CN113286490B - 一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统 - Google Patents

一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统，包括：球罩盖板、天线罩、伺服机构、天线框架、电源、天线、系统控制盒、电子设备支架、电子设备、散热器、风机、温度传感器和加热膜；球罩盖板盖合天线罩的开口；伺服机构上部穿过球罩盖板安装在飞艇腹部，下部连接天线框架和天线；电源、系统控制盒、电子设备支架、电子设备、散热器、风机均安装在天线框架上；温度传感器布置在天线的周围；加热膜贴在预设的加热膜区域；系统控制盒根据温度传感器的监测数据控制风机和加热膜工作。该热控系统结构简单、体积小、重量轻，可随天线转动，尤其适用于轻小型的飞艇雷达。

Description

一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统。
背景技术
对流层向上到50km左右的大气层称为平流层，全球平流层的下部大气温度随着高度的变化较为缓慢，且平流层内大气非常稳定，能够保证采用动力推进和控制系统的飞行器长期稳定的工作，非常适合浮空类慢速飞行器飞行和工作。其中飞艇就是目前在平流层进行定点和长期工作的一类浮空飞行器。
平流层飞艇雷达载荷一般放在球罩内，球罩悬挂于飞艇的腹部。雷达载荷主要包括天线和电子设备，雷达在工作时会发出大量热量，需要进行散热，以确保设备能正常工作。而在平流层空域，现有的大气温度在-32℃～-83℃，对于雷达的工作温度一般在-20℃附近，又需要对雷达罩内环境进行加热，以达到雷达电子设备工作的环境温度要求。
轻小型飞艇雷达除了实现要求的电气性能外，又对雷达的体积和重量有着严格的要求，同时需要实现雷达天线阵面的转动。而现有的平流层载荷舱的热控系统结构复杂、体积以及重量较大，且热控系统不能随着天线随动，都不太适用于轻小型的飞艇雷达。在20km高空中，空气气压只有5kpa左右，温度最低到-83℃，雷达载荷的热控系统需要同时满足设备散热和保温、及系统的低气压工作，设计难度大。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术存在的问题，提供一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统。
为解决上述技术问题，本发明实施例提供一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统，包括：球罩盖板、天线罩、伺服机构、天线框架、电源、天线、系统控制盒、电子设备支架、电子设备、散热器、风机、温度传感器和加热膜；
所述球罩盖板盖合所述天线罩的开口；所述伺服机构上部穿过所述球罩盖板安装在飞艇腹部，下部连接天线框架和天线；所述电源、系统控制盒、电子设备支架、电子设备、散热器、风机均安装在所述天线框架上；所述温度传感器布置在所述天线的周围；所述加热膜贴在预设的加热膜区域；所述系统控制盒根据所述温度传感器的监测数据控制所述风机和加热膜工作。
本发明的有益效果是：通过在天线框架上设置散热器和风机，实现高发热量设备的散热，并通过空气将热量带到罩内的其他区域，且通过天线罩实现罩内设备的保温，通过设备表面贴加热膜进行加热，以达到设备工作的环境温度，该热控系统结构简单、体积小、重量轻，可随天线转动，有利于控制罩内温度的均匀性，尤其适用于轻小型的飞艇雷达，利用系统控制盒监测和控制散热、加热系统，较好的解决了不同工作状态下的轻小型艇载雷达的热控问题；满足轻小型飞艇雷达的热控需求的同时具有较高的可靠性。
在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
进一步，包括多组散热器和多个风机；所述天线固定在所述天线框架的底部；所述电子设备支架固定在所述天线框架的一侧，所述电子设备固定在所述电子设备支架上，所述多组散热器铺设在所述电子设备上，所述多个风机排列固定在所述多组散热器上。
采用上述进一步方案的有益效果是，可以利用不同风机和散热器解决不同发热量的组件散热问题，同时可根据外部气温的变化调节风机的开启数量，调节设备的工作温度，以满足设备工作的温度要求。
进一步，所述电源和所述系统控制盒固定在所述天线框架的上表面。
进一步，所述预设的加热膜区域包括伺服机构、电源、系统控制盒和电子设备的表面。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过在伺服机构、电源、系统控制盒和电子设备的表面贴加热膜，在低温环境下，可通过加热膜对上述设备进行加热，以达到各设备的工作温度，使飞艇雷达能够正常工作。
进一步，所述系统控制盒通过温度传感器监测天线罩内各设备温度及罩内温度，根据监测结果控制开启所述风机的数量，电子设备发出的热量传递到所述散热器上，通过所述风机抽风将热量带到所述天线罩内；当所有风机均开启时仍无法满足天线罩内各设备的工作温度时，控制所述加热膜对所述预设的加热膜区域进行加热。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过系统控制盒对罩内各设备温度及罩内温度进行监测，控制散热系统中风机的开机数量，解决了不同环境温度下的大功率电子设备的散热问题。该热控系统结构紧凑，控制逻辑简单，控制方便，同时适应艇载雷达复杂多样的工作环境，系统可靠性高。
进一步，当所述平流层飞艇雷达在高空低温下开机工作前，所述系统控制盒通过所述加热膜对所述预设的加热膜区域进行加热，通过所述温度传感器监测天线罩内各设备温度，当所述各设备温度达到预设工作温度时，控制雷达开机工作，同时控制所述加热膜停止加热。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过系统控制盒控制雷达加热系统，解决了小型雷达的低温加热启动问题。该热控系统结构紧凑，控制逻辑简单，控制方便，同时适应艇载雷达复杂多样的工作环境，系统可靠性高。
进一步，所述系统控制盒通过所述加热膜以最大的加热功率对所述预设的加热膜区域进行加热。
进一步，所述天线罩的导热系数为0.01～0.005W/(m·k)。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过低导热系数的天线罩的被动散热系统提高了雷达系统的保温性。
进一步，所述风机采用J54FZW59-32系列航空机载风机。
采用上述进一步方案的有益效果是，该系列航空机载风机体积小、重量轻，尤其适合低气压环境下工作。
进一步，所述散热器采用SRX DQ散热器。
采用上述进一步方案的有益效果是，通过采用高性能的J54FZW59-32系列航空机载风机和SRX DQ散热器的组合，解决20km高密度电子设备的散热问题，又同时降低设备重量。
本发明附加的方面及其优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。
附图说明
图1为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的外部结构示意图；
图2为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的内部结构示意图；
图3为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的原理示意图；
图4为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的散热系统结构图；
图5为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的温度传感器示意图；
图6为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的内部结构示意图；
图7为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统外部剖视；
图8为本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统的加热膜区域示意图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1.球罩盖板，2.天线罩，3.伺服机构，4.天线框架，5.电源，6.天线，7.系统控制盒，8.电子设备支架，9.电子设备，10.散热器，11.风机，12.温度传感器，13.预设的加热膜区域
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1、2、5、6、7所示，本发明实施例提供的一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统，包括：球罩盖板1、天线罩2、伺服机构3、天线框架4、电源5、天线6、系统控制盒7、电子设备支架8、电子设备9、散热器10、风机11、温度传感器12和加热膜。
所述球罩盖板1盖合所述天线罩2的开口；所述伺服机构3上部穿过所述球罩盖板1安装在飞艇腹部，下部连接天线框架4和天线6；所述电源5、系统控制盒7、电子设备支架8、电子设备9、散热器10、风机11均安装在所述天线框架4上；所述温度传感器12布置在所述天线6的周围；所述加热膜贴在预设的加热膜区域；所述系统控制盒7根据所述温度传感器12的监测数据控制所述风机11和加热膜工作。
上述实施例中，平流层飞艇雷达的主被动热控系统的原理示意图如图3所示。通过在天线框架上设置散热器和风机，实现高发热量设备的散热，并通过空气将热量带到罩内的其他区域，且通过天线罩实现罩内设备的保温，通过设备表面贴加热膜进行加热，以达到设备工作的环境温度，该热控系统结构简单、体积小、重量轻，可随天线转动，有利于控制罩内温度的均匀性，尤其适用于轻小型的飞艇雷达，利用系统控制盒监测和控制散热、加热系统，较好的解决了不同工作状态下的轻小型艇载雷达的热控问题；满足轻小型飞艇雷达的热控需求的同时具有较高的可靠性。
可选地，如图2和图4所示，平流层飞艇雷达的主被动热控系统可以包括多组散热器10和多个风机11；所述天线6固定在所述天线框架4的底部；所述电子设备支架8定在所述天线框架4的一侧，所述电子设备9固定在所述电子设备支架8上，所述多组散热器10铺设在所述电子设备9上，所述多个风机11排列固定在所述多组散热器10上。可以利用不同风机和散热器解决不同发热量的组件散热问题，同时可根据外部气温的变化调节风机的开启数量，调节设备的工作温度，以满足设备工作的温度要求。
如图2所示，平流层飞艇雷达的主被动热控系统中，所述电源5和所述系统控制盒7固定在所述天线框架4的上表面。
可选地，如图8所示，所述预设的加热膜区域13可以包括伺服机构3、电源5、系统控制盒7和电子设备9的表面。通过在伺服机构、电源、系统控制盒和电子设备的表面贴加热膜，在低温环境下，可通过加热膜对上述设备进行加热，以达到各设备的工作温度，使飞艇雷达能够正常工作。
可选地，所述系统控制盒7通过温度传感器12监测天线罩内各设备温度及罩内温度，根据监测结果控制开启所述风机11的数量，电子设备9发出的热量传递到所述散热器10上，热量通过所述风机11抽风将热量带到所述天线罩2内；当所有风机均开启时仍无法满足天线罩内各设备的工作温度时，控制所述加热膜13对所述预设的加热膜区域进行加热。通过控制盒对罩内各设备温度及罩内温度进行监测，控制散热系统中风机的开机数量，解决了不同环境温度下的大功率电子设备的散热问题。该热控系统结构紧凑，控制逻辑简单，控制方便，同时适应艇载雷达复杂多样的工作环境，系统可靠性高。
可选地，当所述平流层飞艇雷达在高空低温下开机工作前，所述系统控制盒7通过所述加热膜13对所述预设的加热膜区域进行加热，通过所述温度传感器12监测天线罩2内各设备温度，当所述各设备温度达到预设工作温度时，控制雷达开机工作，同时控制所述加热膜13停止加热。通过系统控制盒控制雷达加热系统，解决了小型雷达的低温加热启动问题。该热控系统结构紧凑，控制逻辑简单，控制方便，同时适应艇载雷达复杂多样的工作环境，系统可靠性高。
可选地，所述系统控制盒7通过所述加热膜13以最大的加热功率对所述预设的加热膜区域进行加热。
可选地，所述天线罩2的导热系数为0.01～0.005W/(m·k)。所述风机11采用J54FZW59-32系列航空机载风机。所述散热器10采用SRX DQ散热器。
所述飞艇雷达的被动热控系统主要包括天线罩，在满足电磁波性能下，采用保温效果好的低导热系数的材料制作，各电子设备采用在低温下性能好、可靠性高的电子器件。所述天线罩外部的最低气温为-83℃，天线罩导热系数在0.01～0.005W/(m·k)，实现罩内各设备的保温。
所述飞艇雷达的主动热控系统主要包括散热系统和加热系统。所述散热系统主要包括电子设备，电子设备安装支架、J54FZW59-32系列航空机载风机。在雷达正常工作时，电子设备将产生大量的热量，需要将电子设备的热量通过SRX DQ散热器导出，通过J54FZW59-32系列航空机载风机抽风将热量带到球罩内，以保证电子设备工作温度低于最大允许的工作温度值。所述加热系统主要包括加热膜和电源。飞艇外部环境温度较低，电子设备、伺服机构、天线、电源和控制盒等设备在低温-83℃下无法正常工作，需要对各设备进行加热。所示加热系统需要在各设备表面贴上加热膜，在低温下以最大的加热功率先开启一段时间的加热，当各设备达到工作温度时，停止加热，雷达开机工作。
热控系统主要利用布置在各设备周围的温度传感器监测温度，判断雷达此时的工作状态，通过系统控制盒控制J54FZW59-32系列航空机载风机开启及加热时间，满足雷达飞艇内的环控要求。
一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统根据雷达不同的工作状态可分为两种工作模式。第一种工作模式，雷达在地面常温下开机工作，飞艇从地面开始爬升。系统控制盒7通过温度传感器12监测各设备及罩内温度，此时只需要通过控制盒开启J54FZW59-32系列航空机载风机对电子设备进行散热，电子设备将热量传递到SRX DQ散热器，J54FZW59-32系列航空机载风机抽风将热量带到罩内，天线转动带动J54FZW59-32系列航空机载风机转动，罩内的温度相对均匀，飞艇在爬升的过程中，雷达罩通过对流将罩内多余的热量散出。飞艇到达工作高度时，随着飞艇工作地区发生变化，外部环境温度发生变化，通过雷达内部布置的温度传感器进行检测，通过控制盒调节J54FZW59-32系列航空机载风机开启数量控制电子设备工作和环境温度，满足电子设备和其他重点设备工作的正常温度要求。
第二种工作模式，飞艇在工作高度上巡航，雷达不工作，各设备温度与外环境的温度一致，天线罩2外温度低于伺服机构3、电源5、系统控制盒7、电子设备9的工作温度，雷达在高空低温下开机工作，需要通过系统控制盒7控制加热膜对各设备进行加热。先需要通过控制盒控制加热系统给各设备加热，通过罩内布置的温度传感器进行监测，当各设备温度达到工作温度时，雷达开机工作，同时加热停止。
雷达工作时罩内温度相对稳定，但随着飞艇工作地区发生变化，天线罩2外环境温度发生剧烈变化，系统控制盒7通过通过雷达布置的温度传感器12进行温度监测，通过系统控制盒7调节J54FZW59-32系列航空机载风机11开启数量控制电子设备9的工作温度，满足电子设备9工作的正常温度要求。特别的，当飞艇遇到极限低温时，J54FZW59-32系列航空机载风机吹出的热风不足以持续加热其他设备使其达到工作温度时，系统控制盒通过传感器监测各设备温度，进行动态调节，同时开启加热系统和散热系统，使系统的散热和加热功能同时工作，以满足雷达正常工作的环境温度要求。
一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统在工作时，通过温度传感器12监测雷达各设备工作温度，通过系统控制盒7控制J54FZW59-32系列航空机载风机11和加热膜13，开启雷达散热系统和加热系统的工作和管理，实现天线罩2内温度的动态调节，以满足雷达正常工作的环境温度要求。
上述实施例中，通过采用高性能的J54FZW59-32系列航空机载风机和SRX DQ散热器的组合，解决20km高密度电子设备的散热问题，又同时降低设备重量。通过系统控制盒根据雷达内温度,低温下控制加热膜的开启，解决雷达在低温下启动问题；同时通过系统控制盒控制J54FZW59-32系列航空机载风机的开启个数，利用伺服转动，控制雷达内部的温度均匀性。本热控系统结构简单，控制逻辑清晰，满足轻小型飞艇雷达的热控需求的同时具有较高的可靠性。
本发明实施例提供的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，采用主被动的热控系统，通过低导热系数的天线罩的被动散热系统提高了雷达系统的保温性。利用系统控制盒监测和控制散热、加热系统，较好的解决了不同工作状态下的轻小型艇载雷达的热控问题。通过控制盒对雷达各设备及罩内温度进行监测，控制散热系统中的J54FZW59-32系列航空机载风机的开机数量，解决了不同环境温度下的大功率电子设备的散热问题。通过控制雷达加热系统，解决了小型雷达的低温加热启动问题。该热控系统结构紧凑，控制逻辑简单，控制方便，同时适应艇载雷达复杂多样的工作环境，系统可靠性高。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，包括：球罩盖板(1)、天线罩(2)、伺服机构(3)、天线框架(4)、电源(5)、天线(6)、系统控制盒(7)、电子设备支架(8)、电子设备(9)、散热器(10)、风机(11)、温度传感器(12)和加热膜；
所述球罩盖板(1)盖合所述天线罩(2)的开口；所述伺服机构(3)上部穿过所述球罩盖板(1)安装在飞艇腹部，下部连接天线框架(4)和天线(6)；所述电源(5)、系统控制盒(7)、电子设备支架(8)、电子设备(9)、散热器(10)、风机(11)均安装在所述天线框架(4)上；所述温度传感器(12)布置在所述天线(6)的周围；所述加热膜贴在预设的加热膜区域；所述系统控制盒(7)根据所述温度传感器(12)的监测数据控制所述风机(11)和加热膜工作；
所述系统控制盒(7)通过温度传感器(12)监测天线罩内各设备温度及罩内温度，根据监测结果控制开启所述风机(11)的数量，电子设备(9)发出的热量传递到所述散热器(10)上，通过所述风机(11)抽风将热量带到所述天线罩(2)内；当所有风机均开启时仍无法满足天线罩内各设备的工作温度时，控制所述加热膜(13)对所述预设的加热膜区域进行加热。
2.根据权利要求1所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，包括多组散热器(10)和多个风机(11)；所述天线(6)固定在所述天线框架(4)的底部；所述电子设备支架(8)固定在所述天线框架(4)的一侧，所述电子设备(9)固定在所述电子设备支架(8)上，所述多组散热器(10)铺设在所述电子设备(9)上，所述多个风机(11)排列固定在所述多组散热器(10)上。
3.根据权利要求1所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，所述电源(5)和所述系统控制盒(7)固定在所述天线框架(4)的上表面。
4.根据权利要求1所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，所述预设的加热膜区域包括伺服机构(3)、电源(5)、系统控制盒(7)和电子设备(9)的表面。
5.根据权利要求1至4任一项所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，当所述平流层飞艇雷达在高空低温下开机工作前，所述系统控制盒(7)通过所述加热膜(13)对所述预设的加热膜区域进行加热，通过所述温度传感器(12)监测天线罩(2)内各设备温度，当所述各设备温度达到预设工作温度时，控制雷达开机工作，同时控制所述加热膜(13)停止加热。
6.根据权利要求5所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，所述系统控制盒(7)通过所述加热膜(13)以最大的加热功率对所述预设的加热膜区域进行加热。
7.根据权利要求1至4任一项所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，所述天线罩(2)的导热系数为0.01～0.005W/(m·k)。
8.根据权利要求1至4任一项所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，所述风机(11)采用J54FZW59-32系列航空机载风机。
9.根据权利要求1至4任一项所述的平流层飞艇雷达的主被动热控系统，其特征在于，所述散热器(10)采用SRX DQ散热器。
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