基于3D打印技术的多功能一体化机载雷达构件

技术领域

本发明涉及通信探测设备技术领域,特别是涉及一种基于3D打印技术的多功能一体化机载雷达构件。

背景技术

机载雷达广泛应用于测绘、侦察等领域，是空中作战单位的核心部件。当前，机载雷达呈现轻小型化、机电热集成化、高精度高功率探测、复杂环境适应性等发展趋势。其中，机载雷达构件具有承载减振、散热传热、电气互联等重要功能，显著影响载荷服役性能。

参照图10，现有机载雷达的承载减振功能通过螺栓连接装配形成的骨架实现，螺钉标准件种类多、数量大，集成度差，且几乎不具有减振效果，平台产生的振动会几乎无衰减的传递到机载雷达的元器件上，从而影响元器件的可靠性及使用寿命；鉴于此，现有技术中会加装隔振器，但机载雷达活动空间会因隔振器变形而增大，造成不必要的空间浪费，同时还会降低雷达的探测精度。

现有机载雷达的散热传热功能通过定制的散热器实现，具体的，受加工工艺及加工成本限制，传统的风冷散热器翅片多以直齿为主，尽管搭配热管以提高散热器的均温效果，但当热流密度提高到一定程度时，这种传统的风冷散热器将无法满足性能要求，而液冷方式需要搭配液冷源，大部分时候受平台及成本限制，无法使用。

现有机载雷达的电气互联功能通过连接器、线缆及结构件上的固定孔实现。这种连接方式必须为线缆留下足够的转弯半径及安装空间，以矩形连接器为例，小型矩形连接器的连接处至少需要预留20mm空间用于安装，且必须预留足够的操作空间用于拆装，装配性及维修性差，空间利用率低，集成度低。

综上所述，现有机载雷达具有组成架构不集中、散热能力不足、轻小型化受限以及装配复杂的问题。

发明内容

本发明针对现有的机载雷达具有组成架构不集中、散热能力不足、轻小型化受限以及装配复杂的技术问题，提供一种基于3D打印技术的多功能一体化机载雷达构件。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种基于3D打印技术的多功能一体化机载雷达构件，包括减振单元、高导热单元以及电互联单元，所述减振单元为通孔结构，所述高导热单元包括两块分别连接于减振单元通孔贯通方向两端的导冷板和至少一个设置于减振单元内的散热翅片，其中一块所述导冷板沿厚度方向开孔，所述散热翅片连接于两块导冷板之间，所述电互联单元设置于另一块导冷板的外侧。

本发明的有益效果是：利用3D打印技术实现机载雷达构件的一体化，减少了装配工序，减少了螺钉标准件的种类、数量，提高了整体的装配性及维修性，改善减振效果不佳的问题，并将高导热单元和电互联单元相对安装于减振单元其内侧，利用减振单元整体增强减振效果，振动传递率减小，同时形成对高导热单元和电互联单元的保护作用，提高可靠性和使用寿命；导冷板与散热翅片直接接触，利用散热翅片与空气的热交换，实现风冷散热，提高散热传热效果；并将电互联单元设置于导冷板外侧，减少了线缆的使用，提高了电气互联的快速性和集成度，大大减少了雷达占用空间，实现机载雷达的轻小型化。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述高导热单元还包括连接于导冷板的热管。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过热管提高导冷板的均温效果，从而提高导冷板的导冷传热效率。

进一步，所述热管包括连接于导冷板的管壳和设置于管壳内的吸液芯，所述管壳内置有液体。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过在管壳内设置吸液芯，利用吸液芯的设计调整使热管获得具有远超出管壳材料的导热系数，与导冷板结合实现高导热功能。

进一步，所述电互联单元包括连接于导冷板并伸入散热翅片的波导管、两个用于对外连接的连接器以及连接于两个连接器的电路，所述连接器和电路均固定于导冷板外侧。

采用上述进一步方案的有益效果是：电路集成到了构件内部，减少了由于电缆电线安装带来的额外体积；连接器集成到了构件内部，便于实现搭载的机载雷达模块的快速连接，避免了连接器的手动安装；波导管集成到了构件内部，便于电磁波传输模块的快速连接，避免了波导管的手动安装。

进一步，所述电互联单元还包括连接于导冷板外侧的温度传感器，所述温度传感器与电路连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：温度传感器能够实时反馈导冷板的温度，便于实现对搭载的机载雷达模块的温度监测。

进一步，所述减振单元包括骨架和连接于骨架内的点阵超结构，所述骨架为通孔结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过设置骨架以安装高导热单元和电互联单元，并通过点阵超结构优化整个减振单元的减振性能。

进一步，所述点阵超结构包括多根长度低于5mm的细长杆。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高了机载雷达构件的轻小型化程度，为比刚度、比强度、弹性、韧性等力学特性调控提供了便利。

进一步，所述散热翅片的翅片为曲面结构。

采用上述进一步方案的有益效果是：提高散热翅片与空气的接触面积的同时兼顾散热翅片的热传递效率及风阻，提高风冷散热效率。

进一步，所述减振单元安装有对散热翅片进行散热的风扇。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用风扇提高散热效率。

进一步，所述减振单元上设置有用于安装雷达构件的安装部。

采用上述进一步方案的有益效果是：以便实现机载雷达构件的安装。

附图说明

图1为本发明第一视角的整体结构示意图；

图2为本发明第二视角的整体结构示意图；

图3为本发明第一视角的局部爆炸结构示意图；

图4为本发明第二视角的局部爆炸结构示意图；

图5为本发明热管的剖视图；

图6为图2中A部的放大结构示意图；

图7为图3中B部的放大结构示意图；

图8为本发明的局部剖面结构示意图；

图9为本发明第三视角的整体结构示意图，用于展示安装部；

图10为现有机载雷达的构件示意图。

附图中，各标号所代表的部件列表如下：

1、减振单元；11、骨架；12、点阵超结构；

2、高导热单元；21、导冷板；22、散热翅片；23、热管；231、管壳；232、吸液芯；

3、电互联单元；31、波导管；32、连接器；33、电路；34、温度传感器；

4、风扇；

5、安装部；51、辅助安装接口。

具体实施方式

以下对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

实施例1

如图1至图4，一种基于3D打印技术的多功能一体化机载雷达构件,包括减振单元1、和均设置于减振单元1内的高导热单元2和电互联单元3，减振单元1为通孔结构，高导热单元2包括两块分别连接于减振单元1通孔贯通方向两端的导冷板21和至少一个设置于减振单元1内的散热翅片22，其中一块导冷板21沿厚度方向开孔，散热翅片22连接于导冷板21的内侧，电互联单元3设置于导冷板21的外侧。

本实施例的有益效果是：利用3D打印技术实现机载雷达构件的一体化，减少了装配工序，减少了螺钉标准件的种类、数量，提高了整体的装配性及维修性，改善减振效果不佳的问题，并将高导热单元2和电互联单元3相对安装于减振单元1其内侧，利用减振单元1整体增强减振效果，振动传递率减小，同时形成对高导热单元2和电互联单元3的保护作用，提高可靠性和使用寿命；导冷板21与散热翅片22直接接触，利用散热翅片22与空气的热交换，实现风冷散热，提高散热传热效果；并将电互联单元3设置于导冷板21外侧，减少了线缆的使用，提高了电气互联的快速性和集成度，大大减少了雷达占用空间，实现机载雷达的轻小型化。

具体的，两块导冷板21分别设置于减振单元1通孔结构的两端，形成对通孔的封堵，整体形成朝向具有开孔结构的导冷板21一侧的开口结构，散热翅片22位于该开口结构内，并朝向该具有开孔结构的导冷板21的开口，以便于安装机载雷达构件，形成避让。其中，沿厚度方向开孔的其中一块导冷板21呈直板状，另一块导冷板21呈“L”状。散热翅片22采用多个翅片安装构成。

其中，导冷板21和散热翅片22均可采用Al Si 10Mg材料制成。

实施例2

如图3和图4，在实施例1的基础上，高导热单元2还包括连接于导冷板21的热管23。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，通过热管23提高导冷板21的均温效果，从而提高导冷板21的导冷传热效率。

具体的，热管23的数量不限制，可以是4个、6个、8个等，并均布于两块导冷板21上。且热管23可采用Al Si 10Mg材料制成。

实施例3

如图5，在实施例1、2的基础上，热管23包括连接于导冷板21的管壳231和设置于管壳231内的吸液芯232，管壳231内置有液体。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，通过在管壳231内设置吸液芯232，利用吸液芯232的设计调整使热管23获得具有远超出管壳231材料的导热系数，与导冷板21结合实现高导热功能。

其中，吸液芯232可采用Al Si 10Mg材料制成。管壳231内置的液体可以是液氨。

实施例4

如图3、图4、图7以及图8，在实施例1-3的基础上，电互联单元3包括连接于导冷板21并伸入散热翅片22的波导管31、两个用于对外连接的连接器32以及同时连接于两个连接器32的电路33，连接器32和电路33均固定于导冷板21外侧。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，电路33集成到了构件内部，减少了由于电缆电线安装带来的额外体积，并实现了电信号的传输；连接器32集成到了构件内部，便于实现搭载的机载雷达模块的快速连接，避免了连接器32的手动安装；波导管31集成到了构件内部，便于电磁波传输模块的快速连接，避免了波导管31的手动安装。

具体的，波导管31位于需传输超高频电磁波的区域，其一端位于导冷板21处，另一端伸入散热翅片22的开口内，以实现雷达模块间电磁波的传输。连接器32间隔设置有两个，位于电路33的起始端和末端，用于对外连接。电路33共形设置，如呈矩形结构排布于两个连接器32处，使外接连接器、电路、芯片共形到机载雷达构件上，提高电气互联性能，优化空间占比。

其中，波导管31可采用Al Si 10Mg材料制成。

实施例5

如图7，在实施例1-4的基础上，电互联单元3还包括连接于导冷板21外侧的温度传感器34，温度传感器34与电路33连接。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，温度传感器34设置于导冷板21上需要监控温度的区域，能够实时反馈导冷板21的温度，便于实现对搭载的机载雷达模块的温度监测。

进一步的，在实施例4和实施例5中，与构件共形的电路33能够与连接器32、温度传感器34焊点或其它芯片焊点结合，实现电信号的传输。利用电路33与构件的共形，提高构件整体的集成度，在与连接器32结合后因其具有定位效果，能够实现搭载的机载模块快速连接，从而实现电互联功能。

实施例6

如图3和图4，在实施例1-5的基础上，减振单元1包括骨架11和连接于骨架11内的点阵超结构12，骨架11为通孔结构。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，通过设置骨架11以安装高导热单元2和电互联单元3，并通过点阵超结构12优化整个减振单元1的减振性能。

具体的，骨架11为拓扑优化后的框架结构，以改变力学传递路径，使元器件处的振动加速度输出响应变小，实现减振功能；点阵超结构12设置于骨架11内，增加热交换表面积，优化压降，突破传统散热器热流密度限制。

实施例7

如图3、图4以及图6，在实施例1-6的基础上，点阵超结构12包括多根长度低于5mm的细长杆。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，提高了机载雷达构件的轻小型化程度，为比刚度、比强度、弹性、韧性等力学特性调控提供了便利。

其中，多根细长杆组成的点阵超结构12可根据受力形式调整，比如：多根细长杆组成多边形框架结构。

实施例8

如图4和图6，在实施例1-7的基础上，散热翅片22的翅片为曲面结构。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，提高散热翅片22与空气的接触面积的同时兼顾散热翅片22的热传递效率及风阻，提高风冷散热效率。

利用复杂曲面的设计自由性，调和散热翅片22接触面积、热传递效率与风阻的设计矛盾，获得具备最优散热效果的散热翅片22结构，从而提高构件的整体散热效果

实施例9

如图1和图2，在实施例1-8的基础上，减振单元1安装有对散热翅片22进行散热的风扇4。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，利用风扇4提高散热效率。

具体的，风扇4安装于骨架11上，且进风端通过开设于骨架11上的通孔连通于散热翅片22。

实施例10

如图9，在实施例1-9的基础上，所述减振单元上设置有安装部，以用于安装雷达构件。

采用上述实施例中优选方案的有益效果是，以便实现机载雷达构件的安装。

具体的，安装部5可以是1个、2个、3个、4个以及5个等，其一体成型与骨架11背离电互联单元3的一侧。

具体的，安装部5为多个设置于骨架11上的圆柱，圆柱内开设有螺栓孔，且圆柱四周为点阵超结构12，通过点阵超结构12保证安装部5的强度。

进一步的，在骨架11上还开设有多个辅助安装接口51，辅助安装接口51为通孔，以作为与其他雷达模块的连接接口。

进一步的，在骨架11上还突出固定有柱体，以作为雷达中天线模块的安装位置。

综上所述，本发明机载雷达构件的具体工作原理是：利用减振单元1替代现有技术中采用螺栓装配形成的骨架，并将高导热单元2和电互联单元3相对安装于减振单元1内，从而通过减振单元1承载减振功能；散热翅片22设置于减振单元1内，实现了散热功能并优化了空间使用；电互联单元3相对安装于减振单元1内，实现了电器互联功能的集成，优化了空间利用，从而实现了机载雷达构件减振、散热以及电气互联多功能一体化，解决机载雷达构件组成架构不集中、散热能力不足、轻小型化受限等难题，为提升新一代空基载荷的集成度和服役性能提供技术支撑。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。