艦載軍用加固計算機的熱設計

主機箱的熱設計

● 加固計算機主機箱的熱分析
---計算機在正常工作時，主機箱的功率約為200W。由于加固計算機主要工作在軍艦的專業(yè)艙室內(nèi)，其工作環(huán)境條件如表1所示。
---由上述設計和工作參數(shù)可知，雖然主機箱的功率并不大，但由于主機箱是一個完全密閉的腔體，腔內(nèi)各單盤熱量分布不均勻，長期工作后機箱內(nèi)部溫度上升很快。另外，考慮到主機箱與通信指揮臺的安裝和維護，主箱體外表面并沒有設計成具有良好自然散熱效果的肋片狀，而實際工作環(huán)境較嚴酷，因此熱設計按照最惡劣環(huán)境條件計算，需要采用自然散熱和強迫風冷兩種方式散熱，保證電子器件正常工作。

● 自然散熱
---在滿足強度、剛度和良好的機加工性能的條件下，盡量選擇具有較高導熱系數(shù)的金屬材料，提高箱體的散熱能力。本機箱選擇LY12型號的鋁合金，機箱為整體式，壁厚20mm。
---在機箱中，電子元器件通常是熱源，一般情況下是腔內(nèi)的最熱點。而熱始終是從熱區(qū)流向冷區(qū)，因此機箱內(nèi)傳熱的基本問題是在熱源和終端散熱器之間提供良好的熱流路徑，散去內(nèi)部產(chǎn)生的熱量。
---加固計算機的單盤插入主機箱后，PCB板上下邊沿與導軌之間存在著較大的間隙。由于空氣的導熱系數(shù)很低，實際上起到了隔熱的作用。因此在PCB板上下邊沿上安裝鋁質(zhì)楔形塊，如圖1所示。
---由圖1可知，楔形塊是由螺釘、前滑塊、固定塊、后滑塊、鋁合金導軌組成。其中固定塊與鋁合金導軌是一個整體，固定在PCB板的上下邊沿上。前后滑塊與固定塊相接觸截面設計成為斜面，中間為中空的螺孔，螺孔中安裝螺釘。當單盤插入機箱中時，松開螺釘，此時，前后滑塊的左表面與箱體導軌之間存在間隙；當單盤插入機箱中背板后，緊定螺釘，則前后滑塊將沿固定斜面向左運動，與箱體內(nèi)導軌緊密接觸。
---另外，在確定了單盤中發(fā)熱量大的器件后，將導熱雙面膠帶的一個面平貼在芯片(元件)上，另一個面平貼在散熱器表面，然后通過導熱雙面膠帶與楔形塊聯(lián)結(jié)，這樣可有效減小PCB板和箱體的熱阻，加大了導熱面積，提高主機箱的自然散熱效率。

● 強迫風冷散熱
---由于加固計算機的主機箱是固定在工作艙的通信指揮臺下，它的強迫風冷的方式不能采用一般的民用通信設備在機柜子架下方安裝軸流式風機散熱單元的方法。因此必須在加固計算機的主機箱內(nèi)安裝風機，并形成合理的風道來實現(xiàn)散熱的目的，如圖2所示。
---由于鼓風機具有風壓大，風量集中的特點，特別適合單元內(nèi)熱量分布不均，風阻較大的場合，因此采用整機鼓風冷卻形式。風機根據(jù)主機箱的結(jié)構(gòu)形式采用圓筒式軸流風機。在主機箱上下蓋板壁內(nèi)構(gòu)造風道，并將風道橫截面設計成為多個圓形的互不相同的小孔。這樣，環(huán)境溫度下的冷空氣在鼓風機驅(qū)動下從風道進風口沿著風道流動，將上下蓋板的熱量帶走，通過風道出風口將熱量排出機箱外，完成加固計算機的強迫風冷散熱。雖然風阻較大，但選擇合適功率的風機后，可以保證加固計算機具有良好的抗沖擊和散熱能力。根據(jù)熱平衡方程和環(huán)境條件參數(shù)可以確定風機的型號以及風道的結(jié)構(gòu)尺寸。

熱試驗和沖擊試驗
---為了驗證熱設計的效果，根據(jù)GJB367.2-82中401、402項的規(guī)定，對艦載軍用加固計算機進行高低溫環(huán)境試驗，以保證加固計算機的性能要求，其中高溫試驗最為重要。高溫熱試驗的具體結(jié)果見表2，該試驗結(jié)果表明計算機的熱設計符合GJB的要求，設備可以長期穩(wěn)定可靠地工作。
---由于風道是設計在加固計算機上下蓋板的內(nèi)壁，在一定程度上破壞了加固計算機的強度，可能減弱其抗沖擊能力，因此還必須按照GJB367.2-82中408項的規(guī)定，對計算機進行沖擊性能和顛震性能試驗。通過抗沖擊和顛震試驗，證明該加固計算機符合要求。

結(jié)束語
---熱設計是電子設備設計中必須考慮的一個重要問題，但是良好的散熱和電磁兼容往往是一對較難解決的矛盾。采用上述熱設計方法，可以較好地解決這一問題。該方法具有設計簡單、可靠性高、維護方便、研發(fā)和生產(chǎn)成本低的特點，對于艦載軍用電子設備的熱設計具有一定的借簽作用。