Устройство жидкостного охлаждения приемо-передающих модулей АФАР Российский патент 2023 года по МПК H01Q1/02 G12B15/02 H05K7/20 

Изобретение относится к устройствам охлаждения циркулирующей жидкостью и предназначено для охлаждения приемо-передающих модулей (ППМ) в активной фазированной антенной решетке (АФАР).

Известна система охлаждения, описанная в патенте «Способ охлаждения активной фазированной антенной решетки» [RU 2615661, опубл. 06.04.2017 МПК H01Q 21/00 (2006.01)]. АФАР содержит приемо-передающие модули с тепловыделяющими элементами. При эксплуатации АФАР внешняя поверхность боковых стенок корпуса каждого из приемо-передающих модулей нагревается. Для отведения тепла в промежутке между боковой стенкой корпуса каждого из приемо-передающих модулей, входящих в состав каждого ряда АФАР, и элементом несущей конструкции полотна АФАР с суммарным зазором, составляющим от 0,1 до 0,5 мм (например, 0,1 мм), в зонах, соответствующих расположению тепловыделяющих элементов каждого из приемо-передающих модулей, размещают две трубы. В трубы из раздающего коллектора в противоположных направлениях подводят охлажденную жидкую среду, в частности раствор этиленгликоля. Отведение из труб нагретой (в результате отведения тепла от корпусов приемо-передающих модулей) жидкой среды осуществляют при помощи собирающего коллектора. Каждую из труб выполняют из материала, имеющего возможность упругой деформации под давлением жидкой среды (например, из нержавеющей стали 12Х18Н10Т), обеспечивающей ее прижатие к внешней поверхности боковой стенки корпуса каждого из приемо-передающих модулей, одной из своих сторон, с толщиной стенки, по меньшей мере, в зоне прижатия, составляющей от 0,2 до 0,35 мм. Другой стороной каждая из труб оказывается прижатой к элементу несущей конструкции полотна АФАР.

Наиболее близким по технической сущности является устройство охлаждения, описанное в статье «Новый подход к решению задачи охлаждения многоканальных приемо-передающих модулей АФАР» [Журнал «Воздушно-космическая сфера», №1(94) за 2018 год, стр. 65-68.]. Предлагаемое устройство охлаждения восьмиканального ППМ состоит из двух продольных трубопроводов прямоугольного сечения для подвода и отвода охлаждающей жидкости и восьми поперечных теплообменных устройств по количеству каналов в ППМ. В продольных трубопроводах, через которые подается и отводится охлаждающая жидкость, в местах примыкания теплообменных устройств вырезаны прямоугольные отверстия с размерами, равными размерам проходных каналов теплообменных устройств.

Конструктивно АФАР с жидкостным охлаждением разделена на приемо-передающие модули. ППМ АФАР отличаются друг от друга количеством выделяемого тепла (тепловой мощностью), например за счет разной длины (габаритов) или разной мощности радиоэлементов, применяемых в ППМ. Соответственно, потребный расход охлаждающей жидкости ППМ с разной тепловой мощностью так же отличается.

Недостаток приведенных выше технических решений заключается в том, что они распределяют охлаждающую жидкость между приемо-передающими модулями без учета отличий в мощности ППМ, и таким образом, не могут обеспечить тепловой режим АФАР, состоящей из ППМ различной мощности.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в обеспечении теплового режима АФАР с ППМ разной мощности и предотвращении перегрева ППМ за счет распределения охлаждающей жидкости в соответствии с требуемыми расходами для каждого ППМ.

Сущность предлагаемого устройства жидкостного охлаждения приемопередающих модулей АФАР заключается в том, что оно содержит трубопроводы для подвода и отвода охлаждающей жидкости с входными и выходными отверстиями и приемо-передающие модули АФАР с теплосъемными каналами.

Новым является то, что дополнительно введена рама, в верхнем и нижнем ребрах которой выполнены трубопроводы в виде каналов для подвода и отвода охлаждающей жидкости. В правой и левой частях канала верхнего ребра рамы установлено по распределителю, внутренние каналы которых выполнены ступенчатыми с переменным диаметром. Распределители выполнены с отверстиями, расположенными соосно выходным отверстиям канала верхнего ребра рамы, в которые установлены входные патрубки, соединенные с входами теплосъемных каналов приемо-передающих модулей, а выходы теплосъемных каналов приемо-передающих модулей соединены с выходными патрубками, установленными во входные отверстия канала нижнего ребра рамы. Распределители выполнены в виде заглушенной с одной стороны втулки с продольными отверстиями. Диаметр внутренних каналов распределителей уменьшается к краям верхнего ребра рамы.

На Фиг. 1 изображен общий вид АФАР с жидкостным охлаждением в разрезе.

На Фиг. 2 изображен вырыв Б.

На Фиг. 3 изображены общий вид распределителя и распределитель в разрезе А-А.

Устройство жидкостного охлаждения приемо-передающих модулей АФАР содержит раму (1). Трубопроводы выполнены в верхнем и нижнем ребрах (5), (6) рамы (1) виде каналов (2), (3) для подвода и отвода охлаждающей жидкости. В стенках канала (2) верхнего ребра (5) рамы (1) выполнено входное отверстие (7) и выходные отверстия (18), а в стенках канала (3) нижнего ребра (6) рамы (1), выполнены входные отверстия (19) и выходное отверстие (8). В выходные отверстия (18) канала (2) установлены входные патрубки (11), которые подсоединены к входам теплосъемных каналов (12) ППМ (4). Выходы теплосъемных каналов (12) приемопередающих модулей (4) соединены с выходными патрубками (13), установленными во входные отверстия (19) канала (3) нижнего ребра (6) рамы (1). Патрубки (11), (13) могут быть подсоединены к каналам (2), (3) и теплосъемным каналам (12) ППМ (4) различными способами, например пайкой или быстросъемными соединителями.

В правой и левой частях (9), (10) канала (2) верхнего ребра (5) установлено по съемному распределителю (14). Распределитель (14) выполнен в виде заглушенной с одной стороны втулки с продольно расположенными отверстиями (15). Внутренние каналы (16) распределителей (14) выполнены со ступеньками (17), а диаметр каналов (16) уменьшается в сторону заглушенной стороны. Распределители (14) установлены в канал (2) по жесткой посадке заглушенной стороной наружу через отверстия (20) в верхнем ребре (5) рамы (1) и закреплены крышками (21). Распределители (14) установлены в канал (2) таким образом, что отверстия (15) распределителя (14) соосны отверстиям (18) канала (2).

Распределители (14), рама (1), патрубки (11), (13) могут быть выполнены из различных материалов, например металлических сплавов, твердых полимеров и др.

Устройство жидкостного охлаждения приемо-передающих модулей АФАР работает следующим образом. Трубопроводы, выполненные в виде каналов (2), (3) для подвода и отвода охлаждающей жидкости подключают к внешней системе, подающей охлаждающую жидкость, например, жидкость ОЖ-65 «ЛЕНА», через отверстия (7) и (8) каналов (2), (3).

Подаваемая жидкость растекается по каналу (2) и попадает в его боковые части (9), (10), в которых через отверстия (20) рамы (1) установлены распределители (14). Применение распределителей (14) с возможностью съема упрощает изготовление устройства охлаждения. В приводимом в качестве примера варианте АФАР выполнена эллиптической формы и содержит ППМ (4), длина которых и соответственно тепловая мощность уменьшается к краям АФАР, поэтому необходимо снижать давление потока охлаждающей жидкости в соответствии с требуемыми расходами жидкости для каждого ППМ (4). Для этого распределитель (14) выполнен с каналом (16), сужающимся в сторону заглушенной стороны, то есть в сторону ППМ (4) меньшей длины и мощности, а именно к краям верхнего ребра (5) рамы (1). По мере протекания охлаждающей жидкости по распределителю (14) уменьшается давление потока жидкости по мере уменьшения диаметра канала (16) между ступеньками (17) и, таким образом, уменьшается расход охлаждающей жидкости. Высота ступенек (17), задающая диаметр участка канала (16) распределителя (14), подбирается заранее, исходя из требуемого расхода жидкости для охлаждения ППМ (4), подключенных к данному участку канала (2).

Далее через соосные отверстия (15) распределителя (14) и отверстия (18) канала (2) охлаждающая жидкость перетекает во входные патрубки (11) и далее в теплосъемные каналы (12) приемо-передающих модулей (4). А из средней части канала (2) охлаждающая жидкость сразу через отверстия (18) попадает во входные патрубки (11) и далее в теплосъемные каналы (12). Затем нагретая жидкость попадает по выходным патрубкам (13) в канал (3) нижнего ребра (6) рамы (1) и возвращается во внешнюю систему подачи жидкости через отверстие (8).

Таким образом, установка распределителей (14) переменного диаметра в канал (2) для подвода охлаждающей жидкости позволяет распределить ее в соответствии с требуемыми расходами для каждого ППМ (4) разной мощности, предотвратить перегрев ППМ (4) и обеспечить тепловой режим АФАР.

Изобретение относится к устройствам охлаждения циркулирующей жидкостью и предназначено для охлаждения приемопередающих модулей (ППМ) в активной фазированной антенной решетке (АФАР). Технический результат заключается в обеспечении теплового режима АФАР с ППМ разной мощности и предотвращении перегрева ППМ за счет распределения охлаждающей жидкости в соответствии с требуемыми расходами для каждого ППМ. Предложено устройство охлаждения, содержащее: раму (1), в верхнем и нижнем ребрах (5), (6) которой выполнены трубопроводы в виде каналов (2), (3) для подвода и отвода охлаждающей жидкости с входными и выходными отверстиями (7), (8). В правой и левой частях канала верхнего ребра (5) рамы (1) установлено по распределителю (14), внутренние каналы (16) которых выполнены переменного диаметра, также распределители (14) выполнены с отверстиями (15), расположенными соосно выходным отверстиям (18) канала (2) верхнего ребра (5) рамы (1), в которые установлены входные патрубки (11), соединенные с входами теплосъемных каналов (12) приемо-передающих модулей (4). Выходы теплосъемных каналов (12) приемо-передающих модулей (4) соединены с выходными патрубками (13), установленными во входные отверстия (19) канала (3) нижнего ребра рамы (1). 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство жидкостного охлаждения приемо-передающих модулей АФАР, содержащее трубопроводы для подвода и отвода охлаждающей жидкости с входными и выходными отверстиями и приемо-передающие модули АФАР с теплосъемными каналами, отличающееся тем, что дополнительно введена рама, в верхнем и нижнем ребрах которой выполнены трубопроводы в виде каналов для подвода и отвода охлаждающей жидкости, причем в правой и левой частях канала верхнего ребра рамы установлено по распределителю, внутренние каналы которых выполнены ступенчатыми с переменным диаметром, кроме того, распределители выполнены с отверстиями, расположенными соосно выходным отверстиям канала верхнего ребра рамы, в которые установлены входные патрубки, соединенные с входами теплосъемных каналов приемопередающих модулей, а выходы теплосъемных каналов приемо-передающих модулей соединены с выходными патрубками, установленными во входные отверстия канала нижнего ребра рамы.

2. Устройство жидкостного охлаждения приемо-передающих модулей АФАР по п. 1, отличающееся тем, что распределители выполнены в виде заглушенной с одной стороны втулки с продольными отверстиями.

3. Устройство жидкостного охлаждения приемо-передающих модулей АФАР по п. 1, отличающееся тем, что диаметр внутренних каналов распределителей уменьшается к краям верхнего ребра рамы.