雷達市場需求趨勢及雷達冷卻液的性能要求

朱天一 宋懷玉

中國石油大連潤滑油研究開發(fā)中心

雷達是利用電磁波探測目標的電子裝備。其探測原理為：發(fā)射機通過發(fā)射天線向空間發(fā)射高頻輻射信號探測目標單位，目標單位反射的回波信號經(jīng)過發(fā)射天線傳遞至雷達接收機，信號經(jīng)過雷達設備終端處理、錄制并顯示出來，由此來發(fā)現(xiàn)目標并測定位置、運動方向和速度以及高度等特性。

雷達種類繁多、應用廣泛。它不僅在搜索、引導、武器控制、偵察中擔任重要角色，而且還在航行保障、氣象觀測和車輛測速等經(jīng)濟建設和社會服務方面廣泛應用。

雷達市場需求趨勢

有源相控陣技術（AESA）雷達

隨著軍事電子技術的發(fā)展，出現(xiàn)了高性能的AESA（圖1）雷達系統(tǒng)。AESA最重要的優(yōu)勢是其具有獨立控制每個陣元的增益和相位的能力，可靠性優(yōu)于常規(guī)雷達，它可以替代兩個單一、傳統(tǒng)的雷達。隨著AESA不斷取得進步，它不僅應用于機載雷達領域，還應用在預警搜索雷達、彈道導彈防御雷達和捕獲雷達等關鍵領域。由于成本的降低及軍事戰(zhàn)略發(fā)展的需要，AESA的市場份額將穩(wěn)步增加，價額昂貴的雷達系統(tǒng)將越來越多地采用AESA。

圖1 AESA外觀

氣象雷達

隨著國家氣象信息化的加快，氣象雷達市場需求將逐步遞增。隨著新一代多普勒天氣雷達網(wǎng)規(guī)劃建設和國家航空規(guī)劃的推進實施，科研機構、水利部門和民航運輸機場還有繼續(xù)增補多普勒天氣雷達（圖2）的需求。由于國家氣象業(yè)務發(fā)展的規(guī)劃，會有大量的風廓線雷達（圖3）進行裝配。例如樞紐航空機場和部分天氣情況較為復雜的干線支線機場配備了風廓線雷達，大部分一、二線城市的環(huán)保部門也將氣象設備更換成風廓線雷達以監(jiān)測霧霾天氣。氣象雷達還在交通及水利等部門逐漸推廣。這些都為氣象雷達打開了更加廣闊的市場空間。

空管雷達

空管雷達（圖4）是空中交通管理系統(tǒng)中確保飛行安全的重要設備。隨著空中交通運輸?shù)娘w速發(fā)展，市場對空管雷達的需求將十分廣闊。空管雷達主要用于機場建設和低空開放。機場新建、擴建及遷建均需要配備空管雷達，軍民用空管雷達市場將迎來高速發(fā)展期，市場空間將進一步擴大。低空管制的放開，各種無人機、直升機對低空資源的利用，也將推動航管體系的進一步建設，形成新的市場需求。

毫米波雷達

隨著無人駕駛概念的逐漸實現(xiàn)，我國ADAS（高級輔助駕駛）市場規(guī)模逐漸放量，毫米波雷達（圖5）也將迎來快速發(fā)展。毫米波雷達是為盲點檢測和后方車輛提醒的中短距雷達，它對惡劣天氣的抗干擾能力強，所以在雨霧天氣條件下可以大大提升汽車的安全系數(shù)。消費結(jié)構升級、中產(chǎn)階級需求增加及汽車安全法規(guī)和評級規(guī)定的助力，將帶動國內(nèi)毫米波雷達前后裝市場需求的爆發(fā)式增長。隨著毫米波雷達需求的增加，規(guī)模效益將帶來成本的下降，更將極大地推動毫米波雷達的普及。

圖2 多普勒氣象雷達外觀

圖3 風廓線雷達外觀

圖4 空管雷達外觀

圖5 毫米波雷達外觀

雷達的冷卻方式

雷達是一個復雜而龐大的電子系統(tǒng)，內(nèi)部有各種電子元件。發(fā)射器是雷達的重要組成部分。隨著雷達技術的發(fā)展，發(fā)射器功率的不斷升高，系統(tǒng)中的電子元件發(fā)熱密度也會提高。電子設備在溫度過熱的條件下，會發(fā)生故障甚至失效。電子設備的失效有55%是由溫度過高引起的，溫度每升高10 ℃，可靠性就下降50%，可見溫度對雷達設備的性能影響至關重要。有效地控制雷達系統(tǒng)中各電子元件的工作溫度，十分必要［1］。

一般控制溫度的冷卻方式有自然冷卻、強迫風冷和液體冷卻。自然冷卻與強迫風冷無法把電子元件的熱量快速、徹底帶走。液體冷卻是大部分大功率雷達產(chǎn)品的冷卻方式，有獨立的冷卻系統(tǒng)，有較高的冷卻效率，能使冷卻系統(tǒng)中的過熱電子元件迅速降低到正常溫度，維持冷卻系統(tǒng)乃至整個雷達的正常工作。具有可行冷卻方式、優(yōu)良冷卻效果的冷卻系統(tǒng)已經(jīng)成為雷達具備高可靠性的重要條件。

雷達冷卻液的性能要求

雷達冷卻液是雷達冷卻系統(tǒng)液體冷卻的主要冷卻介質(zhì)，可以使過熱電子元件恢復到正常的工作溫度。據(jù)了解，雷達冷卻液沒有相關的行業(yè)標準，各雷達企業(yè)根據(jù)自身雷達的特點來制定雷達冷卻液的相關性能要求，主要有冰點、沸點、黏度、pH值、儲備堿度、防腐蝕性能、電化學性能、抗泡沫性能、橡膠相容性、模擬使用腐蝕性能等。

防凍、防沸性能

雷達冷卻液的一項重要也是最基本的性能是防凍性能。雷達冷卻液在低溫條件下的冰點決定了它的防凍性能。雷達設備內(nèi)部溫度較低且使用環(huán)境比較苛刻，一般在-55～70 ℃，所以雷達冷卻液的牌號一般有45號、60號和65號，要求其冰點分別不高于-45 ℃、-60 ℃、-65 ℃。

沸點是雷達冷卻液暴沸的溫度。雷達冷卻液沸點一般要求105 ℃以上，沸點過低的冷卻液在使用過程中受熱會形成蒸汽，影響冷卻系統(tǒng)的傳熱效率，使設備內(nèi)部溫度升高，影響設備的使用壽命。

黏度

雷達冷卻液對黏度有一定的要求。黏度是影響冷卻液的傳熱效率的重要因素，黏度過大，會使雷達冷卻液的傳熱效率降低。

pH值

雷達冷卻系統(tǒng)的金屬腐蝕過程與其所使用的雷達冷卻液的pH值有關。例如鋁在pH值4.5～8.5時得到保護，焊錫在pH值7.5～9.0環(huán)境中易鈍化，銅鈍化的pH值在7.0～12.5，所以雷達冷卻液對pH值有一定要求，一般為弱堿性。過高或過低，都會對冷卻系統(tǒng)中的金屬造成腐蝕。

儲備堿度

在雷達冷卻系統(tǒng)循環(huán)運轉(zhuǎn)的過程中，雷達冷卻液的基液二元醇在高溫及金屬催化作用下產(chǎn)生的酸性物質(zhì)，燃氣泄漏進入冷卻系統(tǒng)中都會導致雷達冷卻液的pH值發(fā)生變化。為了使雷達冷卻液的pH值在合適的范圍內(nèi)，就要有一定的儲備堿度，所以雷達冷卻液需要加入pH值緩沖劑。不同類型的緩蝕劑的儲備堿度不同，一般來說，無機型緩沖劑要比有機型緩沖劑的儲備堿度大。

防腐蝕性能

雷達冷卻系統(tǒng)的結(jié)構復雜，使用了包括紫銅散熱器、不銹鋼管路、黃銅閥門、鋁板、各種橡膠密封件和橡膠管等多種材料。由于雷達冷卻系統(tǒng)中由多種金屬材料構成，不同金屬的電極電位不同，發(fā)生在雷達冷卻系統(tǒng)中的金屬腐蝕主要是電化學腐蝕。

同時雷達冷卻液中的醇類物質(zhì)使用較長時間后會產(chǎn)生酸性產(chǎn)物，也促進雷達冷卻系統(tǒng)的腐蝕。雷達冷卻系統(tǒng)腐蝕會使內(nèi)部各個部件發(fā)生故障，同時腐蝕產(chǎn)物會堵塞管道，影響整個設備的傳熱效率。若腐蝕嚴重發(fā)生穿孔，將直接影響設備的使用壽命。防腐蝕性能是雷達冷卻液極為關鍵的性能要求［2］。

電化學性能

由于雷達設備為電子設備，所以它對雷達冷卻液的電化學性能有一定的要求。電化學性能是通過人為極化，測量金屬在測試溶液中的電化學參數(shù)來反映金屬腐蝕性能。它的主要參數(shù)為點蝕電位差和電流密度，它們的總效應決定腐蝕的速率和程度。通過測定電化學性能參數(shù)就可以了解雷達冷卻液防止點蝕傾向的性能。點蝕電位差越大、電流密度越小的雷達冷卻液電化學性能越好。

抗泡沫性能

雷達冷卻液在雷達冷卻系統(tǒng)中不停地循環(huán)工作，通常會產(chǎn)生大量的泡沫，不僅影響整個設備的傳熱效率，還會加劇冷卻系統(tǒng)內(nèi)部部件氣穴腐蝕，所以雷達冷卻液中一般需要加入一定量的消泡劑來抑制泡沫的生成。

雷達設備工作時，內(nèi)部溫度比汽車發(fā)動機內(nèi)部溫度要低，使用環(huán)境也較苛刻，所以對雷達冷卻液中消泡劑的中溫、低溫性能都有一定要求。由于雷達冷卻系統(tǒng)內(nèi)部體積較小，對雷達冷卻液產(chǎn)生泡沫體積要求較高，一般泡沫體積要求是發(fā)動機冷卻液泡沫體積要求的三分之一。

橡膠相容性

雷達冷卻系統(tǒng)中有眾多的橡膠管和橡膠墊片，其主要成分為三元乙丙橡膠、氟硅橡膠等，它們是連接、密封冷卻系統(tǒng)的主要材料。一旦橡膠被侵蝕和損壞會造成雷達冷卻液泄漏，使雷達冷卻液進入到電路系統(tǒng)，直接影響雷達的使用壽命。所以雷達冷卻液的組分必須具有良好的橡膠相容性，對橡膠侵蝕性較小。

模擬使用腐蝕性能

各種類型的雷達設備是根據(jù)其性能特點及內(nèi)部構造來進行模擬使用腐蝕性能試驗，主要是對使用試驗中的金屬試片腐蝕情況和雷達冷卻液的穩(wěn)定性進行考察。它是一個長周期運行的動態(tài)試驗，可以直接反映雷達冷卻液的實際使用性能和壽命。

結(jié)束語

受國家軍事、經(jīng)濟發(fā)展的推動，高性能AESA、氣象、空管等雷達產(chǎn)品市場需求的不斷增長，滿足雷達產(chǎn)品使用要求的雷達冷卻液有著極大的市場需求空間，高性能的雷達冷卻液的市場前景十分可觀。雷達冷卻液不僅應能夠快速地降低電子元件溫度，而且應具有良好的防腐蝕性能、抗泡沫性能、電化學性能和橡膠相容性能等，以滿足雷達設備的使用要求。