CN114035160A - 一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构，采用两个独立的风道，独立风道I单独完成热耗较小的信处、微波模块、波控电源的散热；独立风道II独立完成热耗以及热密度很大的TR组件的散热。由于雷达需具备频繁拆卸后板的使用性，独立风道II需采取独特的螺纹预紧力配合密封绳双面压紧的结构形式处理可拆卸的多腔体耦合风道引起的多层密封难题。雷达机箱内各分***通过导热衬垫贴附在密封风道I和II的外表面，以较低的热阻以热传导的方式将热量传递到风道I和II的内表面的散热翅片，通过风机对流将热量带走。解决了在高热密度环境下的雷达各分机的集成设计与散热难题。
Description
技术领域
本发明属于机械和电路两个领域，涉及一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构。
背景技术
某光电和雷达***要完成对侦察监视任务区域内地面人员、车辆以及低空飞行目标的探测、跟踪、分类识别，测定目标距离、方位、速度等参数。完成边境一线全天候值守、监视和管控。雷达***既可独立完成探测信号的定向辐射及目标回波信号处理、目标的搜索、跟踪与识别，也可引导光电***39实施联合探测。由于侦察需要，光电和雷达均需要方位360度周圈能够旋转；同时根据阵地的作战需求，雷达需俯仰倾斜一定的角度，并可靠锁定的停止在任意方位与俯仰位置。由于雷达的全天候值守，必然要求其具备良好的环境适应性。机箱结构采用密封设计，雷达内整机的功耗约1200W，将如此大的热功耗密封在上述内腔内，将热量及时排除是设计的难题。由于雷达的天线波束主瓣方向超下2度，对于不同的架设高度，雷达应具备不同的俯仰角。但是由于雷达安装阵地高度不同，不可能对每种不同的架设高度，单独设计长度不同的俯仰固定支撑架。此时需要用通用的一种俯仰支架，完成不同高度阵地时，不同俯仰角度的架设。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决在高热密度环境下的雷达各分机的集成设计与散热难题，本发明提出一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构。
技术方案
一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构，其特征在于包括机箱为前后两个腔体，其中前腔体内安装天线和TR组件，后腔体内集成设计安装信处18、微波模块、波控；采用两个独立的散热风道I和II，将热量与热密度较大的TR组件独立进行散热，使其不影响散热量较小的信处、微波模块、波控；所述的独立风道I由箱体上风道结构腔以及TR风道冷板盒、TR风道密封板、TR风道密封板垫、风机安装盒组成，TR组件通过柔性导热衬垫安装贴附在独立密封的风道I的TR风道密封板的外表面上；所述的独立风道II由后端安装板与箱体的下风道结构腔组成，微波模块、波控、信处安装在后端安装板的表面上；雷达机箱通过俯仰安装支架完成俯仰角度的倾斜，所述的俯仰安装支架包括丝杠、套筒、压环、弹簧、限位环、转动轴套和轴端挡圈，限位环安装固定在丝杠梯形螺纹的末端，转动轴套一端是短轴，其上套装弹簧；转动轴套通过压环与轴端挡圈固定在套筒上。
采用风机环与风机安装盒之间螺纹旋紧力双面压紧后板以及密封绳的方法既能完成后板的拆卸又能实现风道I过穿后板时，多个腔体耦合时的电磁密封与水汽密封难题。
采用弹簧压缩力产生梯形丝杠所需的螺纹预紧力和防松力，采用限位环的外径小于梯形螺纹的内径进行伸长长度最大时的限位，同时避免丝杠与套筒的分离脱落；采用转动轴套深入弹簧的短杆端面与限位环的接触实现缩短长度最短时的限位，并采用轴端挡圈完成转动轴套在套筒上的轴向固定，此时转动轴套和套筒之间只有相对的旋转运动。
有益效果
本发明提出的一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构，该雷达箱体结构解决了在高热密度环境下的雷达各分机的集成设计与散热难题。该多腔体耦合散热风道相互独立，实现了不同功耗***的独立散热，增强了整机高温下的工作能力。密封的结构形式增强了雷达在恶劣环境下的工作能力，保证了全天候的工作模式。通用的俯仰支撑架便捷的实现了雷达在不同架设场地俯仰姿态的调整，降低了雷达总体结构的成本，并且高可靠、精准地实现了雷达工作时俯仰调整功能。
实现了雷达在长期无人值守环境下的高可靠性工作，解决了雷达内部TR组件、波控电源板、信处、微波模块的散热难题，增强整机的高低温、湿热、盐雾、砂尘以及EMC等环境适应性，同时兼顾雷达站俯仰架设时的便捷性。
雷达机箱采用密封的结构形式，内部有两个独立的风道。独立风道I单独完成热耗较小的信处、微波模块、波控电源的散热；独立风道II独立完成热耗以及热密度很大的TR组件的散热。由于雷达需具备频繁拆卸后板的使用性，独立风道II需采取独特的螺纹预紧力配合密封绳双面压紧的结构形式处理可拆卸的多腔体耦合风道引起的多层密封难题。雷达机箱内各分***通过导热衬垫贴附在密封风道I和II的外表面，以较低的热阻以热传导的方式将热量传递到风道I和II的内表面的散热翅片，通过风机对流将热量带走。
雷达俯仰采用通用的可调俯仰支撑架实现，俯仰支架的伸缩功能靠丝杠和套筒的梯形螺纹螺旋副产生的直线运动产生。俯仰支撑架为完全手动调节，方便快捷，同时具备最长与最短位置的限位功能。套筒内部安装有压缩弹簧，弹簧压缩力可实现螺纹的预紧以及防松。具备伸缩功能的俯仰支撑架与旋转铰链组成连杆滑块机构。支撑杆的伸缩产生的直线运动，直线运动副的移动带来铰链旋转副的旋转，从而完成俯仰调整功能。
附图说明
图1为多腔体耦合密封散热风道主视图
图2多腔体耦合密封散热风道俯视剖视图
图3为多腔体耦合密封散热风道左侧剖视图
图4为独立风道I组成细节及结构图
图5为旋转铰链与风机环细节图
图6为通用俯仰支撑架图
图7为雷达***与光电***集成安装图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
雷达机箱总体结构采用一体化设计技术，将天线与TR组件一体化设计，减少合并了不必要的电缆连接，这些分***独立设计成雷达前端，雷达前端独立安装在收发机箱的前腔，信号处理与微波、波控电源板独立安装在收发机箱的后腔。天线收发箱体采用密封集成风道散热技术。集成散热风道内合并了信处、TR组件、波控与微波的散热翅片，采用统一翅片进行散热，在很大程度上减少了翅片的重量。密封的风道散热技术不但增大了***对外的换热效率，同时各分***均处于不和外界接触，增强了自身的环境适应性和电磁兼容性。
收发箱体内部发热量较大，峰值热量接近1200W，远远大于传统的战场侦察雷达。且TR组件热密度较高，存在较大的散热要求。考虑到电磁兼容性、环境适应性要求，机箱需进行密封设计。综合考虑后，总体机箱采用多耦合腔体密封散热风道技术，该技术综合采用传导、对流散热技术，在密封环境下解决了高热密度电子设备的散热难题。
由于TR组件热量很大，所以采用两个独立的风道进行散热，独立风道I单独进行TR散热，从机箱顶部进风，独立风道II进行后端各模块的散热，独立风道II从机箱两侧端进风，底端出风，并采用中空共轭结构。考虑到TR风道的出风口热量较大，后盖板采用铝板与蜂窝复合材料综合成型，兼顾电磁兼容与绝热的效果。为增强散热性，独立风道I的散热齿材料应为导热系数较高的铜材料。
两风道彼此密封且相互独立，TR组件冷却风道(独立风道I)入口位于机箱顶部，出口位于机箱中部，波控、信处与微波的风道(独立风道II)入风口在机箱左侧、出风口在机箱右。两风道进风口设计有百叶窗式的进风板，独立风道II进风口底部开有排雨水槽，外界冷却流经左右侧板百叶窗，过滤掉沙尘以及水，独立风道II的冷却气体经左右风道入口进入机箱的内风道腔。此时前腔的TR组件的热量，后腔波控机、信号与信息处理分***以及微波分***的热量，均通过风道外壁以热传导的方式以较低的热阻传递到风道内壁的散热翅片上，强迫风冷冷却流通过翅片表面，将热量带走。两个中空风道的冷却流与雷达中的设备都没有接触，收发箱体内的所有元器件以及分***均处于密封的环境下，解决了防雨防尘以及电磁兼容的要求。收发机箱箱体为中空密封散热腔体，密封散热风道内钎焊有轻质散热翅片，优化设计后的中空散热密封风道，合理的分配了冷却流，散热效率高。
风道I需要穿过频繁拆卸的后盖板，这给密封风道的设计带来很大的难度。并且由于风道I是顶部进风，需考虑进风口的雨水与砂尘过滤问题。顶部进风口采用进风栅格以及阵列孔二次过滤的方法。借助重力与迷宫结构，将水和砂尘隔离后允许冷却流进入风道。肩负TR组件散热的TR散热冷板风道需与机箱内部隔离，该风道穿过箱体内部的设备腔，需密封设计，采用可拆卸的风机环的方法来处理频繁拆卸的后板与箱体之间的密封，风机环设计有M64X1.5螺纹，与风机安装盒上的螺纹配合使用。即能完成后板的拆卸又能实现风道过穿后板腔体耦合时的密封。在上述各接触零件之间安装有密封绳或者密封垫，同时完成电磁与水汽密封。
风道II由收发机箱和风道封板密封形成，风道封板自身实现了信号处理板的安装和散热。风道封板自身带有散热翅片。收发机箱风道口下部设计有排水过滤槽，网状进风口与排水槽确保了进入风道内冷却流所附带的水分对底端散热风机的影响。
整个收发机箱采用骨架式设计，箱体各面与筋集成共性，在结构上确保了箱体具备非常好的刚性，经过仿真计算箱体的一阶固有频率190Hz左右，避开了运输振动的大多数固有频率，使收发机箱内安装的各分***处于良好的工作环境。整个结构采用三种密封件，***箱体的密封采用截面积较大的D型中空导电橡胶绳，箱体内部的二次风道密封采取截面积相对较小的D型中空导电橡胶绳，板类之间的密封采用导电密封垫实现。
由于雷达俯仰倾角在阵地确定后，其俯仰角度也确定，所以不需要单独配备电动的俯仰机构完成其俯仰调整以及任意位置的锁定功能。此时考虑手动调节的连杆滑块机构，滑动副可由丝杠与套筒组合的螺旋副完成。考虑限制螺旋副之一套筒的直线运动，约束其线性运动，仅释放其旋转自由度，该旋转自由度可通过手动旋转完成。此时手动旋转产生的螺旋副运动转化为丝杠相对于套筒的直线运动。丝杠相对于套筒的直线运动表现为俯仰推杆长度的变换，等效为在连杆滑块机构中滑块的移动，从而间接完成连杆的角度旋转，实现俯仰调节的功能。
考虑到环境适应性，丝杠和套筒的材料为不锈钢材料，梯形螺纹为Tr40X3-7H/7e。梯形螺纹的预紧力与防松靠弹簧的压缩力实现。中空的套筒内腔同时需安装结构件以实现推杆长度变化的上下限位。
由于铰链拆卸的不方便性，需在机箱底部设计转接件，该转接件结构上有定位销孔，可以实现反复拆卸安装的复位。在雷达与光电***标定完成后，可以确保雷达维修反复拆卸时，雷达的电轴基准、自带的光学校瞄镜光轴以及***光电的基准的一致性。
箱体1为整个雷达机箱结构的主体，设计有上风道腔和下风道腔。其前腔区域安装了天线2和TR组件5，两者组成前端分***，由于天线2的安装面是封闭的平面，所以靠天线2的背板以及密封绳21可以完成前、后腔的电磁隔离和密封。前腔体的水密靠密封绳21完成，如此前腔为独立的密封腔体，天线罩用来完成透波功能与环境防护功能。
TR组件5热量通过导热衬垫7传递到TR风道冷板盒8上。
TR风道冷板盒8、TR风道密封板9、TR风道密封板垫23、风机安装盒10、风机安装盒密封垫4装配在一起，形成可拆卸的独立风道II的风道腔，该腔体的密封靠TR风道密封板垫23和风机安装盒密封垫4完成。TR组5的外壳体和TR风道冷板盒8材料(包括其散热翅片)为铜T2(R状态)，需经钝化处理，具备很高的导热系数。
大风机13安装在风机安装盒10上。大风机的底部面正对着TR风道冷板盒8内的阵列的刀把形状的散热翅片。之所以把散热翅具备高度降低，是为了降低进风口的风阻。
风道I的风道腔与箱体1通过密封绳21完成密封。由于后板14反复拆卸，所以风道I的风道腔与后板14的固定采用大螺纹固定方法，即采用风机环11将后板14夹心固定。风机环11与风机安装盒10采用内外M64X1.5螺纹。为保证密封性，两者的接触面均设计有密封绳21。冷却流从顶部的TR进风口3，垂直向上，经过阵列的过滤孔，然后右转后向下，进入箱体1的风道腔，再进入风道II的风道腔，经过大风机13，通过风机环11的圆形阵列通风孔后与外界大气相通。风机防水罩12和后板14铆接在一起，其目的是雷达机箱倾斜时，可以起到保护大风机13和风道II的作用。因为雷达工作时朝下倾斜，以至于大风机13以及风道出口大多数情况下朝上，不可避免雨水通过风机进入风道II内。
为了便于调试拆卸，后板14的可分离方式，导致了由箱体1的上风道腔和独立风道I的风道腔以及与后板14之间分割的多个腔体密封耦合在一起。采用螺纹旋紧力双面压紧后板14以及密封绳21的方法解决了可拆卸与密封之间的难题。
后端安装板20压紧后端安装密封垫22后与箱体1形成密封风道腔体II。信处分***18自带冷板，其安装在后端安装板20后，热量直接传到到后端安装板20的阵列散热翅片。微波模块19也是安装在后端安装板20上，热量也是传递到后端安装板20上。波控电源板15的发热功率芯片16的热量通过导热衬垫17同样传递到后端安装板20的阵列散热翅片上。阵列翅片高度约12mm，水平长度方向沿冷却流的方向。四个小风机30通过风机安装板29安装在箱体1上。冷却流从箱体1的右端进入该风道II，沿着阵列的散热翅片，带走其上的热量，经风机30对流，后流出中空的风道腔体后与大气连通。
后端腔体内安装的信处分***20、微波模块19、波控电源板15的电信号通过密封的穿墙连接器28完成，后端腔体虽然有风道I腔体以及风道II腔体贯穿，但是管穿处均有密封措施，借助于后板14天线2以及密封绳21、22。后端腔体可以完成电磁密封和水汽密封。前端腔体的辐射信号也无法干涉影响后端腔体内部的分***的时钟信号。该机箱结构具备优异的电器性能。
通用俯仰支撑架采用具备自锁能力的梯形丝杠螺旋副结构形式实现。参见图5-6，丝杠31的一端为旋转副的内铰链，该内铰链通过销轴24和轴端挡圈26与外铰链25组成旋转副。另一端为梯形螺纹，与套筒32行程螺旋副，限位环35安装固定在丝杠31梯形螺纹的末端，其外圆直径尺寸大于梯形螺纹小径尺寸，用来完成伸长状态时的极限位置限位。转动轴套36一端是内铰链结构，一端是短轴，其上套装弹簧34。转动轴套36通过压环33与轴端挡圈37固定在套筒32上。此时转动轴套36只能在套筒32内转动而不能左右移动。套筒32和压环33组成的组合体也是只能转动。同时套筒32与丝杠31组成螺旋副，当端当套筒32旋转时，由于螺旋副配合，丝杠31可以伸出或缩入套筒32内腔，如此整个安装架的长度即左右两个内铰链圆心的距离可以增长或者缩短。借助于梯形螺纹的自锁功能，螺旋副可以在任意长度位置自锁。弹簧34受压后，产生防松预紧力，可以避免出现梯形螺纹自锁时由于振动等原因产生的松动。丝杠31和套筒32均为不锈钢材料。通用俯仰支撑架的一端铰链固定在雷达机箱1的顶部安装件40的外铰链处，另一端铰链固定在方位转台38的外铰链处。雷达机箱1安装在转接件27上，转接件27底端同样安装有铰链旋转副。整个支撑机构共三个旋转副，一个直线运动副，机构的自由度为1。故可以实现可调角度的运动，由于梯形丝杠具备自锁性，该机构可以停止任何预定角度位置。
Claims (3)
1.一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构，其特征在于包括机箱(1)为前后两个腔体，其中前腔体内安装天线(2)和TR组件(5)，后腔体内集成设计安装信处18、微波模块(16)、波控(15)；采用两个独立的散热风道I和II，将热量与热密度较大的TR组件(5)独立进行散热，使其不影响散热量较小的信处(18)、微波模块(19)、波控(15)；所述的独立风道I由箱体(1)上风道结构腔以及TR风道冷板盒(8)、TR风道密封板(9)、TR风道密封板垫(23)、风机安装盒(10)组成，TR组件(5)通过柔性导热衬垫(7)安装贴附在独立密封的风道I的TR风道密封板(9)的外表面上；所述的独立风道II由后端安装板(20)与箱体(1)的下风道结构腔组成，微波模块(16)、波控(15)、信处(18)安装在后端安装板(20)的表面上；雷达机箱通过俯仰安装支架完成俯仰角度的倾斜，所述的俯仰安装支架包括丝杠(31)、套筒(32)、压环(33)、弹簧(34)、限位环(35)、转动轴套(36)和轴端挡圈(37)，限位环(35)安装固定在丝杠(31)梯形螺纹的末端，转动轴套(36)一端是短轴，其上套装弹簧(34)；转动轴套(36)通过压环(33)与轴端挡圈(37)固定在套筒(32)上。
2.根据权利要求1所述的一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构，其特征在于采用风机环(11)与风机安装盒(10)之间螺纹旋紧力双面压紧后板(14)以及密封绳(21)的方法既能完成后板(14)的拆卸又能实现风道I过穿后板(14)时，多个腔体耦合时的电磁密封与水汽密封难题。
3.根据权利要求1所述的一种带多腔体耦合密封散热风道和通用俯仰支撑架的雷达结构，其特征在于采用弹簧(34)压缩力产生梯形丝杠(31)所需的螺纹预紧力和防松力，采用限位环的外径小于梯形螺纹的内径进行伸长长度最大时的限位，同时避免丝杠(31)与套筒(32)的分离脱落；采用转动轴套(36)深入弹簧(34)的短杆端面与限位环(35)的接触实现缩短长度最短时的限位，并采用轴端挡圈(37)完成转动轴套(36)在套筒(32)上的轴向固定，此时转动轴套(36)和套筒(32)之间只有相对的旋转运动。
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|---|---|---|---|---|
| CN114720962A (zh) * | 2022-04-09 | 2022-07-08 | 扬州扬芯激光技术有限公司 | 一种基于电磁控热的全固态激光雷达opa发射芯片装置 |
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| CN114720962B (zh) * | 2022-04-09 | 2022-12-02 | 扬州扬芯激光技术有限公司 | 一种基于电磁控热的全固态激光雷达opa发射芯片装置 |
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