WJ20309-《军用计算机数字化热设计与分析要求》标准解析.docx

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WJ20309

《军用计算机数字化热设计与分析要求》标准解析

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段红欧阳长青

[摘要]对兵器行业标准WJ20309-2016《军用计算机数字化热设计与分析要求》中关于密闭式军用计算机和非密闭式军用计算机的热设计过程中包含的主要技术要素和数字化热分析等主要技术内容进行了分析，为正确理解和使用本标准提供参考。

[关键词]军用计算机；数字化；热设计；分析

doi：10.3969/j.issn.1673-0194.2019.07.037

[]F273[]A[]1673-0194（2019）07-0094-03

0引言

军用计算机是军事装备的重要组成部分，战争环境的恶劣及现代高科技电子战对军用计算机的可靠运行提出了更高要求，研发人员需要解决军用计算机的诸如电磁兼容性设计、热设计、防振动抗冲击设计等物理设计关键技术，而其中军用计算机的热设计是保证其可靠运行的重要手段。

由中国兵器装备集团自动化研究所起草的WJ20309-2016《军用计算机数字化热设计与分析要求》就是对军用计算机数字化热设计与分析经验的总结。

本文着重解析密闭式军用计算机和非密闭式军用计算机热设计过程中包含的各技术要素和数字化热仿真的基本要求、一般步骤等主要内容。

1密闭式军用计算机的热设计

1.1冷却方法的选择

军用计算机主要采用自然冷却、强迫空气冷却、间接液体冷却、热管传热等4种冷却方法。对于密闭式军用计算机可选择自然冷却方法，主要传热方式应采用金属导热。

1.2内部元器件的布局安装设计

（1）元器件的布局应符合气流的流动特性及有利于提高气流紊流程度；

（2）元器件的布局应根据其允许温度分类，按照耐热程度递增的方式布局；

（3）应尽可能减小安装界面的热阻及传热途径的热阻；

（4）尽量降低空气或其他冷却剂的温度梯度；

（5）对温度敏感的热敏器件应安装在冷区，不应安放在发热器件的周边；

（6）将高温元器件安装在内表面黑度高、外表面黑度低的箱体中，这些箱体与散热器应有良好的导热连接；

（7）减少高温和低温元器件之间的辐射耦合，加屏蔽板形成热区与冷区；

（8）以传导冷却的元器件宜独立安装在导热构件上；

（9）不发热元器件宜安装于箱体内温度最低的区域；

（10）元器件导线是重要的导热通路，引线尽可能粗大；

（11）功率电阻安装可采取适当的冷却措施以对减少周边元器件的热辐射；

（12）半导体应减少从大热源及金属导热通路的发热部分吸收热量，可采取隔热屏蔽板措施；

（13）变压器和电感应减小与其他器件间的相互热作用，宜将它安装在箱体内的单独一角或安装在一个独立的箱体内。

1.3印制电路板的自然冷却设计

1.3.1材料的选择

（1）宜选用新型合金、树脂石墨纤维、粉末加强复合材料等高导热材料；

（2）导热条（板）通常选用导热性能好的铜、铝合金制成。

1.3.2印制电路板上元器件排布要求

（1）用热仿真软件对印制电路板进行热分析，对内部最高温升进行设计控制；

（2）把发热高、辐射大的元器件专门设计安装在一个印制板上；

（3）板面热容量均匀分布，尽量不要把大功耗器件集中布放，如无法避免，则要把矮的元器件放在气流的上游，并保证足够的冷却风量流经热耗集中区；

（4）使传热横截面尽可能的大；

（5）元器件布局应考虑到对周围零件热辐射的影响。对热敏感的部件、元器件（含半导体器件）应远离热源或将其隔离；

（6）液态介质的电容器应远离热源；

（7）附加子板、元器件风道与通风方向一致；

（8）发热元器件应尽可能地置于印制板的上方，条件允许时应处于气流通道上；

（9）热量较大或电流较大的元器器件不能放置在印制板的角落和四周边缘，尽量安装于散热器上，并远离其他器件，并保证散热通道通畅；

（10）信号放大器外围器件尽量采用温漂小的元器件；

（11）尽可能地利用金属机箱或底盘散热。

1.3.3布线要求

（1）大电流线条尽量布置在印制板表面层，在不能满足要求的条件下，可考虑采用汇流排；

（2）热应力点考虑应力平衡措施并加粗线条；

（3）散热铜皮需采用消热应力的开窗法，利用散热阻焊适当开窗，宜采用表面大面积铜箔，并根据器件功耗、环境温度及允许最大结温来计算合适的表面散热铜箔面积；

（4）对印制板上的接地安装孔采用较大焊盘，以充分利用安装螺栓和印制板表面的铜箔进行散热；

（5）尽可能多安放金属化过孔，且孔径、盘面尽量大，依靠过孔帮助散热。

1.4机箱的热设计

密闭式军用计算机机箱应作为自然冷却散热通道，在热设计时可采用以下方法：

（1）增加箱体内表面的黑度；

（2）降低箱体内表面与发热器件接触面的表面粗糙度值；

（3）尽量增大箱体散热面积。

1.5散热器的选择

对于热流密度较高的元器件，自然对流