廣州海格通信集團股份有限公司 符向斌 李 浩
航天技術(shù)的發(fā)展一定程度上代表了一個國家科學(xué)技術(shù)發(fā)展的狀況。世界上發(fā)展較優(yōu)的國家都在航天方面投入了大量的人力物力,進而制造出滿足國家需求的各色各樣的機載電子設(shè)備飛機,又因為機載電子設(shè)備是該飛機的核心,因此它決定了一個飛機的性能。
因為載機的環(huán)境較為復(fù)雜,且其中的資源不充分,所以電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)的容積應(yīng)小、質(zhì)量小、且穩(wěn)定性強。使機載電子設(shè)備輕型化高效的實現(xiàn)了設(shè)備的輕型化,使得飛機在實際運行過程中的機動能力增強。通過長期的實驗和實踐,通過減輕機載設(shè)備中的典型結(jié)構(gòu),進而實現(xiàn)了記載電子設(shè)備的輕型化,使所有設(shè)備總體質(zhì)量減輕,有助于設(shè)備的后期維護和實際運行。
航空中電子設(shè)備的各部件的大小及質(zhì)量都有十分嚴(yán)格的設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),通常情況下設(shè)備安裝的位置有限,因此為了在便于后期維護的基礎(chǔ)上,充分的使用這有限的空間,飛機中的電子設(shè)備使用可替換模塊的結(jié)構(gòu),然而安裝架是其中連接電子設(shè)備和飛機接頭的橋梁。電子設(shè)備中連接器的電纜以及其他設(shè)備的通電連接處均來自于設(shè)備后方的矩形電連接器實現(xiàn),矩形電連接器中全部的電纜都通過安全架連通。(圖1為航空電子設(shè)備安裝示意圖)
圖1 航空電子設(shè)備安裝示意圖
圖2 電子設(shè)備安裝機柜示意圖
安裝機柜是實現(xiàn)電子設(shè)備安裝架安裝的設(shè)備。安裝機柜不僅能為電子設(shè)備提供結(jié)構(gòu),同時保障了設(shè)備連接中所需要的環(huán)境,確保維修以及改裝中實現(xiàn)快速的安裝。(圖2為航空電子設(shè)備安裝機柜示意圖)
實際上,怎樣減輕機架結(jié)構(gòu),實現(xiàn)飛機的減重這一問題是其中的關(guān)鍵。通過對現(xiàn)有資料的分析對安裝機柜的結(jié)構(gòu)的輕型化設(shè)計進行詳細的描述。
1.選材
航空電子設(shè)備在設(shè)計中有質(zhì)量輕便、材料強度高、具有良好啊的導(dǎo)熱導(dǎo)電能力、不易被腐蝕等要求,所以電子設(shè)備選材過程中,在保證材料強度和質(zhì)量的同時,考慮材料的輕便性,通過對比發(fā)現(xiàn)鋁合金材料具備上述特點,能夠滿足航空電子設(shè)備的使用,因此鋁合金成為其重要材料。
2.典型結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計的特點
機載雷達中的高頻機柜通常用作替換部件,因此將其看作重點結(jié)構(gòu)進行了解。
在實際的應(yīng)用過程中,每個高頻機柜都應(yīng)該配有6~8個可替換元件,且質(zhì)量都應(yīng)不超過45kg。高頻機柜是多層的結(jié)構(gòu)類型,使用中用方管鋁作為其主體支撐,其余通過三向或者四向接口相連,如圖3所示。依據(jù)設(shè)備要求,接頭使用鑄鋁如果在設(shè)計中要求個方向的垂直度,在設(shè)計中使用鉚釘將接頭和立柱進行連接。整體機柜的固定通常使用固定板等。電子設(shè)備通過電連接器通常使用安裝架中的過渡板進行連接,通過機體的骨架將設(shè)備進行相連。
圖3 接頭形式示意圖
機載電子設(shè)備的使用需要穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的支持,而這種積木塊式的框架結(jié)構(gòu)就為機載電子設(shè)備的穩(wěn)定使用提供了支持。這種結(jié)構(gòu)能夠使得電子設(shè)備在使用過程中成為一整體,無論是對于電纜的鋪設(shè)還是在后期的檢修中,這種開放式框架結(jié)構(gòu)都能夠為相關(guān)工作提供便利。相比較于傳統(tǒng)的箱體式機柜,這種開放式框架能夠更加有益于冷卻,在傳統(tǒng)的風(fēng)冷和自然散熱的方法基礎(chǔ)上,還能夠采用液體冷卻。而且,在設(shè)備單元液冷系統(tǒng)中,開放式構(gòu)架能夠?qū)⑾到y(tǒng)的冷卻水管架設(shè)在機架上面,提高了設(shè)備整體的機動性。而且,上述結(jié)構(gòu)的使用,在很大程度上減輕了重量,尤其是在設(shè)計和建造過程中使用的新型、輕型材料,就更加使得機柜的重量能夠很好的達到使用的重量要求,無論是對于后期的維護、提高載機結(jié)構(gòu)的強度、減輕機載的重量等多種方面都具有很好的優(yōu)勢。
在機柜的設(shè)計過程中,設(shè)計完成之后需要對機柜進行三維模態(tài)分析,在投入使用之前需要對機柜進行振動試驗,保證其在后期的使用中不會出現(xiàn)機械損傷以及松動等問題,避免在載機上出現(xiàn)變形以及撕裂等問題,保證其在使用過程中能夠符合技術(shù)規(guī)定和要求。最終也可以發(fā)現(xiàn),該機柜的設(shè)計能夠很好的滿足記載的需要,并且能夠保證很好的結(jié)構(gòu)強度和剛度。
3.試驗系統(tǒng)中的典型結(jié)構(gòu)輕型化設(shè)計
對于機載雷達地面測試系統(tǒng)中使用的高頻機柜,采用鋁XXC73-5型材作為機柜框架,并采用三向或四向鑄鋁連接器與機柜框架連接,形成接收/發(fā)射單元、饋電網(wǎng)絡(luò)、電源、電纜等綜合機架。
與其他傳統(tǒng)機柜相比,機柜的結(jié)構(gòu)形式大大減輕了重量,可維護性極強。雷達的優(yōu)點在整個框架和測試過程中得到了充分的體現(xiàn)。它滿足了實際需要,提高了性能,成功地解決了集成框架輕量化設(shè)計的難題。
隨著航天技術(shù)發(fā)展,航空電子設(shè)備也在向著功能化、小型化以及輕便化方向發(fā)展,所以在機載電子設(shè)備輕型化的設(shè)計過程中,還需要不斷進行新結(jié)構(gòu)的開發(fā)和研究,最終實現(xiàn)電子設(shè)備的減重。
通常來說,在機載設(shè)備的單元會存在發(fā)熱量較大的問題,尤其是在機載雷達中的單元設(shè)備,其發(fā)熱量更大,所以在其機柜設(shè)備的安裝以及走線等問題上需要更加注意,在實際的時候就要做進一步的優(yōu)化。對于機柜的骨架以及冷板等結(jié)構(gòu),都要進行綜合考慮,在材料選擇時也要盡量選擇輕便的材料,設(shè)計實現(xiàn)結(jié)構(gòu)的輕型化,保證足夠的布置空間,合理布局。選用性能優(yōu)良、可靠性高、重量輕的細電纜也是減輕機柜重量的有效方法之一。當(dāng)然,隨著高新技術(shù)的發(fā)展,用于傳輸電信號的電連接器也將變得越來越輕,使機柜變輕、小型化成為另一種可能。除了大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路的應(yīng)用和微電子組裝技術(shù)的快速發(fā)展之外,如何使各功能模塊和設(shè)備單元變輕變小成為另一項重要的減重技術(shù)。
其次,在很多的機載雷達的天線結(jié)構(gòu)設(shè)計和使用中,出現(xiàn)了“三明治”式夾心結(jié)構(gòu),該結(jié)構(gòu)的使用在很大程度上減輕了設(shè)備單元的重量。這種結(jié)構(gòu)主要由輻射單元、反射板組合而成。其中,反射板使用的是鋁蜂窩夾心結(jié)構(gòu),在結(jié)構(gòu)上將鋁蜂窩板的兩面分別膠接上鋁板,所以形象的稱為“三明治”結(jié)構(gòu)。由于鋁蜂窩板采用的是符合材料,所以其比重相對較小,在結(jié)構(gòu)的設(shè)計和使用中其重量就會更小,這就在很大程度上減少了天線整體的重量,保證了設(shè)備單元的重量能夠符合設(shè)計和使用的要求。
綜上所述,隨著航天事業(yè)的發(fā)展和航空電子設(shè)備的輕型化趨勢的不斷推進,電子設(shè)備在飛機中的設(shè)置對于飛機性能提升等具有重要意義。因此,在電子設(shè)備的設(shè)計中,不僅要考慮傳統(tǒng)的電氣性能,而且要對其結(jié)構(gòu)性進行考量,保證電子設(shè)備達到機載要求。此外,由于飛機的特殊性,所以在電子設(shè)備的設(shè)置中要更加注重空間要素,通過機載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)的輕型化發(fā)展來保證飛機具有更好的機動性和靈活性。機載電子設(shè)備結(jié)構(gòu)輕型化不僅能夠提高飛機的運輸性能,而且能夠提高飛機的作戰(zhàn)性能,仍需要不斷探索和發(fā)展。