1 某机载雷达相控阵的构成
机载相控阵雷达主要由T/R组件、波控网络、天线振子、电源、天线阵面、馈电网络等部分组成。其中T/R组件是整个天线的核心以及发热集中区域,因此如何将T/R组件工作时产生的热量散发至外部环境成为热设计的关键与难点。
2 天线阵面热仿真
2.1 天线阵面模型建立及简化
对于本模型,在进行散热分析时,主要关注的是T/R组件基板上高功率芯片的发热量以及冷板散热能力,其他细小零件对整体模块的散热的影响不大进行了省略处理;对冷却流体工质联接导管、冷却工质进出口、T/R组件等直接或间接影响散热能力的部件进行模型简化分析。
根据天线阵面冷却系统技术参数:环境温度:50℃;流体介质:65#防冻液;流体温度:35℃,可以得到天线阵面热边界参数如表1:
表1 天线阵面热设计边界条件
表中T/R组件进出口温差为串联支路的温差,其余皆为单个。
根据天线舱内的空间布局,以及上表中的热边界条件,对冷板进行了结构设计并建立ICEPAK模型如图1所示。
图1 雷达阵面热仿真模型布置图
2.2 热仿真结果分析
对模型进行三维散热效能仿真建模,其仿真条件:介质为65#防冻液,介质温度=35℃,环境温度=55℃,总功耗为15KW,系统总流量为2.048m3/h。
天线阵面温度分布云图见图2:
图2 天线阵面温度分布云图
仿真结果:流体平均温度=48.5℃,流体出液温度=53.12℃,流体平均速度=0.048m/s,流体最大速度=0.35m/s,固体平均温度=55.4℃,固体最高温度=55.4℃。
由结果可知,在热功耗为15KW时,入液温度35℃时,天线阵面表面最高温度为55.4℃。热设计符合天线阵面的散热要求。
3 预处理分机箱仿真验证
在Icepak仿真分析软件中建立预处理分机箱的简化模型,进行网格划分与计算。
图3 分机舱风速矢量图
图4 波控分机与频率源分机发热插件壳体表面温度云图
由图3可知,经过导风罩与600W液冷盘管换热器的配合,冷风能均匀流经发热插件。图4表面最高温度均不超过65℃,满足发热插件通风散热要求。
4 结论
本文对某机载有源相控阵雷达的冷板进行了结构设计并进行热仿真,对仿真结果进行了分析,同时在预处理分机箱内进行了仿真验证,仿真结果表明,天线冷板满足天线阵面散热通风的要求。