某艦載電子設備機箱結構設計

楊素珍 安子毅

【摘 要】艦載電子設備應具備抗惡劣環境、抗沖擊、良好的散熱性、良好的密封性和較高的防腐蝕性能等特點。在設計時需兼顧體積、重量、強度和散熱等要求。本文根據電子設備機箱的使用環境要求，進行了力學分析、熱學分析、密封設計和防腐設計等。

【關鍵詞】艦載電子設備;沖擊;散熱;仿真;密封;防腐

ABSTRACT：The shipboard electronic equipment should be featured with anti-corrosive environment，impact resistance，good heat dissipation，good sealing and high corrosion resistance. In design，We need to consider the requirements of volume，weight，strength and heat dissipation. In this paper，according to the environmental requirements of electronic equipment chassis，mechanical analysis，thermal analysis，sealing design and anti-corrosion design are carried out.

KEYWORDS：Shipboard electronic equipment;Strength;Heat dissipation;Simulation;Sealing;Anticorrosive

引言

本文中艦載電子設備機箱安裝于某新型艦上，機箱功能、性能等必須滿足艦載環境條件、相關國軍標和系統的技術要求[1]。由于艦載設備特殊的環境使用要求，對設備的力學、熱學設計提出了較高的要求。本文對該設備的結構設計進行了闡述，對關鍵部件的設計進行了仿真分析，并按照相關的國軍標要求開展了具體的試驗驗證。

1.設備組成及布置

該艦載電子設備機箱外形尺寸為：寬×高×深=650 mm×1020 mm×717mm，重量約240kg，由組件1、組件2、組件3、組件4和箱體等組成。該機箱在滿足力學性能的前提下，采用了GWF-A70HQ型底部減震器和GBJ-80KA型背部減震器組合的形式，進一步提高了機箱的可靠性，有效延長了該設備的使用壽命。機箱布置見圖1。

2.力學分析

為保證設備的結構剛強度滿足艦船使用環境，尤其滿足艦載設備抗沖擊GJB 150.18A-2009中的要求[2]，對設備進行了加速度沖擊仿真計算。

該電子設備機箱中箱體為重要的受力件，采用鑄造成型的形式，材料選用鑄鋁ZL101A-T6，其特性見表1 [3]。

二、分析工況

機箱在受100g沖擊作用下，箱體三個方向的應力情況。

三、分析結果

采用了ANSYS有限元軟件對機箱進行建模，對機箱箱體在100g 沖擊作用下，X、Y、Z三個方向的應力圖見圖2～4，并得出相應剛強度仿真結果見表3。結果表明，最低安全系數為1.33（Z方向），滿足設計要求。

3.熱分析

該電子設備機箱中，組件1和組件2需考慮熱設計。組件1模塊功耗見表4，組件2模塊功耗表見表5。

經過對表4、表5的初步分析，整個機箱的功耗為180W，采用強迫風冷的方式散熱，并使用FLOEFD軟件進行了熱仿真分析，分析結果見圖5。

由圖5可見，環境溫度50℃時，模塊的表面最高溫度為75.52℃，滿足模塊表面溫度不超過90℃的要求;因此由仿真分析可得，采用強迫風冷的冷卻方式能滿足熱設計要求。

4.密封設計

該電子設備機箱箱體采用鑄鋁的結構形式，蓋板采用鋁板，并采用導電密封圈和硅橡膠密封圈組合的密封形式。導電密封圈電磁屏蔽防護性能較好，防腐性能較差。硅橡膠密封圈電磁屏蔽防護性能較差，防腐性能較好。兩者組合的密封形式，最大程度的利用各自的性能優點，起到較好的互補作用，有效解決了艦載復雜環境條件下的密封要求。機箱密封設計示意見圖6。

5.防腐設計

機箱鑄鋁件采用防腐性能較好的ZL101A-T6材料，組件及模塊采用綜合性能較好的6060- T6材料，并對外表面噴涂了防護性能良好的氟碳漆;結構設計避免了積水可能;在結構設計時所有外露的緊固件均采用不銹鋼材質;所有外露的接插件均采用自帶密封圈，并在裝配中涂D05密封膠加強防護。

6.結束語

本文對該電子設備機箱從可靠性、安全性和環境適應性等多角度綜合考慮。充分利用有效空間進行設備布置，重點考慮了力學、熱學、密封和防腐設計，采用力學和熱學仿真設計驗證，并通過高低溫、沖擊等環境試驗，證實了該設備滿足使用要求，為同類艦載電子設備機箱結構設計提供較好的參考。

參考文獻：

[1]邱成悌，趙惇殳等.電子設備結構設計原理[M].東南大學出版社，2005.

[2]GJB 150.18A-2009.軍用裝備實驗室環境試驗方法沖擊試驗[S]，2009.

[3]徐灝.機械設計手冊[S].機械工業出版社，1991.

（作者單位：中國電子科技集團第五十一研究所）