机载电子设备结构轻型化设计及应用

广州海格通信集团股份有限公司 符向斌 李 浩

一、前言

航天技术的发展一定程度上代表了一个国家科学技术发展的状况。世界上发展较优的国家都在航天方面投入了大量的人力物力，进而制造出满足国家需求的各色各样的机载电子设备飞机，又因为机载电子设备是该飞机的核心，因此它决定了一个飞机的性能。

因为载机的环境较为复杂，且其中的资源不充分，所以电子设备的结构的容积应小、质量小、且稳定性强。使机载电子设备轻型化高效的实现了设备的轻型化，使得飞机在实际运行过程中的机动能力增强。通过长期的实验和实践，通过减轻机载设备中的典型结构，进而实现了记载电子设备的轻型化，使所有设备总体质量减轻，有助于设备的后期维护和实际运行。

二、典型结构轻型化设计

（一）轻型化结构设计需求

航空中电子设备的各部件的大小及质量都有十分严格的设计标准，通常情况下设备安装的位置有限，因此为了在便于后期维护的基础上，充分的使用这有限的空间，飞机中的电子设备使用可替换模块的结构，然而安装架是其中连接电子设备和飞机接头的桥梁。电子设备中连接器的电缆以及其他设备的通电连接处均来自于设备后方的矩形电连接器实现，矩形电连接器中全部的电缆都通过安全架连通。（图1为航空电子设备安装示意图）

图1 航空电子设备安装示意图

图2 电子设备安装机柜示意图

安装机柜是实现电子设备安装架安装的设备。安装机柜不仅能为电子设备提供结构，同时保障了设备连接中所需要的环境，确保维修以及改装中实现快速的安装。（图2为航空电子设备安装机柜示意图）

实际上，怎样减轻机架结构，实现飞机的减重这一问题是其中的关键。通过对现有资料的分析对安装机柜的结构的轻型化设计进行详细的描述。

（二）典型结构轻型化设计

1.选材

航空电子设备在设计中有质量轻便、材料强度高、具有良好啊的导热导电能力、不易被腐蚀等要求，所以电子设备选材过程中，在保证材料强度和质量的同时，考虑材料的轻便性，通过对比发现铝合金材料具备上述特点，能够满足航空电子设备的使用，因此铝合金成为其重要材料。

2.典型结构轻型化设计的特点

机载雷达中的高频机柜通常用作替换部件，因此将其看作重点结构进行了解。

在实际的应用过程中，每个高频机柜都应该配有6～8个可替换元件，且质量都应不超过45kg。高频机柜是多层的结构类型，使用中用方管铝作为其主体支撑，其余通过三向或者四向接口相连，如图3所示。依据设备要求，接头使用铸铝如果在设计中要求个方向的垂直度，在设计中使用铆钉将接头和立柱进行连接。整体机柜的固定通常使用固定板等。电子设备通过电连接器通常使用安装架中的过渡板进行连接，通过机体的骨架将设备进行相连。

图3 接头形式示意图

机载电子设备的使用需要稳定结构的支持，而这种积木块式的框架结构就为机载电子设备的稳定使用提供了支持。这种结构能够使得电子设备在使用过程中成为一整体，无论是对于电缆的铺设还是在后期的检修中，这种开放式框架结构都能够为相关工作提供便利。相比较于传统的箱体式机柜，这种开放式框架能够更加有益于冷却，在传统的风冷和自然散热的方法基础上，还能够采用液体冷却。而且，在设备单元液冷系统中，开放式构架能够将系统的冷却水管架设在机架上面，提高了设备整体的机动性。而且，上述结构的使用，在很大程度上减轻了重量，尤其是在设计和建造过程中使用的新型、轻型材料，就更加使得机柜的重量能够很好的达到使用的重量要求，无论是对于后期的维护、提高载机结构的强度、减轻机载的重量等多种方面都具有很好的优势。

在机柜的设计过程中，设计完成之后需要对机柜进行三维模态分析，在投入使用之前需要对机柜进行振动试验，保证其在后期的使用中不会出现机械损伤以及松动等问题，避免在载机上出现变形以及撕裂等问题，保证其在使用过程中能够符合技术规定和要求。最终也可以发现，该机柜的设计能够很好的满足记载的需要，并且能够保证很好的结构强度和刚度。

3.试验系统中的典型结构轻型化设计

对于机载雷达地面测试系统中使用的高频机柜，采用铝XXC73-5型材作为机柜框架，并采用三向或四向铸铝连接器与机柜框架连接，形成接收/发射单元、馈电网络、电源、电缆等综合机架。

与其他传统机柜相比，机柜的结构形式大大减轻了重量，可维护性极强。雷达的优点在整个框架和测试过程中得到了充分的体现。它满足了实际需要，提高了性能，成功地解决了集成框架轻量化设计的难题。

三、轻型化结构的优化设计

随着航天技术发展，航空电子设备也在向着功能化、小型化以及轻便化方向发展，所以在机载电子设备轻型化的设计过程中，还需要不断进行新结构的开发和研究，最终实现电子设备的减重。

通常来说，在机载设备的单元会存在发热量较大的问题，尤其是在机载雷达中的单元设备，其发热量更大，所以在其机柜设备的安装以及走线等问题上需要更加注意，在实际的时候就要做进一步的优化。对于机柜的骨架以及冷板等结构，都要进行综合考虑，在材料选择时也要尽量选择轻便的材料，设计实现结构的轻型化，保证足够的布置空间，合理布局。选用性能优良、可靠性高、重量轻的细电缆也是减轻机柜重量的有效方法之一。当然，随着高新技术的发展，用于传输电信号的电连接器也将变得越来越轻，使机柜变轻、小型化成为另一种可能。除了大规模和超大规模集成电路的应用和微电子组装技术的快速发展之外，如何使各功能模块和设备单元变轻变小成为另一项重要的减重技术。

其次，在很多的机载雷达的天线结构设计和使用中，出现了“三明治”式夹心结构，该结构的使用在很大程度上减轻了设备单元的重量。这种结构主要由辐射单元、反射板组合而成。其中，反射板使用的是铝蜂窝夹心结构，在结构上将铝蜂窝板的两面分别胶接上铝板，所以形象的称为“三明治”结构。由于铝蜂窝板采用的是符合材料，所以其比重相对较小，在结构的设计和使用中其重量就会更小，这就在很大程度上减少了天线整体的重量，保证了设备单元的重量能够符合设计和使用的要求。

四、结论

综上所述，随着航天事业的发展和航空电子设备的轻型化趋势的不断推进，电子设备在飞机中的设置对于飞机性能提升等具有重要意义。因此，在电子设备的设计中，不仅要考虑传统的电气性能，而且要对其结构性进行考量，保证电子设备达到机载要求。此外，由于飞机的特殊性，所以在电子设备的设置中要更加注重空间要素，通过机载电子设备结构的轻型化发展来保证飞机具有更好的机动性和灵活性。机载电子设备结构轻型化不仅能够提高飞机的运输性能，而且能够提高飞机的作战性能，仍需要不断探索和发展。