环境适应性设计讲稿 精品Word文档下载推荐.docx
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其次,还会引结冰或结霜引起受潮或结构破坏.
高温能使各种材料的结构、物理性能、电性能发生很大的变化甚至导致永久性的损伤和不可逆的变化.高温对产品的主要影响有:
由于各种材料的膨胀系统不同因而导致材料之间的粘结和迁移;
润滑剂流失或润滑性能降低,增加活动部件之间的摩损;
密封填料、垫圈、封口、轴承和旋转轴等的变形;
由于粘结引起机械失灵或完全失效;
固定电阻器的阻值发生变化;
变压器、机电组件过热;
易燃或易爆材料引起燃烧或爆炸;
密封产品内部压力增高引起破裂;
有机材料老化、变色、起泡或产生裂纹;
绝缘材料的绝缘性能降低（如橡胶在高温下,由于蒸发和浸析作用引起的脱模或增塑性）,高温还会使电工电子产品的寿命明显缩短.
为提高预警机任务电子系统设备耐高低温的性能，其耐高低温设计应列入任务电子系统总体方案设计范畴,并与电路设计、结构设计、可靠性设计、电磁兼容设计等同步进行,相互协调。
3.1设计输入
3.1.1预警机的温度设计输入
进行预警机任务电子系统设备耐高低温设计,首先要明确（知道）耐高低温的设计输入.该设计输入来自合同、任务书、研制总要求等文件或资料.例如:
空警2000、空警200、ZDK03型三种预警机任务电子系统设备的耐高低温设计输入如见下表3-1：
表3-1
序号
型号
状态
气密舱内
设备
天线罩/平衡木内
外部安装
低温
高温
1
空警2000
工作
-10℃
+35℃
-45℃
+60℃
-55℃
+70℃
非工作
2
空警200
-5℃
3
ZDK03
3.1.2确定原则
表3-1中的温度是如何确定的,它是根据地面大气温度、空中大气温度、任务电子系统安装平台的环境温度等确定的。
而不是通常那样根据军标（例如：
GJB150军用设备环境试验方法）来确定。
不按军标确定设计输入的原因是军标要求太严，预警机任务电子系统设备如果完全按GJB150要求,研制难度大,成本高,而且也没有必要.当然这样做也是完全符合上面所说的新GJB150确定设计输入与考核要求的原则。
3.1.2.1地面大气温度
全球及我国的地面低温和高温大气温度和诱发温度:
a）低温
环境试验中的低温条件来自产品所经受到的大气（平台环境）条件，现许多产品，特别是军品，基本上来自各种标准中的量值，例如GJB150等。
GJB150基本上等同MIL-STD-810E，MIL-STD-810E出发点是：
其一是全球使用；
其二是不仅要考虑最低温度的绝对值，还要考虑最低温度的出现概率，如果不考虑最低温度的出现概率（风险率），必然会导致过试验。
对此MIL-STD-810E中是这样考虑的：
全球最低温度的记录极值（不包括南极洲）-68℃，就出现概率（风险率）而言：
低温出现概率（风险率）
-51℃（-60℉）20%
-54℃（-65℉）10%
-57℃（-71℉）5%
-61℃（-78℉）1%
考虑正常研制/生产成本，大多数产品所用的出现概率（风险率）为20%，即-51℃。
对满足特殊的使用，例如机载电子设备为10%的出现概率（风险率）即-54℃（-65℉），我们的GJB150将其取整数为-55℃。
2000版的MIL-STD-810F强调根据产品的实际平台环境条件来定产品的设计输入与考核（试验）条件，标准不统一规定一个考核（试验）条件，GJB150的修订版将贯彻这一思路。
从这一观点出发，我国低气温记录极值为的情况为黑龙江的漠河-52.3℃。
在全国671观测站中，低于观测到-48℃的还有：
黑龙江的图里河-50.2℃、黑龙江的呼玛-48.2℃、黑龙江的孙吴-48.1℃、内蒙的根河-49.7℃、新疆的富蕴-51.5℃、新疆的青河-49.7℃、青海的玛多-48.1℃。
就全国的出现概率（风险率）而言：
-41.3℃（-60℉）20%
-44.1℃（-65℉）10%
-46.1℃（-71℉）5%
-48.8℃（-78℉）1%
从上述数据可见：
在全国范围内使用取10%的出现概率（风险率），-44.1℃（-65℉）就可以了，-44.1℃取整数为-45℃。
我国军用车辆标准就是以此-45℃为标准的，998工程地面的贮存要求也是以此-45℃为标准的，即没有按-55℃来要求。
空警200、ZDK03
气密舱内设备和天线罩/平衡木内设备的非工作（贮存-地面停放）温度也是以此取的-45℃。
b）高温
全球最高大气温度记录极值为+58℃（离地1.2-1.8米，百叶箱内），取1%的出现概率（风险率）+49℃。
众所周知，实际的高温试验温度都高于此温度，因为高温考虑的是诱发温度。
MIL-STD-810和GIB899中的有二个大家常见的+71℃和+85℃诱发温度。
它们考虑的是太阳辐射或其它热源引起的温升，例如：
不通风的罩体内、封闭的车体内、飞机上有暴露于太阳加热下的表面的舱段内、帐篷内、密闭的帆布下等。
我国最高大气温度记录极值：
新疆的吐鲁番为+47.7℃、吐鲁番地区的艾丁湖为+50.6℃、吐鲁番民航机场为+49.6℃、南昌为+41℃、长沙为+43℃、洛阳为+44℃、江西修水为+44℃。
高温出现概率（风险率）
40.0℃20%
44.1℃10%
42.9℃5%
45.5℃1%
对高温一般取1%的出现概率（风险率），即使这样，高温试验的量值也远高于此温度。
因为上面已经说了，高温考虑的是诱发温度，例如：
表3-2
停放地点
电子舱内温度
同一时刻大气温度
新疆吐鲁番
民航机场
64.7℃
47.6℃
南昌
向塘机场
60.7℃
41℃
4
长沙
大托铺机场
57.1℃
43℃
对表7-1中64.7℃的值取1%的出现概率（风险率）为62℃。
出于这种考虑，对高温贮存，我们还是用70℃的温度值，即对三种预警机的非工作温度（贮存-地面停放）取的是70℃，这一温度对预警机是要求高了，特别是对气密舱内设备，选这一温度是为了向GJB150靠的结果。
3.1.2.2空中大气温度
a）空中低温
空中大气温度是确定天线罩和平衡木内温度的任务电子设备工作温度的依据,空中大气低温见表3-3
表3-3
高度
KM
几何高度
压力高度
气温（℃）
出现月份/地点
气温（℃）
极值
●
风险率
10%■
月份
地点
●
-38.4
-31.7
●1
■2
●嫩江
■海拉尔
-38.8
-31.5
■1
-40.2
-30.4
●12
■嫩江
-30.0
-49.2
-39.1
-47.5
-37.3
6
-56.6
-49.7
●2
●伊春
-52.9
-46.9
8
-66.6
-57.9
●林江
-61.9
-55.5
10
-71.0
-64.4
●海拉尔
■阿勒泰
-73.4
-62.5
●5
●丹东
12
-74.8
-67.1
●海流图
-74.6
-67.3
14
-76.5
-68.1
●连平
■台北
-77.9
●7
■9
●藤冲
■马公
16
-85.2
-79.5
●3
●马公
-87.4
-82.0
■0
18
-86.7
-81.8
■西沙岛
-88.2
-81.7
●6
■12
●榆林港
20
-76.2
■3
-87.2
-75.5
22
-79.6
-69.0
●南阳
■复兴镇
-79.8
-68.7
24
-71.4
-62.9
●拉萨
-71.9
-63.2
■海口
26
-60.4
●4
●克拉玛依
■定日
-69.7
-62.3
●汉中
■克拉玛依
28
-67.6
-55.7
●伊宁
■北京
-67.7
-55.8
30
-69.6
-56.4
●黑河
■安庆
-56.5
从表3-3可见,在预警机的飞行高度上,就空中最低大气温度而言,是低于-55℃的,但对天线罩内和平衡木内设备有壳体保温与空气摩擦升温,对外部设备有飞行速度与空气的摩擦升温,所以取-55℃已足够。
对此，从下表3-4与表3-5（表3-4与表3-5中的数据是航定委的实测资料）可见：
即便大气温度到-72℃，飞机以380km/h的慢速飞行，由于有蒙皮作用，电子设备周围的温度也达不到-55℃，因此对预警机而言，天线罩内和平衡木内设备的工作与非工作低温取-55℃已是一个很保守的数据了。
从下表3-4与表3-5还可见：
即便大气温度到-72℃，飞机以380km/h的慢速飞行，内蒙皮的温度也不到-50℃，由于飞机蒙皮很薄，因此外部设备由于有与空气的摩擦升温，所以-55℃也足够了。
表3-4广州沙提机场歼七飞机表速:
380km/h
高度
大气温度
部位
16000m
15000m
11000m
10000m
-72
（℃）
-71
-69
-44.5
上特设舱盖内蒙皮
-49.9
-49.8
-48.1
-43.1
-41.8
-42.1
-34
下特设舱盖内蒙皮
-46.1
-48.4
-46.3
-47.2
-40.6
-40.4
-32.9
上设备舱电台接收机外壁
-19.8
-36.9
-34.4
-38.3
-37.9
-36.4
-37.2
-29.4
上设备舱测距器傍空间
-36.5
下特设舱无线电罗盘与信标天线之间
-33.5
-35.4
-36.8
-35.8
-32.6
下特设舱无线电罗盘与陀螺之间
-32.1
-33.1
-36.3
-32.7
-22.4
下特设舱无线电罗盘机壳外壁
-2.1
-1.9
-4.5
-6.0
-3.9
-3.6
-1.2
-0.0
表3-5齐齐哈尔三家子机场歼七飞机表速:
400km/h
9000m
12000m
-59.5
-57
-51
-60
-47
-53.5
上设备舱内蒙皮
-43.2
-41.9
-38
-45.9
-45.7
-34.9
-29.5
下设备舱内蒙皮
-42.4
-41.3
-43.9
-45.2
-34.7
-28.7
垂直尾翼器空间
-42.2
-36.1
-40.7
-44.2
-32.2
-28.2
-33.9
-39.3
-38.9
-31.3
-25.6
-34.3
-31.1
-38.2
-37.1
-28.3
-22.9
-26.5
-19.4
-16.5
-17.9
-20.3
-20.7
-16.6
-6.1
-8.0
-29.3
-25.1
-24.5
-26.6
-21.5
-15.8
-18.7
b）空中高温
空中高温是指在高空负温下高速飞机与空气摩擦导致飞机蒙皮高温（例如：
根据航定委实测资料，在12000m，以M=2.0速度飞行时，飞机蒙皮会产生93.7℃），而导致电子设备周围的高温，由于预警机在高空以巡航速度飞行，所以这不是一个需要考虑的问题。
3.2设计措施
电子设备的耐高低温设计应从下列三方面进行。
3.2.1合理的结构设计
合理的结构设计是电子设备耐高低温设计最为重要的保证。
进行耐高低温结构设计时首先应综合考虑总功耗、功率密度、热源分布、热敏感性、与失效率相适应的元器件温度极限、体积、重量、热环境等因素.如需进行热设计,可按表3-3规定的单位传热面积的热耗从结构设计上选择电子元器件、单元模块、整机的最佳冷却方案。
表3-3温升为40℃（环境温度25℃）单位传热面积的最大热耗量
冷却方法
分立器件组成的模块
（传热面积计算含散热器面积）
集成器件组成的模块
自然对流
800W/m2
冷板（自然对流）
1500W/m2
强迫空气冷却
3000W/m2
气冷式冷板
16000W/m2
3400W/m2
液冷（自然对流）
20000W/m2
液冷式冷板
16×
105W/m2
a）电子元器件的冷却设计
应根据电子元器件安装处的平台环境条件,按GJB299B的规定确定元器件、模块的最大结温和减额准则.
装有散热器的微电子集成器件和分立半导体器件应根据其单位传热面积的最大热耗散量,按表3-3选取其冷却方法.
使用的红外探测器、计算机存贮器、参量放大器等器件以及需要提供负温或恒温工作模块,其冷却负载小于300W时,宜选用温差电致冷却.
速调管行波管等大功率器件,应优先选用液冷.
单个电子器件（如集成器件、分立式半导体器件、大功率器件）应根据温升限值，设置散热器或独立的冷却装置.
对关键的器件、模块的冷却装置,应采用冗余设计,冗余量按分配给关键的器件、模块的可靠度而定.
热敏器件应远离热源安置,必要时应考虑热绝缘或恒温措施.
互连用的导线、线缆、器材等,应考虑因温度引起的澎账、收缩造成的故障.
b）印刷电路板组件的热设计
印刷电路板上的电子元器件应采用正确的热安装技术
印刷电路板上的的功率器件,应采用有效的措施降低器件与散热器界面的接触热阻.
印刷电路板应优选导热条印刷板或金属夹心印刷板.
印刷电路板的导热条夹紧装置、导轨以及导轨与插箱之间应具有足够的接触压力和接触面积.
仅靠自然对流冷却的印刷电路板之间的相互间距应足够对流（通常≥19mm）,印刷电路板上的最高电子元器件的顶点,与插箱箱壁的间距也应足够对流（通常≥23mm）.
c）插箱的冷却设计
应根据插箱中模块单元传热面积的热耗量,按按表3-3选取其冷却方法.
采用强迫空气冷却的插箱,应使流经印刷板的气流与热耗电子器件进行充分热交换（如安装紊流器等措施）,以提高热交换效果.
密封式插箱的两側壁应采用冷板装置,并使印刷电路板与两側壁的热流通路阻力和对流空气的流道阻力最小.
d）机柜的冷却设计
机柜中各单元热量分布均匀时,可采用抽风冷却,非均匀热源采用鼓风冷却.对热耗大的,可采用并联风机布置;
阻力大的机柜,可采用串联风机配置,必要时,采用并串联相结合的风机配置.
密封式机柜内的热耗量大于1000W时,宜采用气-液混合冷却等多种方式,混合冷却系统的流道（风、液的通路）应专门设计,以使阻力最小.混合冷却系统的热性能应按GB/T12993的规定进行检测.
e）冷板设计
密封式机柜、插箱、模块应优先采用紧凑式冷板装置作为热交换器,
应根据热源的分布（集中、均布、非均布）、热流密度、许用温度、冷板流通通道的许用压降和冷板的工作环境条件的等综合因素进行冷板设计
冷板的冷却剂（空气、淡水等）必需经过处理.冷板的换热计算和结构强度计算可按GJB227中的规定进行.冷板的热性能检测应按GJB12993的规定进行.
f）冷却系统冷却:
就冷却系统而言,在环境极值条件下,应能提供足够的冷却能力.在设备维修期间,冷却系统也应具有冷却能力.在紧急措施情况下,一旦正常的冷却系统无法工作,应有备用措施或保护措施.冷却系统应设置有:
显示运行时冷却剂（空气、流体、相变材料等）的出口温度值和过热告警的装置.冷却系统的热交换器,空气或流体等的冷却介质的过滤器,应考虑到它的维修性.
●强迫空气对流冷却系统设计:
应根据插箱的热耗量和内部阻力,选择合适的通风机，设计合理的空气流通通道（应尽量减少风道的沿途阻力和局部阻力）,以保证各个需要冷却的部位得到其所需的风量.
强迫空气对流和自然空气对流的流通方向应尽可能保持一致.冷却空气应首先流经对温度敏感的元器件和温度低的元器件.
冷却空气的进出口应相互错开,不得形成气流短路或断路.进出风口的大小应与冷却空气的流速相适应.进出风口的温差不应超过14℃.
冷却空气的进口处应设计有防尘防污装置.通风口还应考虑电磁兼容和安全性要求.
●液体冷系统设计
对采用强迫空气对流冷却还达不到冷却要求的部位,可考虑采用液冷方式.采用液冷系统
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