摘 要:现在电子产品充斥着人们生产和生活的方方面面,电子产品的应用环境纷繁复杂,要设计出一种能同时适应所有应用环境的机柜,在经济上和技术上都是不可取的,为了促进地面雷达机柜结构设计向通用化方向发展,进行雷达通用机柜的设计创新是完全有必要的。
关键词:通用机柜 设计 创新
中图分类号:TN959 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2012)04(b)-0086-01
随着国防雷达事业的高速发展,现代雷达机柜更新换代速度越来越快,而产品本身的研发周期却越来越短。这就给雷达研制单位提出了新的、更高的要求。
现代雷达机柜的特点是:品种多、批量小、更新速度快,而其内部电子设备的高集成、小型化带来机柜抗振、散热问题严重。采用传统雷达机柜设计方法,依靠工程师自身多年经验进行设计,自下而上,先设计每个单元模块,再把它们组合成系统整体。这样做一方面有可能达不到总体要求;另一方面,为了满足整体指标,加大了单元模块设计的难度;另外,对于不同的雷达系统提出的不同要求和标准,还必须重新设计,费时费力,严重影响了产品的开发周期和产品质量。科学技术的进步使雷达机柜设计迈进了全面的数字化时代。运用数字化技术代替经验、类比的设计方法,可有效缩短雷达机柜设计周期、实现快速更新、发展设计理论、改进设计方法、降低成本、提高质量、获得最佳设计目标,加大产品的竞争力。
1 地面雷达机柜的通用原则
1971年国际电工委员会提出了第一个关于机柜设计的标准草案。1975年又发布了机柜标准化的第一个文件—— IEC297标准。1982年IEC又相继发布了IEC297-2和IEC297-3标准。我国是IEC的成员国,1982年4月我国国家标准GB3047.1-82标准发布,该标准完整地反映了IEC297标准,也部分体现了IEC297-和IEC297-3标准;同时,该标准又并列地规定了与IEC标准不同的公制标准,形成了所谓的双轨制。自此,机柜改变了以往的附属地位,作为一种独立的工业产品走上了专业化生产的道路。地面雷达通用机柜设计应遵循以下原则。
(1)相关标准。
地面雷达通用机柜是主要应用于军用地面雷达的电子机柜,它应以相关国家标准和军用标准为基本设计依据。因此,在参照国标和军标要求的同时,要结合本单位的实际情况加以适当的改进。
(2)性能指标适度原则。
地面雷达通用机柜要同时满足各个方面的要求,不但在技术上难度很大,而且这样的机柜成本会高的令人无法忍受。所以,地面雷达通用机柜的性能指标应该以大多数情况下的共同性能要求为基础,适当考虑特殊情况来确定,同时,机柜要保留性能扩充的能力,以便在需要的时候可以通过附加手段加强某些方面的性能。
(3)可操作性原则。
地面雷达通用机柜设计要充分考虑生产加工的可操作性。机柜的生产,可分为机柜零件加工和机柜整件装配两个方面。零件的加工工艺性,是指机柜里的零件在生产过程中能够顺利地生产出来,所化的成本最小,并能达到零件图纸所规定的技术要求。机柜的装配性,是指机柜里的各个零件和部件相互联接配置起来,所化的成本最小,并能达到整件装配图纸所规定的各项技术要求,装配出合格的机柜。
2 地面雷达机柜的设计创新
2.1 地面雷达机柜的热设计
方舱内电子设备云集,各自散发着热量,再加上外部环境热的渗透、阳光的热辐射,以及灯光、人体散发的热量等,造成的温升相当可观。若不采取控温措施,势必引起设备过热,致使故障增多或者操作人员根本无法工作。所以,一般情况下,方舱都需要空调,而且采用合理的闭环送风方式,使空调器产生的冷风自下而上灌入机柜,经热交换后,变热的空气再由机柜底部回流到空调器内冷却,如此周而复始、不断循环,将热量带出舱外。
以往电子机柜的风道设计是在机柜顶板上安装数个轴流风机,对机柜进行向内吹冷风,再通过后板下部安装的轴流风机进行向外抽风,把机柜里面的热量带出。这样最大的缺点就是由于冷热空气交替容易在机柜顶部形成水凝,从而会烧坏分机里面的印制板。经过研究和探讨,决定采用和以往相反的风道,在机柜正面底部留出风口,显示器上部也就是分机底部安装数个风机向内抽风。这样就可以迫使冷空气从机柜前面进入,经过分机的每一个发热单元,将内部产生的热量带走。
机柜级通风散热应注意三个问题:一是防止风道堵塞;二是防止风道短路;三是避免噪声过大。为此必须采取下述措施.
(1)分机必须设计成垂直通风形式,机柜下上风道畅通。若遇到外购的抽屉式分机,则必须将机柜风道分段处理,阻隔的部分可向后抽风,并保证上下级都有进风孔。
(2)机柜组装时,难免出现空缺部分,此时必须用导风单元加以填充,以防止风道短路。当出现机柜内部分分机长短不一时,应注意在较长分机后部分加设挡风板,以防风走捷径引成短路。
另外各分机之间的间隙也不能过大,否则也会引起风道短路。国标中规定间隙为0.8mm。根据本人多年的装配经验,这个间隙太小,容易引起装配干涉,间隙取2.8mm～5mm为宜。
2.2 地面雷达机柜的走线设计
当出现分机之间,或分机与其他机柜之间需要大量电缆互联且分机要求拉出推进时,走线问题成为机柜组装设计师最难处理的问题。本人从事机柜装配工作多年,并也在走线上下了不少功夫,现提出几种方法与同仁们共同探讨。
采用大容量走线支架,它在高度方向的容线能力达160mm。适用于6U以上多线进出的分机,它的挂个上开有两个葫芦孔,可以方便地挂在分机转接板的专用螺钉上,拆卸也很快捷。采用悬挂式走线结构,它固定在分机转接板上,悬挂式走线机构的容线能力也较大,适用与7U以上分机。分机越高,其储线度越长,因此这种机构最适合于高度较高且进出线较多的分机。
在机柜背部的方舱上开门。在方舱布置允许的情况下,可在相应机柜的后部方舱上开门,机柜距门50cm左右安装。当需要改线时,人可以从后部进入,而不必将分机从机柜中拉出。当分机进出线太多,实在无法推拉时,此举是简单可行的。当机柜组装密度高,且备有操纵台时,操纵台下部的分机不易触及,给操纵和维修带来不便。可考虑将操纵台设计成推拉式结构,推拉式操纵台结构设计的关键所在是拉出时的承载能力及拉出和推入时的定位。
3 结语
设计技术的应用,缩短了新产品开发周期,提高了产品质量;并推动新一代雷达电子装备的快速发展,加大了产品的竞争力。同时,也充分体现了掌握先进设计技术的重要性。在设计初期综合考虑产品全生命周期中所有因素,通过过程控制,最终实现地面雷达通用机柜整体设计的优化和创新。
参考文献
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[2] 王红芳,徐晓,等.舰用电子机柜的优化设计及其动态特性[J].船舶工程,2001(2).
[3] 雷达机柜的热设计可靠性分析[J].雷达与对抗,1993(3).