减小整机尺寸和重量；

2)前后舱分离散热的散热方式具有高散热效率，高可靠的特点；

3)与现有常见的散热方式相比，各组成散热结构相对独立，具有较强的环境适应能力，可进行独立调试，各组成模块体积小、重量轻。

附图说明

图1本发明雷达整机组成示意图

图2-a、图2-b本发明雷达机箱分舱示意图

图3本发明雷达机箱前舱、后舱布局示意图

图4本发明雷达机箱前舱风道流向示意图

图5本发明雷达机箱后舱风道流向示意图

图6本发明一体化综合射频前端结构示意图

图7本发明整体式数据采集及数据处理模块结构示意图

图8本发明整体式数据采集及数据处理模块专用散热器结构示意图

图9本发明供配电与伺服模块结构示意图

图10本发明前舱风机机组结构示意图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明结合一体化综合射频前端的结构特征：将具有较高热流密度、热量相对集中的T/R组件采用独立封闭的翅片式散热结构、将波控板上热源器件的热量通过均温板进行均温并将热量导入前舱风道内，这两者结构上与雷达机箱前舱组成独立散热空间进行独立散热；将综合射频前端具有散热齿的频率综合模块的散热面置入机箱后舱完成模块散热。

根据雷达整机结构布局要求，将具有较高热流密度的数据采集板与信号处理板采用整体封装为具有独立散热能力的整体式数据采集及数据处理模块，将其布局于雷达机箱后舱组成独立散热空间进行独立散热。板卡结构上采用背靠背式快速互联，由于空间限制，为了满足散热要求，将板卡热源面分别与设计有高效热管、专用翅片式的专用散热冷板贴合，将器件热量传导至冷板，最终通过安装在模块壳体底部的风机带走热量，继而实现对于整体式数据采集及数据处理模块的散热。同时，该整体式数据采集与信号处理模块也将具备在脱离雷达整机后进行满负载独立调试的功能。将具有独立散热能力的供配电模块安装在雷达机箱后舱进行独立散热，其热量将通过后舱风道排出机箱。

参照附图，对本发明“分舱散热、高效热管、专用翅片和强制风冷”相结合的“组合热控”散热结构的具体实施方式进行详细叙述。本发明在某无人直升机载平台上应用，通过6个M5的孔螺栓安装于空间狭小的机头舱内，无人机机舱设置有通风散热出/入口。

参见图1、图2和图3，本发明涉及的“组合热控”的散热结构中所述“分舱散热”将雷达机箱1划分为图2中阴影部分前舱23和图2中非阴影部分后舱24，对该雷达相应电子设备进行独立散热。所述的“分舱散热”的“分舱”，是将雷达机箱1内部空间由中间隔板25和跨越两舱的频率综合器6的结构体划分为前舱23和后舱24，前舱23、后舱24通过结构布局组成各自的通风散热风道，继而组成前舱23和后舱24强制风冷式散热系统，以完成对各舱内电子设备的散热工作。

参见图4，所述的前舱23散热系统包含机箱前舱23及其前舱风道42、一体化综合射频前端2和前舱23散热风机组3。该散热系统旨在将一体化综合射频前端2中除频率综合模块6外其余设备所产生的热量排出机箱1，完成前舱内电子设备的散热。散热风机组3位于机箱1的左右内侧，一体化综合射频前端2位于左右散热风机组3之间，通过底部的入风口30，通过前舱散热风机组3向外抽风将热密度较高的T/R组件9、功分网络模块10和波控板11上的热量带出机箱1的前舱23。

参见图5、图7，所述的后舱散热系统主要包含机箱1后舱24及其后舱风道43、数据采集与信号处理模块4和供配电与伺服控制模块5。该散热系统旨在将频率综合模块6、具有高效散热的数据采集与信号处理模块4和供配电与伺服控制模块5所产生的热量排出机箱1，完成后舱24各电子设备的散热。

参见图3、图4及图6，一体化综合射频前端2为层叠式高集成化的设计方式，由天线罩7、平板天线单元8、T/R组件9、功分网络模块10、波控板11和频率综合模块6六部分组成。各组成之间通过螺钉进行层级互联，将4个T/R组件9通过螺钉28安装在平板天线单元后侧，功分网络模块10和波控板11分别通过螺钉29安装于T/R组件9后侧，频率综合模块6通过螺钉26固定于TR组件9和功分网络模块10的后侧。通过合理布局与机箱1前舱入风口30和出风口31组成完整的前舱风道，通过前舱散热风机组3向外抽风将热密度较高的T/R组件9、功分网络模块10和波控板11上的热量带出机箱1前舱23。

参见图5、图7及图8，数据采集与信号处理模块4采用集成化设计，由数据采样板12、信号处理板13、数据采样板冷板14、信号处理板冷板27、风机15和外壳16组成。其中数据采样板12与信号处理板13通过螺钉32安装于外壳16上，并通过盲插连接器33进行电气互联；数据采集板12及信号处理板13的数据采样板冷板14、信号处理板冷板27分别通过螺钉34安装于外壳16上，板卡热源器件与数据采样板冷板14、信号处理板冷板27之间增加了导热衬垫35，最终实现器件与冷板14的紧密贴合，从而实现数据采样板12及信号处理板13的散热；2个风机15通过螺钉36安装于外壳16底部，与数据采样板冷板14和信号处理板冷板27的外侧翅片17、外侧翅片39形成数据采集与信号处理模块4的散热系统；所述的冷板14上焊接有高效热管18，并采用专用翅片17以提高散热能力。为了增强对数据采集与信号处理模块4的散热能力，特将后舱24的入风口37位置设置于数据采集与信号处理模块4下方风机15对应位置。

参见图6，由于频率综合模块6热流密度较小，在频率综合模块6所处的后舱24对应面上设计有局部散热齿19，以提高散热效果。

参见图5、图9，供配电与伺服控制模块5安装于机箱1后舱24，由供配电模块20和伺服控制模块21组成，两个模块上器件的热流密度较小，仅需进行通风换热即可，其热量通过铝合金外壳传导至模块之间的散热齿22上，最终由安装于供配电与伺服控制模块5侧壁的风机40排入机箱1的后舱24，并经过后舱24出风口38排出机箱1外部以完成散热。

参见图2、图4，机箱1的前舱23、一体化综合射频前端2、入风口30和出风口31组成机箱1的前舱23的前舱风道42。

参见图2、图5，机箱后舱24与入风口37、入风口41和出风口38组成机箱1的后舱24的后舱风道43。

通过这种“分舱散热、高效热管、专用翅片和强制风冷”相结合的“组合热控”散热结构，可使热流密度较高的T/R组件9和数据采集与信号处理模块4的热量能够迅速散出，同时兼顾功分网络模块10、波控板11、频率综合模块6和供配电与伺服控制模块5等热流密度较小模块的散热需求，使雷达整机达到正常的工作温度要求，在节省了整机布局空间的同时更便于各部件之间的电缆布线和信号传输的可靠性。

依据本发明一种无人机载雷达散热结构所设计的某无人机载雷达已成功应用于某直升机载雷达产品中，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。

Claims (4)

1.一种无人机载雷达散热结构，所述的无人机载雷达包括一体化综合射频前端(2)、数据采集与信号处理模块(4)和供配电与伺服控制模块(5)；其特征在于：雷达机箱(1)划分前舱(23)和后舱(24)，两舱之间设有中间隔板(25)，一体化综合射频前端(2)位于前舱(23)内，在机箱(1)的前舱(23)左右内侧设有散热风机组(3)，一体化综合射频前端(2)位于左右散热风机组(3)之间，通过机箱(1)底部的入风口(30)，通过散热风机组(3)向外抽风将一体化综合射频前端(2)上的热量带出机箱(1)前舱(23)；所述的数据采集与信号处理模块(4)和供配电与伺服控制模块(5)位于后舱(24)内，所述的数据采集与信号处理模块(4)包括左右布局的数据采样板(12)和信号处理板(13)，数据采样板(12)一侧依次为数据采样冷板(14)和第一翅片(17)，信号处理板(13)一侧依次为信号处理冷板(27)和第二翅片(39)，上述模块采用集成化设计，在数据采集与信号处理模块(4)下设有第一风机(15)；所述的供配电与伺服控制模块(5)包括上下布局的供配电模块(20)和伺服控制模块(21)，供配电模块(20)和伺服控制模块(21)之间设有散热齿(22)，供配电模块(20)靠近数据采集与信号处理模块(4)一侧上设有第二风机(40)，后舱风道包括两条：第一条风道为从后舱安装供配电与伺服控制模块(5)的一侧壁经供配电与伺服控制模块(5)、第二风机(40)、数据采集与信号处理模块(4)后从机箱的另一侧排出；另一条风道为从机箱底部进入经过数据采集与信号处理模块(4)后从机箱的另一侧排出。

2.根据权利要求1所述的一种无人机载雷达散热结构，其特征在于所述的一体化综合射频前端(2)的后端设有局部散热齿(19)。

3.根据权利要求1所述的一种无人机载雷达散热结构，其特征在于在所述的数据采样板(12)、信号处理板(13)上的热源器件下设有导热衬垫(35)。

4.根据权利要求1所述的一种无人机载雷达散热结构，其特征在于在所述的数据采样冷板(14)上焊接有高效热管(18)。

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