基于机电热耦合的有源相控阵天线冷板热设计

摘要

有源相控阵雷达作为当今雷达发展的主流,其性能主要取决于有源相控阵天线(APAA),APAA阵面存在大量发热器件,且包含对温度敏感的 T/R组件,阵面温度分布不合理将严重影响阵面相位控制精度,热变形作用也将导致天线辐射单元方向图改变,使电性能达不到要求甚至无法实现,因此,高效的APAA冷板散热系统必不可少。
　　本文首先以传热学为理论基础,分析总结冷板散热特点以及流道结构形式,包括使用数值计算对比矩形、圆形流道散热性能,总结冷板流道布局方式等,计算结果表明,在相同冷却工质属性下,圆形流道冷板的雷诺数、努谢尔数、对流换热系数均高于矩形流道冷板,然而矩形流道冷板相对加工成本低、适用范围广,所以在冷板热设计选择流道形状时,应从加工工艺、散热性能等综合方面进行权衡;再者,文中针对有源相控阵天线热设计要求,对APAA冷板散热进行多目标优化,分别从流道结构以及冷却工质两方面提出优化模型,其目的为使APAA冷板散热系统能同时满足天线阵面均温性、电子器件壳温限制等要求,并以某机载有源相控天线线阵为例,通过初始冷板散热设计与优化设计,验证了APAA冷板散热优化模型的有效性。在 APAA冷板散热系统满足天线热设计要求基础上,从APAA机电热耦合角度出发进行冷板散热设计,保证天线既满足热设计要求,也具备良好电性能,并以机载相控阵天线线阵进行验证。最后,应用 C++builder语言编写了基于机电热耦合的 APAA冷板散热设计软件,可用于APAA冷板机电热集成设计,有效提高了天线机电热耦合分析效率。

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第一章 绪论

1.1 引言

1.2 有源相控阵天线冷板散热研究现状

1.3 本文主要工作

第二章 电子装备冷板散热概述

2.1 传热学基础理论

2.2 电子设备冷板散热设计

2.3 流体动力学基本方程

2.4 本章小结

第三章 有源相控阵天线线阵冷板优化设计

3.1 有源相控阵天线简介

3.2 APAA 冷板散热优化

3.3 APAA 冷板散热优化方法

3.4 应用实例

3.5 本章小结

第四章 有源相控阵天线冷板机电热集成设计

4.1 基于机电热耦合的 APAA 冷板散热设计流程

4.2 基于机电热耦合的 APAA 冷板散热设计关键技术

4.3 应用实例

4.4 基于机电热耦合的 APAA 冷板散热设计软件

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 工作总结

5.2 研究展望

致谢

参考文献

研究成果