民用雷達電子設備機柜通風孔設計

摘要：近幾年來民用雷達電子設備市場投入及使用量不斷上升，雷達電子設備機箱的性能不斷提升。通風孔是雷達電子設備機散熱系統的重要組件，通風口面積的大小直接影響風量和風機性能。通風口具有設計靈活性的特點，因此，通過調節通風孔設計，優化機柜及風箱的結構布局，可極大程度提高民用雷達電子設備的性能。本文將雷達電子化設備機柜通風孔的設計原理及應用情況進行分析，為項目設計及風機和散熱系統的調試提供參考依據。

關鍵詞：民用雷達；電子設備；通風孔；設計

雷達是應用于各類飛行器信號傳輸的重要元件，而民用雷達電子設備則多用應用與無人機、直升機等輕型飛行載機，具有體積小、載重輕的特點，也對雷達機柜的安全條件及運行工作環境有較大的約束。因此，在民用雷達電子設備中，機柜設計需要滿足結構緊湊、抗干擾力強、沖擊性好的優勢，在運行的熱環境對散熱系統設計也提出了更好的要求。

1 民用雷達電子設備機柜散熱系統分析

雷達設備以機柜作為重要載體，內置有多種電子元器件，參與雷達設備工作運行的各個環節。在電子元器件工作期間需要釋放大量熱量，而高溫環境對電子元器件的效能可造成致命影響，誘發各類設備故障。在傳統雷達機柜的散熱系統設計中，散熱方式多樣，最為常用的有強迫冷卻、熱電制冷、自然冷卻等。而各種散熱方式都需要通風孔和風道進行熱量傳遞[1]。強迫冷卻是指利用外力迫使冷卻流體通過熱源進行散熱冷卻的過程，主要有強迫液態冷和強迫風冷兩種方式；熱電制冷是指通過半導體的熱電效應將熱量進行轉化散熱的方式；自然冷卻是民用雷達設備等小型機柜的常用通風散熱方式，適用于小型的電子元器件，在散熱途徑中以金屬導熱為主要方式進行冷卻，無需添加額外設備，結構簡單，可靠性和穩定性強。

2 機柜通風孔的設計

2.1 通風孔的形式

在民用沒大電子設備機柜的通風孔設計中，在綜合評價機柜的運行環境、工作效率及外觀等多種因素下進行孔型和位置設計，常見的孔型有腰孔型、方口型、圓孔型和蜂窩孔型等。不同孔型及不同面積的通風孔在散熱效率上存在較大的差異。在通風孔設計中，以機柜的熱源位置作為首要考慮因素，同時綜合風扇位置、內部結構、功率綜合考慮后設計。除此以外，許多雷達電子設備工作環境在高空或人為難以達到的地方，工作環境惡劣，在通風口的設計中還需要注重防塵和防霧設計[2]。

2.2 通風孔開孔率計算

開孔率是通風孔的設計的重要指標，不同通風孔其開孔率計算方式也存在較大的差異，根據通風孔的面積、間距和對應角關系進行計算。在通風孔的面積設計中，若通風口的面積過小，則易出現風機產生的風難以通過通風口散熱，降低風機的性能；隨通風口面積的增大，機柜內通風風量也隨之增加，若通風口面積超過或接近于風機的通風面積時，通風量將不再發生變化，而過大的通風孔會增加風阻力，導致風機性能下降，也增大了積塵的可能。只有通風孔設計與機柜具有統一性下，可最大優化風機性能[3]。

雷達電子設備中內置有多個工作單元，每個單元往往以插箱或標準插件的形式分布在機柜中。這些插箱和插件運行中產生的熱量除通過自帶的散熱設備外還需要通過風機進行散熱，而表面則要設計通風孔作為風道口。機柜與通風孔統一設計是建立在機柜整體設計基礎上，除性能要求外，外觀視覺平衡要是評價通風口設計的重要指標，需要遵循平面構成原理。構成平面的主要元素有點、線、面，在機柜通風口設計中，可將通風孔視作為點元素，點的有序列的集聚組合可形成線元素，線的集合又可形成面。在通風口圖形組織中要從人體視覺美觀中入手，圖形設計有規律性和節奏型變化，提高視覺舒適度。

3 通風孔面積對風機性能的影響

對雷達電子設備機柜通風孔設計進行仿真實驗發現，在55℃和常壓環境下，通風孔的寬度與風機的平均通風量形成正相關關系，在寬度達到閾值后通風量將不再發生變化。在通風孔面積明顯小于風機通風面積時，通風量與通風孔寬度存在密切的相關性；當通風孔面積接近于風機通風面積時，通風孔寬度對通風量不造成明顯的影響；當通風孔面積明顯大于風機通風面積時，通風面積持續性增加而通風量增加幅度較小。同時，在試驗計算中發現，通風孔的覆蓋位置也直接影響風機通風量。在通風孔集中在風機中心位置中，風量明顯增大，在通風孔之間向邊緣分布時，通風量也出隨著相應減小，導致風機性能降低。在對仿真實驗中各項機構參數綜合分析發現，通風孔面積大小對風機性能產生影響，其長寬尺寸、分布位置、面積大小均與之相關，在設計中缺乏一致性設計，可導致風機效率下降。在通風孔設計中，要以風機總送風量和通風面積作為主要參照，結合風機排布方式設計。

4 結語

隨著民用雷達電子設備數量的不斷增加，其性能也不斷優化，規格和型號的多樣性變化對散熱系統的功率和運行能力的要求更高。通風孔作為散熱系統的重要元素，要根據不同機柜的熱源及運行實際情況進行綜合分析，將性能、節能、使用壽命、美觀等都將作為設計方案的考慮因素。

綜上所述，本文對民用雷達電子設備機柜通風孔的概念、組成及設計原理進行說明，介紹其在實際工程中的設計與應用，在機柜設計中需要控制好散熱系統設計的每一個環節，完善設計內容，在綜合考慮熱源、功率、運行環境等因素后進行設計，調試人員需要對機柜內溫度及風機效率進行仔細核準，計算風機系統的送風量，最后通過合理計算選擇通風孔的類型、大小及數量，通過對于通風孔的設計調節來實現雷達機柜溫度的控制，提高民用雷達電子設備機柜的使用性能。

參考文獻：

[1]王甜，丁飛，劉魯軍.淺析民用雷達電子設備機柜通風孔設計——熱設計與視覺傳達設計的統一[J].現代工業經濟和信息化，2015，107（23）：6667.

[2]劉巍，張先鋒，關宏山.雷達電子設備通風口結構對風機性能的影響[J].電子機械工程，2015，31（04）：911+19.

[3]王為新.雷達電子設備的電磁兼容結構設計[J].電子元器件應用，2009，4（07）：5253.

作者簡介：蔡安娜（1986），女，安徽巢湖人，學士，助理工程師，研究方向：雷達機械結構設計。