天線冷板的案例
某有源相控陣天線冷板散熱仿真分析
來源：科學(xué)與技術(shù) 作者：蔣瑞 高天一
關(guān)鍵字：相控陣?yán)走_(dá) 天線冷板 散熱仿真
本文根據(jù)某機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)天線艙內(nèi)的空間布局，對天線冷板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并運(yùn)用有限元體積法的Icepak軟件對三維模型進(jìn)行散熱效能仿真，對仿真結(jié)果進(jìn)行分析，驗(yàn)證了冷板的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)滿足了相控陣?yán)走_(dá)天線陣面發(fā)熱插件通風(fēng)散熱要求。
1 某機(jī)載雷達(dá)相控陣的構(gòu)成
機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)主要由T/R組件、波控網(wǎng)絡(luò)、天線振子、電源、天線陣面、饋電網(wǎng)絡(luò)等部分組成。其中T/R組件是整個(gè)天線的核心以及發(fā)熱集中區(qū)域，因此如何將T/R組件工作時(shí)產(chǎn)生的熱量散發(fā)至外部環(huán)境成為熱設(shè)計(jì)的關(guān)鍵與難點(diǎn)。
2 天線陣面熱仿真
2.1 天線陣面模型建立及簡化
對于本模型，在進(jìn)行散熱分析時(shí)，主要關(guān)注的是T/R組件基板上高功率芯片的發(fā)熱量以及冷板散熱能力，其他細(xì)小零件對整體模塊的散熱的影響不大進(jìn)行了省略處理；對冷卻流體工質(zhì)聯(lián)接導(dǎo)管、冷卻工質(zhì)進(jìn)出口、T/R組件等直接或間接影響散熱能力的部件進(jìn)行模型簡化分析。
根據(jù)天線陣面冷卻系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)：環(huán)境溫度：50℃；流體介質(zhì)：65#防凍液；流體溫度：35℃，可以得到天線陣面熱邊界參數(shù)如表1：
表1 天線陣面熱設(shè)計(jì)邊界條件
表中T/R組件進(jìn)出口溫差為串聯(lián)支路的溫差，其余皆為單個(gè)。
根據(jù)天線艙內(nèi)的空間布局，以及上表中的熱邊界條件，對冷板進(jìn)行了結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)并建立ICEPAK模型如圖1所示。
圖1 雷達(dá)陣面熱仿真模型布置圖
2.2 熱仿真結(jié)果分析
對模型進(jìn)行三維散熱效能仿真建模，其仿真條件：介質(zhì)為65#防凍液，介質(zhì)溫度=35℃，環(huán)境溫度=55℃，總功耗為15KW，系統(tǒng)總流量為2.048m3/h。
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電磁仿真套件，主要包括天線設(shè)計(jì)工具HFSS，電路、系統(tǒng)仿真工具RF options，PCB電磁兼容仿真和優(yōu)化工具SIwave，電子設(shè)備散熱分析工具Icepak、低頻分析Maxwell等，可以解決雷達(dá)系統(tǒng)中所有電磁/射頻設(shè)計(jì)仿真與分析
結(jié)構(gòu)仿真套件，主要包括傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、復(fù)合材料力學(xué)分析、可靠性力學(xué)分析等，用于解決導(dǎo)引頭設(shè)計(jì)中的各類結(jié)構(gòu)支撐、減重、穩(wěn)定性、可靠性，形變失效分析，結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)，多學(xué)科仿真中的力學(xué)部分等
流體仿真套件，主要分析雷達(dá)罩的外流場、空氣動(dòng)力學(xué)、熱流體力學(xué)，設(shè)計(jì)雷達(dá)罩的外形，分析摩擦生熱、外部壓力場的影響等。結(jié)構(gòu)多學(xué)科仿真，可進(jìn)行各類與流體力學(xué)相關(guān)的分析等，如相控陣天線冷板設(shè)計(jì)
Ansys產(chǎn)品面向工程，專注仿真，以增強(qiáng)仿真能力，提高仿真效率，完善仿真功能，通過軟件的不斷進(jìn)步驅(qū)動(dòng)研發(fā)設(shè)計(jì)的改善。從而能夠?qū)崿F(xiàn)過去無法實(shí)現(xiàn)的仿真功能，減少經(jīng)驗(yàn)性的調(diào)試和測試，通過全面完備真實(shí)的仿真，實(shí)現(xiàn)數(shù)字化虛擬樣機(jī)，并根據(jù)仿真結(jié)果快速調(diào)整和優(yōu)化設(shè)計(jì)，找到影響設(shè)計(jì)指標(biāo)和產(chǎn)品性能的關(guān)鍵因素，實(shí)現(xiàn)高難度、高指標(biāo)的設(shè)計(jì)。進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)大幅縮短研發(fā)周期，加速產(chǎn)品定型，大大降低產(chǎn)品成本，提高設(shè)計(jì)品質(zhì)。
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結(jié)構(gòu)仿真套件，主要包括傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)力學(xué)分析、復(fù)合材料力學(xué)分析、可靠性力學(xué)分析等，用于解決導(dǎo)引頭設(shè)計(jì)中的各類結(jié)構(gòu)支撐、減重、穩(wěn)定性、可靠性，形變失效分析，結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)，多學(xué)科仿真中的力學(xué)部分等
流體仿真套件，主要分析雷達(dá)罩的外流場、空氣動(dòng)力學(xué)、熱流體力學(xué)，設(shè)計(jì)雷達(dá)罩的外形，分析摩擦生熱、外部壓力場的影響等。結(jié)構(gòu)多學(xué)科仿真，可進(jìn)行各類與流體力學(xué)相關(guān)的分析等，如相控陣天線冷板設(shè)計(jì)
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