導語：機載電子設備結(jié)構(gòu)“五化”設計分析一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

摘要:機載電子設備性能不斷提升，對電子設備結(jié)構(gòu)設計要求也相應提高。文章通過介紹機載電子設備發(fā)展趨勢，提出對電子設備結(jié)構(gòu)設計的需求。機載電子結(jié)構(gòu)設計專業(yè)應該按照數(shù)字化、綜合化、模塊化、通用化和智能化趨勢進行分析，提出相應專業(yè)研究內(nèi)容，為后續(xù)發(fā)展做好技術(shù)儲備。

關(guān)鍵詞:機載電子設備;結(jié)構(gòu)設計;五化

1緒論

機載電子設備泛指在飛行器上安裝應用的各類電子設備。機載電子設備系統(tǒng)發(fā)展過程中，相當長一段時間主要重視性能，而可靠性和可維護性則處于次要的地位，隨著機載電子系統(tǒng)日益復雜，維護時間不斷延長，維修費用不斷增長，可靠性和可維護性已上升到與性能處于同等重要的地位。解決這些問題的唯一途徑就是采用綜合化技術(shù)，基礎(chǔ)技術(shù)的迅猛發(fā)展，為實現(xiàn)先進的機載電子綜合化提供了可能［1］。

2機載電子設備結(jié)構(gòu)設計需求

電子設備結(jié)構(gòu)設計包含廣泛的技術(shù)內(nèi)容，逐漸成為一門交叉邊緣學科，其范圍涉及力學、機械學、材料學、熱學、電學、化學、光學、聲學、工程心理學、美學、環(huán)境科學等。［2］機載電子設備結(jié)構(gòu)設計技術(shù)發(fā)展，取決于機載電子設備系統(tǒng)技術(shù)需求。機載電子設備結(jié)構(gòu)設計主要針對飛行器特殊應用環(huán)境、面對各種封裝形式元器件進行設計，包括熱管理、強度及輕量化、電磁屏蔽、防護性設計以及人因設計等方面。

3機載電子結(jié)構(gòu)設計“五化”分析

機載電子設備向著數(shù)字化、綜合化、模塊化、通用化和智能化的方向發(fā)展，電子設備結(jié)構(gòu)設計也是圍繞著上述幾個方向發(fā)展。3．1機載電子結(jié)構(gòu)設計的數(shù)字化。數(shù)字化在機載電子設備整機可以理解為數(shù)字電路替代模擬電路，也可理解為利用數(shù)字仿真技術(shù)的基于模型的正向設計技術(shù)，結(jié)構(gòu)設計主要是后者。機載電子結(jié)構(gòu)設計以散熱設計為例，機載電子設備性能越來越高、組裝密度越來越高，元器件采用低功耗技術(shù)，設備采取降額設計［3］，但機載電子體積重量也隨之減小，熱流密度并沒有降低，反而在不斷提升。電子設備散熱方式包括自然散熱、強迫風冷和液冷等，更高效的散熱方式系統(tǒng)負擔(所需資源)會更多，導致系統(tǒng)設計難度按比例增大。因此在滿足系統(tǒng)需求基礎(chǔ)上采用更為高效散熱方式是設計人員的首選。目前電子設備的熱設計，幾乎都處于散熱能力的邊界，以往通過類比、根據(jù)經(jīng)驗進行設計的方式很難做出選擇，必須通過可量化的數(shù)據(jù)準確仿真計算，才能最終確定設計方案。機載電子設計結(jié)構(gòu)設計早已不僅是簡單的機械設計，而是包含詳細特征的全數(shù)字樣機設計。3．2機載電子結(jié)構(gòu)設計的綜合化。綜合化不是各個航空電子分系統(tǒng)的有機組合，而是將整個航空電子設備作為一個飛機的子系統(tǒng)進行設計和工作，構(gòu)成一種結(jié)構(gòu)和功能綜合的航空電子綜合系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。綜合化對結(jié)構(gòu)帶來的挑戰(zhàn)主要是整機功耗增加，局部熱流密度更高。模塊集中在一起，機架的尺寸及重量也相應增加，傳力路線更加復雜，模態(tài)變化對元器件的影響也更加復雜。綜合化機架設計與普通電子設備有區(qū)別。以模塊升級更換為例:很多功能模塊集中在一個機架中，由于模塊需要升級和維護拆裝，模塊自身拆卸機構(gòu)壽命應與電連接器的壽命相同，如果采用封閉式機架，則外部密封機構(gòu)的拆卸壽命應等于所有內(nèi)部模塊壽命之和。3．3機載電子結(jié)構(gòu)設計的模塊化。模塊化是目前工程設計人員較為認同的一種設計方式，模塊化至少包括三個層級。第一層是機架通過簡單方式與安裝平臺連接在一起，機架與以往的可替換單元形式一致，可視為是單獨的模塊，具有背板和IO。第二層綜合化模塊是一種獨立功能模塊，模塊通過機械快卸方式連接實現(xiàn)安裝連接，通過連接器實現(xiàn)電氣連接。第三層是模塊內(nèi)部，機架內(nèi)部也采用模塊化思維進行設計，采用幾種通用功能模塊堆疊進行組裝，實現(xiàn)不同的功能組合，模塊化的設計能保證產(chǎn)品可維修性和可保障性，但是模塊化的方式也有弊端，比如基本模塊都是貨架化產(chǎn)品，其功能一般覆蓋較全，冗余較多，而且模塊組裝層級多，電連接器等連接方式增多，安裝復雜度提高，空間占用大，電氣傳輸信號受影響，產(chǎn)品MTBF指標會降低，一般模塊內(nèi)部的連接不建議超過三級。3．4機載電子結(jié)構(gòu)設計的通用化。通用化的基礎(chǔ)是標準化，只有遵循一定標準系列才能可能形成通用化的產(chǎn)品。制定模塊標準的目的就是為了提高航空電子設備的通用性。電子設備結(jié)構(gòu)設計通用化指在結(jié)構(gòu)設計中采用通用化技術(shù)。以某標準模塊結(jié)構(gòu)設計為例，可將其中通用的結(jié)構(gòu)件抽取出來，形成通用件，甚至將采用某種標準體系的模塊結(jié)構(gòu)件設計成半成品批量生產(chǎn)，只根據(jù)最終的元器件布局形成對散熱以及加固進行優(yōu)化排列，提高生產(chǎn)效率，減少產(chǎn)品品種。模塊通用化設計減輕了結(jié)構(gòu)設計工作量，提高了產(chǎn)品的競爭力。結(jié)構(gòu)通用化設計要注意優(yōu)先系數(shù)的應用，確保模塊尺寸設計經(jīng)濟合理。3．5機載電子結(jié)構(gòu)設計的智能化。智能化是由最新的計算機技術(shù)和微電子技術(shù)結(jié)合而形成的一種尖端技術(shù)，一般都是電氣性能智能化，而認為結(jié)構(gòu)并無智能化要求。實際目前電子產(chǎn)品實現(xiàn)機電一體化設計，可以通過結(jié)構(gòu)與電氣功能結(jié)合，結(jié)構(gòu)設計也有智能化的趨勢。如通過產(chǎn)品通風孔面積的調(diào)整，或?qū)︼L機轉(zhuǎn)速的等參數(shù)的調(diào)整，對散熱能力進行調(diào)整，確保產(chǎn)品在穩(wěn)定的溫度范圍內(nèi)進行工作，減少溫度沖擊對產(chǎn)品壽命的影響，降低產(chǎn)品功耗，減少噪音。

4總結(jié)

機載電子設備結(jié)構(gòu)技術(shù)作為電子系統(tǒng)的重要技術(shù)支撐，確保機載電子設備各項指標滿足實際使用要求，提升產(chǎn)品可靠性和可維護性。機載電子設備面對復雜的飛行器環(huán)境，性能提升必須依靠方法系統(tǒng)提升，結(jié)構(gòu)設計技術(shù)迭代速度比電子產(chǎn)品慢，要緊跟系統(tǒng)發(fā)展方向，滿足未來機載電子發(fā)展的需求，必須提前預判、做好各專業(yè)方向技術(shù)研發(fā)儲備，才能適應機載電子設備數(shù)字化、綜合化、模塊化、通用化和智能化發(fā)展方向。

參考文獻:

［1］［奧］羅蘭•沃爾夫格著，牛文生，等譯．航空工業(yè)出版社，2015．

［2］邱成悌，趙惇殳，蔣興權(quán)．電子設備結(jié)構(gòu)設計原理．東南大學出版社，2004．

［3］劉建影著，郭福，馬立民譯．科學出版社，2013．

作者:張豐華 單位:中航工業(yè)西安航空計算技術(shù)研究所