СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ АКТИВНОЙ ФАЗИРОВАННОЙ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ Российский патент 2015 года по МПК H01Q21/00 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при проектировании и изготовлении активной фазированной антенной решетки (АФАР).

В настоящее время используются различные способы охлаждения активных фазированных антенных решеток. Одним из таких способов, получившим широкое применение, является способ охлаждения, основанный на использовании испарительных систем охлаждения (см., например, Крахин О.И., Радченко В.П. «Проблема теплоотвода приемо-передающих модулей и АФАР с высоким уровнем теплового излучения», III Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь» - ИРЭ РАН, 26-30 октября 2009).

Недостатки известного способа состоят в сложности его реализации.

Кроме этого, известны способы охлаждения активных фазированных антенных решеток, включающие размещение охлаждающих средств, имеющих каналы, в контакте с внешней поверхностью стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды. В известных способах в качестве охлаждающих средств, как правило, используют жидкостные панели (см., например, Савенко В.А. «Унификация конструкторских решений для построения приемо-передающих модулей АФАР различных диапазонов», Электроника и микроэлектроника СВЧ, Всероссийская конференция, Санкт-Петербург, 3-6 июня 2013).

Недостатки известных способов состоят в том, что при их реализации не обеспечивается интенсивное отведение тепла с поверхности корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР.

Подобный способ принят в качестве ближайшего аналога заявленного способа.

Задачей заявленного изобретения является создание способа охлаждения активной фазированной антенной решетки, лишенного указанных недостатков.

В результате достигается технический результат, заключающийся в обеспечении интенсивного отведения тепла с поверхностей корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и, следовательно, интенсивного охлаждения АФАР в целом при ее эксплуатации при одновременной простоте реализации способа.

Конкретно, указанный технический результат достигается посредством осуществления способа охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР), включающего размещение охлаждающих средств, имеющих каналы, в контакте с внешней поверхностью стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды, в котором в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубу эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, которую устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющий от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением охлаждающей жидкой среды, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха.

В частном варианте в качестве каждого из охлаждающих средств используют U-образную трубу.

Использование трубы с толщиной стенки, меньшей чем 0,25 мм, вызывает риск ее механических повреждений при эксплуатации АФАР, а также повышение напряжений в ней при ее деформации под давлением охлаждающей жидкой среды, что, в свою очередь, может привести к нарушению ее герметичности.

Использование трубы с толщиной стенки, большей чем 0,3 мм, уменьшает ее способность к упругой деформации и, следовательно, уменьшает площадь прижатия каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, что, в свою очередь, ухудшает теплопередачу между стенкой корпуса и охлаждающей жидкой средой.

Применение зазора, меньшего чем 0,1 мм, ограничено конструкцией АФАР.

Применение зазора, большего чем 0,5 мм, также уменьшает площадь прижатия каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР (поскольку требует применения повышенного давления охлаждающей жидкой среды, что ограничено прочностными свойствами трубы и характеристиками нагнетающего оборудования, например насоса), что, в свою очередь, ухудшает теплопередачу между стенкой корпуса и охлаждающей жидкой средой.

Разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C является оптимальной для отведения тепла от внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей при условии охлаждения нагретой жидкой среды при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха.

На фиг. 1 показано схематичное изображение АФАР с установленными трубами эллиптического сечения.

На фиг. 2а и 2b показана труба эллиптического сечения соответственно до и после деформации под давлением охлаждающей жидкой среды.

Заявленный способ реализуют, например, следующим образом.

Каждый из приемо-передающих модулей, входящий в состав АФАР, содержит тепловыделяющие радиоэлектронные элементы 1 (в частности, транзисторы), в результате чего при эксплуатации АФАР внешняя поверхность боковых стенок корпуса 2 каждого из приемо-передающих модулей нагревается до температуры, достигающей 70°C.

Как показано на фиг. 1 и 2а, трубы 3 эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм (например, 0,25 мм) устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса 2 каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом 4 несущей конструкции полотна АФАР.

Суммарный зазор составляет от 0,1 до 0,5 мм (например, 0,25 мм).

Каждую из труб 3 выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением охлаждающей жидкой среды (например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т), обеспечивающей ее прижатие к внешней поверхности боковой стенки корпуса 2 каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, одной из своих сторон (как показано на фиг. 2b). Другой стороной каждая из труб 3 оказывается прижатой к элементу 4 несущей конструкции полотна АФАР.

Подведение в каналы каждой из труб 3 охлаждающей жидкой среды (например, раствора этиленгликоля) и отведение из каналов нагретой (в результате отведения тепла от корпусов 2 приемо-передающих модулей) охлаждающей жидкой среды осуществляют при помощи раздающего и собирающего коллекторов (не показаны). Циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют посредством насоса, создающего давление в жидкостном тракте, достаточное для компенсации потерь на трение, местных потерь и обеспечения необходимой скорости потока охлаждающей жидкой среды.

Циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки каждой из труб 3 и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C (данные значения получены в результате известных теплотехнических расчетов, которые приведены, например, в книге Кутателадзе С.С. Теплопередача и гидродинамическое сопротивление: Справочное пособие. - М.: Энергоатомиздат, 1990).

Нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха (в качестве такой системы может быть использована система, основанная на воздушном радиаторе).

Использование: для проектирования и изготовления активной фазированной антенной решетки (АФАР). Сущность изобретения заключается в том, что способ охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР) включает: размещение охлаждающих средств и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды; в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубы эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, в контакте с внешней поверхностью боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, которые устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки трубы и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха. Технический результат: обеспечение возможности интенсивного отвода тепла с поверхностей корпусов приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки (АФАР), включающий размещение охлаждающих средств, имеющих каналы, в контакте с внешней поверхностью стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и осуществление циркуляции в каналах охлаждающей жидкой среды, отличающийся тем, что в качестве каждого из охлаждающих средств используют трубу эллиптического поперечного сечения с толщиной стенки, составляющей от 0,25 до 0,3 мм, которую устанавливают в промежуток между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм, при этом каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением охлаждающей жидкой среды, обеспечивающей прижатие каждой из труб к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав АФАР, циркуляцию охлаждающей жидкой среды осуществляют со скоростью, обеспечивающей разность температур между внутренней поверхностью стенки каждой из труб и средней температурой охлаждающей жидкой среды от 3 до 5°C, а нагретую охлаждающую жидкую среду охлаждают при помощи воздушной системы охлаждения с использованием атмосферного воздуха.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве каждого из охлаждающих средств используют U-образную трубу.