民機(jī)機(jī)載電子設(shè)備典型結(jié)構(gòu)探討論文
摘要：:民機(jī)機(jī)載電子設(shè)備在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要綜合考慮各類需求，尤其是散熱和強(qiáng)度，如何能在兼顧成本的情況下，設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的方案，需要工程師針對(duì)每一個(gè)專業(yè)進(jìn)行深入的分析。針對(duì)電子設(shè)備的散熱翅片和安裝支耳的設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真分析，得出最優(yōu)解，為后續(xù)此類產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供了參考，同時(shí)為廣大科研人員提供了一種設(shè)計(jì)思路。
關(guān)鍵詞：:民機(jī)機(jī)載電子設(shè)備;結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);仿真優(yōu)化;散熱翅;安裝支耳
引言
近些年，我國(guó)的民用飛機(jī)產(chǎn)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，相應(yīng)的機(jī)載電子設(shè)備迅速發(fā)展，以國(guó)外同類產(chǎn)品為目標(biāo)，開(kāi)始大跨步追趕超越，在電子設(shè)備機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域，針對(duì)民用飛機(jī)低成本的需求，各研發(fā)廠家在熱設(shè)計(jì)、強(qiáng)度設(shè)計(jì)等領(lǐng)域也開(kāi)展了大量的創(chuàng)新，如何確保設(shè)計(jì)最優(yōu)化，本文以設(shè)備外圍散熱翅和安裝支耳的設(shè)計(jì)為例，通過(guò)分析得出最優(yōu)解［1］。
1典型結(jié)構(gòu)介紹
在民機(jī)電子設(shè)備研發(fā)中，需要考慮散熱和加固需求，但往往受限于安裝空間或成本，設(shè)備需要設(shè)計(jì)散熱翅和安裝支耳，不同的結(jié)構(gòu)形式帶來(lái)的效果也大相徑庭，如圖1，是一些典型的電子設(shè)備結(jié)構(gòu)。
2散熱翅的設(shè)計(jì)
2．1典型的散熱翅和特點(diǎn)
對(duì)于自然散熱的產(chǎn)品，散熱翅的設(shè)計(jì)對(duì)散熱性能起到非常關(guān)鍵的作用，從圖1可以看出，很多產(chǎn)品設(shè)計(jì)了很高的散熱翅，這種典型結(jié)構(gòu)應(yīng)用也較為廣泛，此類散熱翅有以下特點(diǎn)［2］:1)常規(guī)產(chǎn)品的高翅片多位于側(cè)面(導(dǎo)熱面);2)有前后拔插模塊需求的產(chǎn)品，翅片則設(shè)計(jì)為環(huán)繞式;3)散熱翅片一般都大于10mm;4)大部分產(chǎn)品的散熱翅方向和重力方向一致;5)可以設(shè)計(jì)兼容高低翅片的結(jié)構(gòu)，也可以采用異形設(shè)計(jì)，以增大散熱面。
2．2散熱翅設(shè)計(jì)技術(shù)
在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，散熱翅的設(shè)計(jì)首先要基于產(chǎn)品的功耗，但是散熱翅的哪些特征是關(guān)鍵參數(shù)，如何去選取，以下針對(duì)散熱翅設(shè)計(jì)技術(shù)展開(kāi)論證［3］。1)散熱翅的參數(shù)散熱翅在設(shè)計(jì)過(guò)程中主要有以下參數(shù)，具體如圖2所示。圖中，L為零件長(zhǎng)度;W為散熱翅間距;H為散熱翅高度;D為散熱翅厚度。2)仿真分析以某模塊模型為例，該模塊元器件分布較為均勻，通過(guò)調(diào)整各參數(shù)，綜合考慮重量，分析散熱翅片如何最優(yōu)。模塊外形尺寸200×160mm，整板功耗約為40W，D1芯片約為15W，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，選D=2mm。模型如圖3所示。首先分析當(dāng)翅片高度H=50mm，間距W=4，6，8，10，12，14mm情況下，D1芯片的.溫度。仿真結(jié)果如圖4。然后分析當(dāng)W=4，6，8，10mm，翅片高度H=10～50mm變化情況下，D1芯片的溫度。仿真結(jié)果如圖5。最后分析當(dāng)翅片間距W=10mm，高度H=10～200mm變化情況下，D1的芯片溫度。如圖6所示。3)結(jié)論通過(guò)仿真分析，有以下結(jié)論:①以此模塊為例，翅片間距為10mm時(shí)，器件溫度最低;②翅片高度越高，器件逐漸降低，但當(dāng)翅片高度大于60mm時(shí)，變化趨勢(shì)變小。
3安裝支耳的設(shè)計(jì)
3．1典型的安裝支耳特點(diǎn)
在機(jī)載電子設(shè)備上，采用安裝支耳是一種典型的安裝方式，安裝支耳設(shè)計(jì)對(duì)于整機(jī)抗振動(dòng)防沖擊性能非常關(guān)鍵。如圖1所示，電子產(chǎn)品的安裝支耳設(shè)計(jì)多采用與箱體一體設(shè)計(jì)，并且安裝支耳兩側(cè)還設(shè)計(jì)有加強(qiáng)筋，如何在兼顧重量的情況下，設(shè)計(jì)最優(yōu)的安裝支耳，以下對(duì)安裝支耳的設(shè)計(jì)進(jìn)行分析［4］。
3．2典型的安裝支耳的設(shè)計(jì)
對(duì)于安裝支耳的設(shè)計(jì)，主要是根據(jù)產(chǎn)品的實(shí)際振動(dòng)環(huán)境進(jìn)行適宜的設(shè)計(jì)，涉及到的參數(shù)有本身的壁厚和是否設(shè)計(jì)加強(qiáng)筋，以某彎角件為例，當(dāng)重量一定的情況下，設(shè)計(jì)出4種形式，如圖7所示。從左到右，依次為:方案1采用常規(guī)設(shè)計(jì);方案2是在方案1基礎(chǔ)上增加了壁厚;方案3是在方案1的上部增加了加強(qiáng)筋;方案4是在方案1的下部增加了加強(qiáng)筋。方案2、方案3和方案4重量相同［5］。對(duì)彎角件上部的兩個(gè)安裝孔施加約束，對(duì)下方施加靜力，如圖8所示。可看出幾種方案的最大應(yīng)力為:方案1是58MPa;方案2是53MPa;方案3是40MPa;方案4是17MPa。通過(guò)仿真分析，有以下結(jié)論:1)同等重量下，增加加強(qiáng)肋條比增加壁厚有效;2)加強(qiáng)肋條位于彎角件下部時(shí)效果更好。4結(jié)束語(yǔ)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要根據(jù)需求去設(shè)計(jì)，同一個(gè)需求在不同的應(yīng)用場(chǎng)合可能有不同實(shí)現(xiàn)方案，要更多地去開(kāi)拓思維，不拘泥于某一個(gè)經(jīng)驗(yàn)，綜合各類因素，有針對(duì)性的去開(kāi)展設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)出最優(yōu)化的產(chǎn)品。
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