雷达电子机箱的热分析及优化设计

雷达电子机箱的热分析及优化设计

田浩

中国电子科技集团公司第三十八研究所合肥230088

摘要：雷达电子机箱的热控性能对其使用年限产生的影响非常大，如果雷达电子机箱的使用环境发生很大的变化，其使用条件会产生一定的限制，导致强迫风冷效果不能充分发挥。因此，要对雷达电子机箱进行优化，提升热传导能力。

关键词：机箱；热传导；热管

电子设备在人们生活和生产的各个领域都得到广泛应用，随着电子科学技术的改善，电子产品朝着高度集成方向发展，由于其功能越来越多，在热设计中，难度也越来越大。电子设备机箱热控性能对电子设备的使用性能产生决定影响，如果电子设备温度超过规定值的55%，就会导致设备故障产生。

一、相关问题

（一）原机箱结构和热设计

机箱内部结合了数字板和射频板，每个模块上都有风冷冷板起到散热效果，机箱的一端主要是风冷冷板，射频板也采用风冷冷板的方式。在机箱上，设计了两个风机，采用强迫风冷的方式，雷达电子机箱四块板面上都结合热耗情况，设计风冷性能，将热量散发出来。四块印板中，风冷翅片的高度为3毫米，间隙设计为3毫米。

（二）问题分析

在机箱设计中，采用风机和风冷翅片起到降温的效果，雷达电子机箱在不同的使用条件下，其性能也发生变化。当环境温度为55摄氏度时，风机散热效果不明显，冷源匮乏。如果还是采用自然散热的方式，数字板、电源板和射频板的温度非常高，高达90摄氏度以上，不能确保导热效果。因此，应该将风机拆除，采用其他的散热方式。

二、机箱散热优化设计

机箱内的四个模块中，结合各类功率器件，数字板上的元件最多。在数字板运行中，将风机去掉，要满足散热性能，防止印刷板上出现局部过热的情况，提升箱体的热传导效果，对散热翅片的参数进行优化。在建立仿真软件的基础上，在仿真模型求解的环节中，应该对螺钉孔等局部构件进行相应的设计。

（一）器件局部过热的改善

在对机箱的热耗分布情况分析后，结合热设计的标准，在热设计中应该非常注意。所以，机箱散热环节中，主要是对数字板降温。在自然散热的情况下，数字板的温度比较平均，有些器件温度比较高，所以，在散热翅片底板上应该铺设铜或者衬热管，提升热量的传导效率。在对模型进行计算后，散热器底板的局部铺设了铜片后，其散热效率提升30%，在对降温幅度和重量分析后，可以在散热翅片上铺设铝片降低其重量，针对热耗比较低的电源板，一般不会产生局部过热的情况，一般不需要采用热管优化。

（二）机箱表面和翅片材料的完善

机箱和散热翅片都是采用铝制作，一般的铝导热性能一般，机箱表面改良面临的主要挑战之一是不断降低重量和材料成本，同时保持相同的功能特性。通过优化算法进行轻量化的概念在过去十年中已成为至关重要的概念，在机箱和散热翅片的改良中具有重大影响，尤其是随着用于开发零件的制造工艺数量的增加，例如机加工、锻造、冲压和附加制造技术。特别是随着添加剂制造的革命，它所揭示的可能性以及它所允许的设计自由度，优化方法已被证明是设计师的有力工具，从而产生非常有趣的结果和优化的结构，其主要优点是能够处理复杂的优化几何图形，而且与铸造、锻造和冲压技术相比，它否定了可能非常昂贵和耗时的特殊工具，结合拓扑优化相结合，加快零件结构，使材料使用率尽可能低。机箱卸掉风机后，强迫风冷的效果不能发挥，所以机箱表面应该具备较好的导热性能，机箱表面和散热翅片应该迅速的将热量驱散，应该采用热导率更高的材料。在材料更换后，通过仿真分析，发现数字板、电源板的导热性能得到提升。

（三）散热翅片参数优化

热管与自然热量对流后，才能实现更好的散热效果。当散热翅片的厚度增加后，翅片之间的空隙会比较大，翅片的厚度可以适当的降低。在数字板的翅片设计中，底板的厚度设计为3毫米，翅片的高度为3毫米，间隙也设计为3毫米，发热器件的温度降低。在散热翅片参数优化中，拓扑学处理与底盘和底盘可制造性的结构要求相关的某些约束条件的满足，为了弥合参数中的差距，结构工程师进行了多次重新设计和调整，以适应各个部件的特性，实现参数的最佳配合。这种效果因传动系部件、体积更大的部件而设定，这些部件在参数优化设计中起着至关重要的作用，它们的位置直接影响到性能和功能，在自然对流的基础上，散热翅片之间的间距达到10毫米时，在对翅片的高度和间隙优化后，翅片的厚度降低到1.5毫米，发热器件的温度降低并不明显，结合嵌套式结构拓扑优化框架，以方便设计过程，大大缩短设计时间。拓扑优化是从有限的材料体积开始的，它代表了流程的设计空间，发现改善翅片的高度和翅片之间的间隙可以降低温度，翅片在改进后，发现其重量增加了一倍，在采用相同的方法进行电源板、射频板设计后，翅片的重量降低了一半，因此，优化后，翅片的重量机会没有变化。在风机拆除后，在对零部件进行优化后，数字板元件散热效果最为明显，电源板、射频板的元件最高问题也得到了合理控制，可以满足散热的相关指标。将风机卸掉后，机箱在运行中噪声减少。

结语：

雷达机箱在应用环节中，强迫风冷在特殊环境下不能发挥较好的效果，因此，雷达机箱的散热方式改为自然散热，可以提升散热的均匀性，各个零部件的导热能力也相对得到提升。机箱表面与散热翅片的材料更换后，原本的铜片换成铝片，提升了散热的效率，翅片的参数得到进一步优化，采用间距比较大的翅片，可以提升自然散热的效率，经过优化后，翅片的散热面积加大，而且翅片的整体重量并没有增加。通过系统的优化后，机箱内的数字板、电源板等模块的散热效果达到最佳。

参考文献：

[1]赵莲晋.雷达电子机箱的热分析及优化设计[J].内燃机与配件,2017(03):24-26.

[2]赵惇殳,宋晓军.电子机箱热特性计算机辅助分析[J].电子机械工程,1995(04):33-38.

[3]宋小军,赵惇殳.自然冷却电子机箱的计算机辅助热设计[J].电子机械工程,1990(06):29-35.