某型指控系統中冷卻分系統的研究與改進

代麗慧 王文雅 姜海軍 羅忠亮

（海軍4805工廠象山修船廠寧波315718）

某型指控系統中冷卻分系統的研究與改進

代麗慧 王文雅 姜海軍 羅忠亮

（海軍4805工廠象山修船廠寧波315718）

某型指控系在高溫季節時其冷卻分系統已不能滿足其工作要求，造成系統工作不穩定。通過對冷卻系統的分析，在不改變指控系統的基礎上，對原有的冷卻系統進行研究和改進，徹底解決了指控系統在工作中因溫度過高而系統不穩定的問題，從而提高了裝備系統的可靠性，具有一定的創新性和推廣性。

指控系統；冷卻系統；研究改進

Class NumberTP391

1 引言

在目前“網絡中心戰”和“信息化”的大趨勢下，海軍作戰的各個環節將利用網絡和信息技術進行整合，形成一個有機的作戰整體［1］。作為我國引進的某型艦艇，是我東南沿海作戰的主力裝備，其突出特點是低噪聲和先進的武器系統。該艇裝備的某型指控系統為該型艦艇所裝備的十分重要的電子對抗設備，具有較好的戰術技術性能，對艦艇的作戰和訓練起著至關重要的作用，利用綜合集成方法和信息技術將各武器裝備、信息源以及體系內其他作戰單元連接起來［2］，通過其計算機控制系統對聲納、雷達、綜合導航系統等裝備傳遞來的信息進行采集處理，并通過計算機的解讀向艦艇提供多種戰斗機動要素，它是艦艇航行，特別是魚雷攻擊的唯一指揮和控制系統［3］。該裝備在研制時由于是根據該國的氣候條件和深海環境溫度設計的，在艇內正常工作的環境要求主要有如下兩點：一是相對濕度大，周邊溫度范圍高，要保證計算機儀器能具備正常工作能力必須啟動其冷卻系統；二是艙外環境溫度溫差大。

在我國，該型指控系統自行配置的冷卻系統在冬天時基本能滿足指控系統的工作要求，也基本能滿足艦艇在深海航行時的工作要求。只要溫度正常，設備就可穩定工作。但在夏天進行魚雷攻擊訓練時由于我國夏季海水溫度較高，冷卻系統冷卻效果明顯變差，冷卻系統無法保證設備的正常工作溫度，因此經常出現指控系統工作不穩定，故障率高，直接影響了部隊的訓練和戰備值勤。

2 原冷卻系統的組成及工作原理

指控系統的冷卻系統的作用主要有：用于建立和保持指控系統計算機儀器內溫度在規定范圍內；當外部氣壓變化和故障狀態下斷開儀器電源時，用于干燥滲透到儀器中的空氣；當周圍空氣濕度為98%以下時，冷卻系統保持計算機儀器內部相對空氣濕度在規定范圍內。

該型指控系統的計算機系統為控制最高工作溫度，其冷卻系統采用淡水作為載熱介質，在封閉環路中不斷循環，并通過船舷外螺旋形管路，把熱量排到船舷外海水中實現排熱降溫的。其工作原理為：當指控系統工作時，操作人員可根據實際情況啟動水泵1或水泵2（也可同時啟動），對機框降溫。當啟動水泵時，水箱的水經過自然水的冷盤管與海水進行熱交換，從而降低了水溫。自然水再經過指控系統機柜的冷盤管出來到水箱，循環使用，從而達到了冷卻指控系統的要求。當冷卻系統空氣周圍的溫度高于規定時，冷卻系統會自動斷開計算機儀器的電源電路，保護指控系統中計算機儀器，其工作框圖如下。

3 研究的必要性及技術指標制定

3.1 研究的必要性

由于受我國氣候的影響，在夏天進行魚雷攻擊訓練時由于我國夏季海水溫度較高，冷卻系統自然水冷卻效果明顯變差，無法保證設備的正常工作，因此經常出現指控系統工作不穩定，故障率高，直接影響了部隊的訓練。使裝備使用人員和裝備保障部門花費大量時間和精力對其進行維護保養，對此部隊多次建議，希望有關部門盡快解決這一難題。根據部隊需求，我們成立了專項研制小組，對這個問題進行研究。

研制小組對指控系統的技術文件深入學習，多次去艦艇某支隊艇上調研，掌握了指控系統裝備的組成、結構、安裝位置及工作原理，為開展研制工作奠定了技術基礎。同時，結合故障現象、概率進行統計分析，故障基本出現在指控系統中的計算機控制部分，而導致發生故障的直接原因則是指控系統中的冷卻系統冷卻效能不足所致。通過研制小組的調研和論證，認為在原由的冷卻系統管路中，串入一套小型自動控制制冷機將經過海水冷卻的自然水的溫度降低到所需溫度，提高原系統的制冷效果［4］便可以從根本上解決這一難題。因此，解決指控系統的高溫問題，研制冷卻分系統是非常必要和緊迫的工作。

3.2 冷卻分系統技術指標制定

在分析指控系統原理的基礎上，經過調研，確定了冷卻分系統的技術方案，其戰術性能指標主要有：

1）冷卻分系統具有操作簡單，顯示直觀，自動化程度高的特點。

2）對指控系統不作任何的改動。

3）技術參數為：工作電源為交流電；制冷功率為600W；壓力為1.1kg/cm2～1.5kg/cm2；流量為5m3/h。

4）研制的儀器滿足國家軍用標準要求。

4 冷卻分系統的設計原則和工作原理

4.1 設計的原則和思路

我們要研制的冷卻分系統，是在海水冷卻的基礎上再進行一次冷卻，從而能解決指控系統每到夏季因溫度過高而工作不正常的問題。經過多方調研和艇上的實際情況，設計原則和思路有要達到以下幾點要求：

1）不破壞原有的海水自然冷卻系統，安裝簡單方便。

2）冷卻效果能滿足指控系統中計算機系統正常工作溫度控制要求。

3）體積小，原理簡單，便于操作、檢修。

4）安裝施工周期短，不影響部隊訓練和戰備值班。

5）運行穩定可靠。

4.2 方案實施步驟

根據以上的研究思路，我們采取的技術途徑和實施步驟為：

1）消化吸收原有的海水自然冷卻系統的技術文件，到艇上作了充分的調查研究。

2）根據調研結果，完成研制方案。

3）對方案進行可行性論證。

4）根據總體要求對軟、硬件設計、調試。

5）按標準化要求整理全部資料。

4.3 硬件設計和軟件設計

根據設計原則和思路，冷卻分系統硬件主要部件有：制冷壓縮機、盤管冷卻缸、微機智能控制裝置［5］、顯示控制面板、電磁閥、溫控器、管路接口等。通過結構化設計［6］，將上述部件組成一個系統的一體化分機，通過微機智能控制裝置控制制冷系統的啟動和關閉。

軟件部分主要由實時操作系統和應用軟件等構成。實時操作系統采用VxWorks，該系統運行速度快，資源占用少，在控制方面具有獨到的優勢，是實時操作系統的首選［7］。軟件開發平臺采用Visual Basic6.0界面開發平臺［8］。應用軟件由兩部分組成：自檢和實時測試軟件，具有系統自檢、監控水溫狀態、運行參數輸入、數據交換等功能。

4.4 系統工作原理

自動冷卻分系統的部件均安裝在一個機殼內，成為一個整體，與原冷卻系統聯接時，只需通過閥門串聯接在進水管路上即可。本分系統最大的優點是：體積小、重量輕、能耗低、操作方便、故障率低、不破壞原有結構、可靠性好（可靠性指產品在規定條件下和規定的時間內完成規定功能的能力［9］），可以根據需要進行選擇性工作。其工作框圖如下。

自動冷卻控制系統的工作，主要由雙智能控制器通過設定的程序控制完成［10］，原系統在循環過程中，當指控系統回流的冷媒水的溫度。一旦達到智能溫控器所預設的溫度時，制冷機啟動，新增水泵B1工作。閥門F1、F2、F3關閉，閥門F4、F5打開，原循環系統切斷，形成二路循環水，其中由原泵Y1工作的一路，將制冷機冷凝器中的熱量，帶入艇外水柜進行散熱，從而確保艙室內的溫度不受冷卻系統的影響。另一路由新增水泵B1將冷量從蒸發器送入指控系統，冷卻指控系統內的溫度。如不需要制冷機工作，只需將制冷機關閉，系統上閥門F1、F2、F3打開，閥門F4、F5關閉，系統回復到原循環狀態。

5 結語

本項目的完成對該型艦艇具有重要的意義，徹底解決了其指控系統在工作中因溫度過高而系統故障率高的問題，提高了裝備的可靠性。如果此方案能解決其他艦艇的同類難題，對提高海軍新裝備的整體戰斗力和綜合素質，具有積極作用。同時，該型指控系統故障率的降低、備品備件的使用減少，也具有較大的經濟效益。

［1］許宏泉.一種面向業務的服務化艦載指控系統構造方法［J］.艦船電子工程，2013，06：10-11.

［2］李耐和，黃鋒等譯.美國未來海軍打擊群C4ISR系統［M］.北京：國防工業出版社，2009.10.

［3］潘冠華.艦艇綜合指揮控制系統原理［M］.西安：西北工業大學出版社，2010：4-7.

［4］蔡文軍，李曉松.海軍艦船裝備保障能力評估理論與方法［M］.北京：國防工業出版社，2013：105-110.

［5］羅克露.計算機組成原理［M］.北京：電子工業出版社，2004：83-92.

［6］鄧元慶，賈鵬.數字電路與系統設計［M］.西安：西安電子科技大學出版社，2008：77-89.

［7］陳智育，溫彥軍，陳琪.VxWorks程序開發與實踐［M］.北京：人民郵電出版社，2004：7-8.

［8］劉炳文.精通Visual Basic6.0中文版［M］.北京：電子工業出版社，2000：45-60.

［9］GB 3187-1994.可靠性、維修性術語［S］.（GB 3187-1994，Terms of reliability and maintainability［S］）.

［10］潘豐，徐穎秦.自動控制原理［M］.北京：機械工業出版社，2015.

Research and Improvement of Cooling System in A Command and Control System

DAI lihuiWANG WenyaJIANG HaijunLUO Zhongliang
（Navy 4805 Factory of Xiangshan Shipyard，Ningbo315718）

The designed highest working temperature of a command and control system is 40℃.The cooling system sometimes cannot meets the work requirements causing system instability.Based on the analysis and research of the cooling system without changing the command and control system，improve the existing cooling system can completely solve the problem of the system that lead to system's instability in operation due to high temperatures thus the reliability of equipment systems can be improved and this approach has the certain innovation and promotion.

command and control system，cooling system，research to improve

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.034

2016年12月23日，

2017年1月25日

代麗慧，女，工程師，研究方向：檢測技術。王文雅，女，高級工程師，研究方向：機械設計與開發。姜海軍，

男，工程師，研究方向：電子導航技術。羅忠亮，男，高級工程師，研究方向：電子工程技術。