电子设备舱设备架通风设计与仿真计算

刘牧　袁建新

【摘 要】本文介绍了飞机电子设备舱（简称E-E舱）设备架通风设计要求、设备架内设备布置和通风设计方案，采用CFD方法对设备架及周围区域的温度场进行仿真，分析验证了该设计布局下通风系统的性能。

【关键词】E-E舱设备架；强迫风冷；自然冷却；CFD

Avionics Compartment Rack Ventilation Design and Simulation

LIU Mu YUAN Jian-xin

（Shanghai Aircraft Design and Research Institute，Shanghai 201210，China）

【Abstract】This article introduces the aircraft avionics compartment（Abbreviation： E-E bay） rack ventilation design requirements，the equipments arrangement in the rack and the ventilation scheme.CFD is applied in this article to calculate and simulate the temperature field surrounding the E-E bay rack，and the ventilation performance of the design is verified.

【Key words】E-E bay rack；Forced ventilation cooling；Natural cooling；CFD

0 引言

随着民用飞机技术发展，机载电子设备的数量和种类不断增加，热功耗也越来越高，优化E-E舱内部设备布局，规范电子设备冷却设计接口标准和要求，提高电子设备冷却系统的效率越来越成为民用飞机环控系统设计的重要内容。

一般民用飞机机载电子设备集中安装在E-E舱的电子设备架上，设备架与通风系统相连，为电子设备提供统一的通风冷却接口，同时设备架周围的环境温度也需满足相应的要求，以保障电子设备的可靠性。

本文从民用飞机电子设备通风冷却系统设计角度出发，介绍了E-E舱通风冷却系统设计要求与工作原理、E-E舱设备架通风设计方案、和E-E 舱通风冷却系统安全性要求，并选取舱设备架典型区域进行仿真计算，综合分析验证了E-E舱设备架强迫风冷与自然冷却设备混装的设计是否满足系统性能要求。

1 E-E舱设备架通风系统设计要求

如图1所示为E-E舱设备架通风系统示意，对于设备架内存在强迫风冷设备和自然冷却设备混装的区域，需要向强迫通风冷却的电子设备内部提供冷却空气，同时将该层所有设备散发的热量通过顶部排气孔和风道排出机外。图1所示为E-E 舱强迫风冷设备和自然冷却设备混装设备架通风设计示意。

电子设备通风冷却系统正常工作时，应确保飞机电子电气设备舱的环境温度在RTCA /DO-160[1]第中规定的A2类环境温度范围内；对于安装在E-E舱内需要电子设备通风冷却系统提供强迫通风冷却的电子设备，应符合ARINC600[2]标准要求。

根据上述要求，E-E舱通风系统设计须满足ARINC600和RTCA/DO-160中规定的强迫通风冷却和E-E舱环境温度两方面的要求，具体见表1和表2。

该设备架顶层采用排风管道进行通风，设备架的中间层和底层都具有通风功能。对于设备架内存在强迫风冷设备和自然冷却设备混装的区域，需要向强迫通风冷却的电子设备内部提供冷却空气，同时将该层所有设备散发的热量通过顶部排气孔和风道排出机外。

对于强迫风冷设备，通过调节设备托架上孔板（图3所示）的开孔数量控制进入每个设备的冷却空气流量，以满足ARINC600要求。

通过设备架顶部排气孔（图4所示）将设备散发的热量排至设备架热风腔内，再通過E-E舱通风系统的排风管路排出机外，以控制E-E舱环境温度维持在ARINC600和DO-160规定的范围内。

3 E-E舱设备架仿真计算

假设E-E舱设备架设备布置，分别选取具两层具有强迫风冷设备和自然冷却设备混装的区域作为对象，采用icepak软件对区域的温度场和流场进行仿真计算。

3.1 计算假设与边界条件

根据ARINC600标准和DO-160中对电子设备舱环境温度的要求，为了保守起见假设计算域外部自由流动环境温度为55℃。

根据ARINC600中规定的电子设备冷却系统设计点性能参数，假设强迫风冷设备进口温度为ARINC600规定的设计点40℃，冷却空气流量为220kg/hr kW，设备顶部出风口排气温度为56.4℃。根据ARINC600设备表面温度不超过65℃，取极限值65℃。设备表面为对流换热和辐射边界条件，不考虑设备与托架之间的导热。

对于自然散热冷却设备，假设热载荷均匀分布，设备表面为对流换热和辐射边界条件。设备内部不参与计算，不考虑设备与设备架之前的导热。

计算区域两侧为绝热边界条件，不考虑对流换热和导热，计算区域前后表面为自由流动开口，顶部为绝热表面，顶部开孔模拟设备架顶部排气孔，排气孔直径假设为D。

计算考虑设备布置，电子设备热载荷，强迫风冷设备出口尺寸，强迫风冷设备出口流速，设备顶部排气孔个数，排气孔流速等参数和输入条件。

3.2 仿真计算模型

采用icepak软件，非结构化网格，三维稳态仿真计算，设备及隔板采用Hollow Block处理，设备出口和设备架进出口为opening。

E-E舱设备架1计算收敛后得到区域的温度场和流场，。由计算结果可见，计算区域环境温度（距离设备发热表面75mm处）低于ARINC600规定的65℃，最高温度为自然冷却设备LGCU壁面处71.5℃。

E-E舱设备架2计算收敛后得到区域的温度场和流场。计算区域环境温度（距离设备发热表面75mm处）低于ARINC600规定的65℃。最高温度为图中自然冷却设备壁面处84℃，考虑到实际情况设备内部通过设备表面开孔与环境之间存在对流换热以及设备外壳与设备架之间的导热，通过设备表面的发热量小于计算假设值，热备表面温度应低于此值。

4 结论

本文介绍了飞机电子设备舱设备架通风设计要求，以及设备架内部通风设计、设备布置等特点。通过选取设备架的典型区域进行CFD仿真计算，分析验证了设备架内部流量分配和设备周围环境温度的性能要求，可保证E-E舱电子设备工作的可靠性。

【参考文献】

[1]AIR TRANSPORT AVIONICS EQUIPMENT INTERFACES ARINC SPECIFICATION 600-19[S].2011，3（6）：32-37.

[2]RTCA DO-160G Environmental Conditions and Test Procedures for Airborne Equipment[S].2010，4.3：4-1- 4-9.

[责任编辑：田吉捷]