Устройство для обеспечения работоспособности радиоэлектронной аппаратуры радиолокационных станций в условиях низких температур Российский патент 2022 года по МПК H05K7/20 

Изобретение относится к системам охлаждения и термостатирования приборов и узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) радиолокационных станций (РЛС), установленной на военных гусеничных машинах (ВГМ).

В соответствии с ГОСТ 16350-80 более 70% территории Российской Федерации относится к зоне сурового климата. Эта зона характеризуется продолжительностью зимнего периода от 240 до 320 суток, минимальными температурами от минус 40 до минус 70°С. В этой зоне помимо продолжительных периодов низких температур часто возникают сильные ветры скоростью 25 м/с и выше.

Оптимальные значения внешних воздействующих факторов (температуры, влажности, давления и т.д.) на работу радиоэлектронной аппаратуры, установленной на военных гусеничных машинах (ВГМ) поддерживаются системами охлаждения и термостатирования.

Известны аналоги систем охлаждения и термостатирования приборов и узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) радиолокационных станций (РЛС), установленных на военных гусеничных машинах (ВГМ), предназначены для охлаждения, термостатирования электровакуумных приборов и узлов РЭА РЛС.

Из изученных аналогов в качестве прототипа взяты системы термостатирования и охлаждения (жидкостного и воздушного) приборов и узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) радиолокационных станций (РЛС) (см. Изделие 9С32. Техническое описание. Часть 1. Общие сведения. - 9С32.0000 ТО 1982, с. 132-139), содержащие систему жидкостного охлаждения (электроцентробежные насосы, фильтр, сигнализатор давления, обратный клапан, терморегуляторы, воздухо-жидкостные теплообменники, вентиляционные устройства); систему жидкостного термостатирования (электроцентробежный насос, фильтр, сигнализатор давления, нагреватель, терморегуляторы, воздухо-жидкостный теплообменник, вентиляционное устройство, термостат), систему воздушного охлаждения (воздухо-воздушные теплообменники, центробежные вентиляторы и осевой вытяжной вентилятор),

Система жидкостного термостатирования (СЖТ) поддерживает температуру жидкости на входе в электровакуумные приборы и узлы в пределах плюс 70±15°С. Мощность, потребляемая при форсированном нагреве, составляет 53 кВт, в рабочем режиме - 5,3÷12 кВт.

Система жидкостного охлаждения (СЖО) поддерживает температуру жидкости на входе в электровакуумные приборы не выше плюс 85°С. Потребляемая мощность 9,3 кВт.

В СЖО и СЖТ применена охлаждающая жидкость антифриз-65 (тосол). Для СЖО и СЖТ гидроаккумулятор является общим.

СВО поддерживает температуру воздуха в центральном отсеке с установленной РЭА не выше плюс 85°С.

Данные системы термостатирования и охлаждения (жидкостного и воздушного) приборов и узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) радиолокационных станций (РЛС) не обеспечивают оптимальные условия для работы РЭА РЛС в особых условиях эксплуатации (низкая температура окружающего воздуха, высокая температура окружающего воздуха с одновременной высокой относительной влажностью).

Низкая температура окружающего воздуха способствует изменению параметров радиоэлектронных компонентов (конденсаторов, катушек индуктивности, резисторов и т.д.). Допускается включение высоковольтной аппаратуры из "холодного" состояния (температура жидкости в СЖО t≥0°C). В этом случае снижается выходная мощность предающей системы до 50% и ухудшаются шумовые параметры приемной системы.

Высокая температура окружающего воздуха с одновременной высокой относительной влажностью уменьшает диэлектрическую прочность волноводов, высоковольтных соединений, приводит к пробою изоляции и выходу РЭА из строя.

Кроме этого данные системы имеют значительную потребляемую мощность, особенно при форсированном нагреве (53 кВт). При этом увеличивается в целом время выполнения поставленной задачи, что является существенным недостатком в системе основных мероприятий обеспечения готовности подразделений.

В настоящее время во взятом прототипе системы СЖТ и СЖО имеют конструктивно предусмотренные устройства, обеспечивающие автоматизированную защиту этой системы от неблагоприятных внешних воздействующих факторов окружающей среды, но имеют существенные недостатки. В связи с этим для обеспечения постоянной работоспособности РЭА РЛС, установленной на военной гусеничной машине, возникает необходимость разработки и применения устройства для подогрева и термостатирования элементов РЭА РЛС за счет внедрения в систему в систему жидкостного термостатирования и жидкостного охлаждения устройства предварительного подогрева охлаждающей жидкости, ее термостатирования и для охлаждения элементов радиоэлектронной аппаратуры радиолокационных станций с использованием тепловых трубок.

Во взятом прототипе системы СЖТ и СЖО конструктивно не предусмотрены предварительный постоянный подогрев охлаждающей жидкости в условиях низких температур, поэтому для обеспечения работоспособности РЭА РЛС предлагается устанавливать устройство, обеспечивающее предварительный подогрев охлаждающей жидкости и автоматическое поддержание оптимальной температуры охлаждающей жидкости, циркулирующей в СЖТ и СЖО в условиях низких температур.

Целью настоящего технического решения является обеспечение постоянной готовности и работоспособности РЭА РЛС в особых условиях за счет разработки устройства для предварительного подогрева охлаждающей жидкости с использованием тепловых трубок и термостатирования элементов РЭА РЛС с использованием тепловых трубок.

Для достижения поставленной цели предлагается устройство для предварительного подогрева охлаждающей жидкости и термостатирования элементов радиоэлектронной аппаратуры радиолокационных станций с использованием тепловых трубок, содержащее систему жидкостного термостатирования (электроцентробежный насос, фильтр, сигнализатор давления, нагреватель, терморегуляторы, воздухо-жидкостный теплообменник, вентиляционное устройство, термостат), систему жидкостного охлаждения (электроцентробежные насосы, фильтр, сигнализатор давления, обратный клапан, терморегуляторы, воздухо-жидкостные теплообменники, вентиляционные устройства); систему воздушного охлаждения (воздухо-воздушные теплообменники, центробежные вентиляторы и осевой вытяжной вентилятор), отличающееся тем, что дополнительно в систему жидкостного термостатирования дополнительно вводится тракт предварительного подогрева РЭА к включению, состоящий: из редуктора управления воздушной заслонки, для отвода части отработавших газов, воздушного контура подготовки РЭА к включению при низких температурах окружающего воздуха, нагревателя на основе тепловых трубок для передачи тепловой энергии охлаждающей жидкости. Для термостатирования элементов радиоэлектронной аппаратуры радиолокационных станций предлагается в модуль с РЭА РЛС дополнительно устанавливать теплообменник с тепловыми трубками с воздушно-жидкостным теплоотводом, включающим в себя жидкостный теплообменник, центробежный вентилятор, электроцентробежный насос, фильтр, датчик измерения температуры теплоносителя (охлаждающей жидкости), трубопроводы, при этом в теплообменнике с тепловыми трубками с жидкостным теплоотводом используется охлаждающая жидкость антифриз.

Предлагаемое устройство представлено на фиг. 1, которое состоит из модуля радиоэлектронной аппаратуры радиолокационной станции (РЭА РЛС) 15, блока обработки информации и выработки команд 1, датчика температуры в модуле РЭА РЛС 14, редуктора управления воздушной заслонки 38, для отвода части отработавших газов, воздушного контура подготовки РЭА к включению при низких температурах окружающего воздуха 39, нагревателя 40 на основе тепловых трубок 41 для передачи тепловой энергии охлаждающей жидкости.

При работе двигателя базового шасси боевой машины отработавшие газы удаляются через выпускные коллекторы и эжектор. Для подготовки РЭА к включению в условиях низких температур по сигналу с блока обработки и выработки команд редуктор управления воздушной заслонкой 38 отводит часть отработавших газов в воздушный контур подготовки РЭА к включению при низких температурах окружающего воздуха 39. В воздушный контур температурной подготовки встроены тепловые трубки 41. При этом часть тепловой энергии отработавших газов через парогенератор I (зоны подвода тепла) (фиг. 2) тепловых трубок 41 (фиг. 1, 2), передаются активному телу 42 в виде смеси дистиллированной воды, аммиака и альдегидов, нагревая его до кипения. Активное тело 42 в парогенераторе I (зоне подвода тепла) начинает активно испаряться, при этом происходит перетекание образовавшегося пара через паропровод II в конденсатор III (доза цикловой подачи активного тела), где он конденсируется на холодных поверхностях конденсатора III (зона отвода тепла), отдавая тепловую энергию холодной охлаждающей жидкости, поступающей в СЖТ по контуру предварительного подогрева РЭА 39 (фиг. 1, 2).

Сверхтеплопроводимость пара активного тела 42 (фиг. 2) тепловых трубок 41 (фиг. 1) обеспечивает передачу тепла отработавших газов входному жидкостному потоку, поступающему в СЖО РЭА РЛС (фиг. 1).

Пульсирующий процесс возврата конденсата в парогенератор I (зону подвода тепла) (фиг. 2) осуществляется автоматически за счет образовавшейся разницы давления жидкости и пара в течение одного цикла в рабочих объемах тепловых трубках.

При включении накала электровакуумных приборов РЭА РЛС в работу включаются (фиг. 1): в СЖО насос 35, в СЖТ насос 2, нагреватель 4, пять центробежных вентиляторов СВО 23, 24, 25, 26, 27 и осевой вентилятор 12.

СЖТ работает следующим образом: нагреватель 4 имеет два трубчатых нагревателя - форсированный нагреватель мощностью 6 кВт (6) и рабочий нагреватель мощностью 3 кВт (8). При температуре жидкости менее плюс 56°С включаются оба нагревателя для быстрого нагрева до рабочей температуры термостатированных элементов РЭА РЛС 15.

Для быстрого выхода на режим (достижения заданной температуры) тракт СЖТ имеет два контура: малый и большой. По малому контуру жидкость циркулирует следующим образом: насос 2, фильтр 3, нагреватель 4, корпус с терморегуляторами 5,7, термостатированные элементы РЭА РЛС 15, термостат 10.

При достижении температуры жидкости плюс 56°С по сигналу терморегулятора 5 отключается форсированный нагреватель 6. Дальнейший нагрев производится рабочим нагревателем 8. При достижении температуры жидкости плюс 69°С начинает открываться термостат 10 и циркуляция жидкости происходит по малому и большому контуру. Большой контур отличается от малого воздухо-жидкостным теплообменником 11.

При достижении температуры жидкости плюс 84°С термостат 10 полностью открывает большой контур и закрывает малый.

При температуре плюс 85°С выключается рабочий нагреватель 8. При дальнейшей работе температура жидкости перед термостатируемыми элементами РЭА РЛС 15 поддерживается в пределах плюс 70±15°С включением и выключением по сигналу терморегулятора 7 рабочего нагревателя 8, вентиляционного устройства 13 и работой термостата 10. В случае достижения жидкостью температуры 95°С за термостатированными элементами РЭА РЛС 15, или падении давления в гидравлическом тракте ниже 5,0 кГс/см², по сигналам терморегулятора или сигнализатора давления 37 отключается высоковольтное питание электровакуумных приборов и на передней панели блока обработки информации и выработки команд загорается сигнальная лампа «ОБЩИЙ ОТКАЗ».

Системы жидкостного охлаждения СЖО-I и СЖО-II производят охлаждение электровакуумных приборов РЭА РЛС 15. Она работает совместно с системами воздушного охлаждения и жидкостного термостатирования.

При работе СЖО жидкость циркулирует по замкнутому контуру: насосы, обратный клапан, фильтр, сигнализатор давления 37, корпус с терморегуляторами 7, 14, 29, 30, 32, 33, 34, узлы и блоки РЭА РЛС 15, теплообменники 28, 31. Жидкость, проходя через охлаждаемые элементы, нагревается. Пока температура жидкости не достигнет плюс 75°С вентиляционные устройства 26, 27 не работают, что необходимо для того чтобы СЖТ быстро произвела прогрев термостатированных элементов до рабочей температуры. При достижении температуры жидкости плюс 75°С по сигналу терморегуляторов 29 и 32 в теплообменниках 28, 31 включаются по одному вентиляционному устройству 26, 27 (СЖО-I, СЖО-II). Если температура продолжает расти, то при температуре плюс 84°С по сигналу терморегулятора 34 включаются еще три вентиляционных устройства 23, 24, 25 (СЖО-II).

Выключение вентиляционных устройств СЖО-I и СЖО-II производится при понижении температуры жидкости до плюс 60°С по сигналу терморегулятора 30.

В случае, если температура жидкости на выходе из охлаждаемых узлов и блоков РЭА РЛС достигнет плюс 95°С, по сигналам термодатчиков или сигнализатора давления 37 отключится анодное питание электровакуумных приборов и на передней панели блока обработки информации и выработки команд загорится сигнальная пампа «ОБЩИЙ ОТКАЗ».

При работе СВО центробежные вентиляторы 23, 24, 25, 26, 27 создают циркуляцию воздуха по замкнутому контуру: вентиляторы, узлы и блоки РЭА РЛС, воздухо-воздушные теплообменники 28, 31 (горячий контур).

Для охлаждения наиболее важных узлов РЭА РЛС используется автономный вентилятор 13 (горячий контур). Осевой вентилятор 12, забирая наружный воздух, прогоняет его через теплообменники 11 и выбрасывает в атмосферу - холодный контур, обеспечивая тем самым поддержание температуры воздуха в отсеках с РЭА РЛС не выше 85°С. При неисправности вентиляторов или их аэроблокировок на панели блока обработки информации и выработки команд загорается сигнальная лампа «ОТКАЗ». При повышении температуры воздуха в отсеках с РЭА РЛС выше 85°, по сигналу термодатчика отключается высоковольтное напряжение и на передней панели блока обработки информации и выработки команд загорается сигнальная лампа «ОБЩИЙ ОТКАЗ».

Кроме этого, наиболее важные узлы РЭА РЛС термостатируются с помощью предлагаемого теплообменника 20 с тепловыми трубками 41 с воздушно-жидкостным теплоотводом, включающим в себя воздушно-жидкостный теплообменник 21, центробежный вентилятор 18, электроцентробежный насос 17, фильтр 16, датчик измерения температуры теплоносителя (охлаждающей жидкости) 19, трубопроводы 22, при этом в теплообменнике с тепловыми трубками с воздушно-жидкостным теплоотводом используется охлаждающая жидкость антифриз.

Предлагаемое устройство представляет собой тонкостенную металлическую емкость. Для уменьшения теплового сопротивления внутренняя емкость выполняется в виде сотовой панели. Емкость и соты выполняются из металлического корпуса с высокой теплопроводностью. По сигналу датчика измерения температуры 19 включается воздушный вентилятор 18 и электроцентробежный насос 17, который через фильтр 16 и трубопроводы 22, теплообменник 20 с тепловыми трубками 41 прогоняет охлаждающую жидкость, осуществляя жидкостный теплоотвод из рабочей зоны, поддерживая при этом оптимальные значения температуры в модуле РЭА РЛС 15. Тепловой энергии охлаждающей жидкости через парогенератор I (зоны подвода тепла) (фиг. 2) тепловых трубок 41 (фиг. 1, 2), передаются активному телу 42 в виде смеси дистиллированной воды, аммиака и альдегидов, нагревая его до кипения. Активное тело 42 в парогенераторе I (зоне подвода тепла) начинает активно испаряться, при этом происходит перетекание образовавшегося пара через паропровод II в конденсатор III (доза цикловой подачи активного тела), где он конденсируется на холодных поверхностях конденсатора III (зона отвода тепла), отдавая тепловую энергию охлаждающей жидкости, поступающей в СЖО. Далее идет процесс охлаждения в воздушно-жидкостном теплообменнике 21, с использованием центробежного вентилятора 18 и электроцентробежного насоса 17 (фиг. 1).

Сверхтеплопроводимость пара активного тела 42 (фиг. 2) тепловых трубок 41 (фиг. 1) обеспечивает передачу тепла охлаждающей жидкости, которая охлаждается в воздушно-жидкостном теплообменнике 21. Пульсирующий процесс возврата конденсата в парогенератор I (зону подвода тепла) (фиг. 2) осуществляется автоматически за счет образовавшейся разницы давления жидкости и пара в течение одного цикла в рабочих объемах тепловых трубках.

В результате применения устройства для охлаждения и термостатирования элементов РЭА РЛС с использованием тепловых трубок (как для быстрого нагрева, так и для охлаждения рабочей жидкости) с дополнительным воздушно-жидкостным теплоотводом позволит более длительное нахождение РЛС в работоспособном состоянии при высоких температурах окружающего воздуха и сократить время выхода на рабочий тепловой режим аппаратуры РЛС в условиях низких температур и сократить затраты электрической энергии.

Таким образом, использование данного устройства будет обеспечивать поддержание параметров и характеристик РЭА РЛС в пределах, указанных в технических условиях. Простота конструкции предлагаемого устройства позволяет устанавливать его в ходе серийного производства, а также при модернизации ВГМ и не потребует значительных материальных затрат.

Изобретение относится к системам охлаждения и термостатирования приборов и узлов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) радиолокационных станций (РЛС), установленной на военных гусеничных машинах (ВГМ). Технический результат - обеспечение постоянной готовности и работоспособности РЭА РЛС в особых условиях за счет разработки устройства для предварительного подогрева охлаждающей жидкости с использованием тепловых трубок и термостатирования элементов РЭА РЛС с использованием тепловых трубок. Технический результат достигается тем, что в устройстве для предварительного подогрева охлаждающей жидкости и термостатирования элементов радиоэлектронной аппаратуры радиолокационных станций (РЭА РЛС) с использованием тепловых трубок, содержащем систему жидкостного термостатирования (СЖТ), систему жидкостного охлаждения (СЖО), систему воздушного охлаждения (СВО), в СЖТ дополнительно введен тракт предварительной подготовки РЭА РЛС к включению, состоящий из: воздушного контура подготовки РЭА к включению при низких температурах окружающего воздуха, редуктора управления воздушной заслонки для отвода части отработавших газов двигателя базового шасси в воздушный контур подготовки РЭА к включению. При этом в воздушный контур подготовки РЭА к включению встроены тепловые трубки, передающие тепловую энергию отработавших газов охлаждающей жидкости, поступающей в СЖТ. Тракт СЖТ имеет два контура циркуляции охлаждающей жидкости через элементы РЭА РЛС: малый и большой, дополнительно к элементам малого контура включающий воздушно-жидкостный теплообменник. При этом нагреватель СЖТ состоит из форсированного и рабочего нагревателей, а для дополнительного термостатирования узлов РЭА РЛС дополнительно установлен теплообменник с тепловыми трубками с воздухо-жидкостным теплоотводом. Тепловые трубки передают тепловую энергию охлаждающей жидкости, поступающей в СЖО, при этом в теплообменнике с тепловыми трубками с воздухо-жидкостным теплоотводом в качестве охлаждающей жидкости используется антифриз. 2 ил.

Устройство для предварительного подогрева охлаждающей жидкости и термостатирования элементов радиоэлектронной аппаратуры радиолокационных станций (РЭА РЛС) с использованием тепловых трубок, содержащее систему жидкостного термостатирования (СЖТ), включающую электроцентробежный насос, фильтр, сигнализатор давления, нагреватель, терморегуляторы, воздухо-жидкостный теплообменник, вентиляционное устройство, термостат; систему жидкостного охлаждения (СЖО), включающую электроцентробежные насосы, фильтр, сигнализатор давления, обратный клапан, терморегуляторы, воздухо-жидкостные теплообменники, вентиляционные устройства; систему воздушного охлаждения (СВО), включающую воздухо-воздушные теплообменники, центробежные вентиляторы и осевой вытяжной вентилятор, отличающееся тем, что в СЖТ дополнительно введен тракт предварительной подготовки РЭА РЛС к включению, состоящий из: воздушного контура подготовки РЭА к включению при низких температурах окружающего воздуха, редуктора управления воздушной заслонки для отвода части отработавших газов двигателя базового шасси в воздушный контур подготовки РЭА к включению, при этом в воздушный контур подготовки РЭА к включению встроены тепловые трубки, передающие тепловую энергию отработавших газов охлаждающей жидкости, поступающей в СЖТ, тракт СЖТ имеет два контура циркуляции охлаждающей жидкости через элементы РЭА РЛС: малый, включающий электроцентробежный насос, фильтр, нагреватель, терморегуляторы, термостат, и большой, дополнительно к элементам малого контура включающий воздушно-жидкостный теплообменник, при этом нагреватель СЖТ состоит из форсированного и рабочего нагревателей, а для дополнительного термостатирования узлов РЭА РЛС дополнительно установлен теплообменник с тепловыми трубками с воздухо-жидкостным теплоотводом, включающий в себя воздухо-жидкостный теплообменник, центробежный вентилятор, электроцентробежный насос, фильтр, датчики измерения температуры охлаждающей жидкости, трубопроводы, тепловые трубки передают тепловую энергию охлаждающей жидкости, поступающей в СЖО, при этом в теплообменнике с тепловыми трубками с воздухо-жидкостным теплоотводом в качестве охлаждающей жидкости используется антифриз.