某型指控系统中冷却分系统的研究与改进

2017-06-29 12:00代丽慧王文雅姜海军罗忠亮
舰船电子工程 2017年6期
关键词:冷却系统舰艇指控

代丽慧 王文雅 姜海军 罗忠亮

(海军4805工厂象山修船厂宁波315718)

某型指控系统中冷却分系统的研究与改进

代丽慧 王文雅 姜海军 罗忠亮

(海军4805工厂象山修船厂宁波315718)

某型指控系在高温季节时其冷却分系统已不能满足其工作要求,造成系统工作不稳定。通过对冷却系统的分析,在不改变指控系统的基础上,对原有的冷却系统进行研究和改进,彻底解决了指控系统在工作中因温度过高而系统不稳定的问题,从而提高了装备系统的可靠性,具有一定的创新性和推广性。

指控系统;冷却系统;研究改进

Class NumberTP391

1 引言

在目前“网络中心战”和“信息化”的大趋势下,海军作战的各个环节将利用网络和信息技术进行整合,形成一个有机的作战整体[1]。作为我国引进的某型舰艇,是我东南沿海作战的主力装备,其突出特点是低噪声和先进的武器系统。该艇装备的某型指控系统为该型舰艇所装备的十分重要的电子对抗设备,具有较好的战术技术性能,对舰艇的作战和训练起着至关重要的作用,利用综合集成方法和信息技术将各武器装备、信息源以及体系内其他作战单元连接起来[2],通过其计算机控制系统对声纳、雷达、综合导航系统等装备传递来的信息进行采集处理,并通过计算机的解读向舰艇提供多种战斗机动要素,它是舰艇航行,特别是鱼雷攻击的唯一指挥和控制系统[3]。该装备在研制时由于是根据该国的气候条件和深海环境温度设计的,在艇内正常工作的环境要求主要有如下两点:一是相对湿度大,周边温度范围高,要保证计算机仪器能具备正常工作能力必须启动其冷却系统;二是舱外环境温度温差大。

在我国,该型指控系统自行配置的冷却系统在冬天时基本能满足指控系统的工作要求,也基本能满足舰艇在深海航行时的工作要求。只要温度正常,设备就可稳定工作。但在夏天进行鱼雷攻击训练时由于我国夏季海水温度较高,冷却系统冷却效果明显变差,冷却系统无法保证设备的正常工作温度,因此经常出现指控系统工作不稳定,故障率高,直接影响了部队的训练和战备值勤。

2 原冷却系统的组成及工作原理

指控系统的冷却系统的作用主要有:用于建立和保持指控系统计算机仪器内温度在规定范围内;当外部气压变化和故障状态下断开仪器电源时,用于干燥渗透到仪器中的空气;当周围空气湿度为98%以下时,冷却系统保持计算机仪器内部相对空气湿度在规定范围内。

该型指控系统的计算机系统为控制最高工作温度,其冷却系统采用淡水作为载热介质,在封闭环路中不断循环,并通过船舷外螺旋形管路,把热量排到船舷外海水中实现排热降温的。其工作原理为:当指控系统工作时,操作人员可根据实际情况启动水泵1或水泵2(也可同时启动),对机框降温。当启动水泵时,水箱的水经过自然水的冷盘管与海水进行热交换,从而降低了水温。自然水再经过指控系统机柜的冷盘管出来到水箱,循环使用,从而达到了冷却指控系统的要求。当冷却系统空气周围的温度高于规定时,冷却系统会自动断开计算机仪器的电源电路,保护指控系统中计算机仪器,其工作框图如下。

3 研究的必要性及技术指标制定

3.1 研究的必要性

由于受我国气候的影响,在夏天进行鱼雷攻击训练时由于我国夏季海水温度较高,冷却系统自然水冷却效果明显变差,无法保证设备的正常工作,因此经常出现指控系统工作不稳定,故障率高,直接影响了部队的训练。使装备使用人员和装备保障部门花费大量时间和精力对其进行维护保养,对此部队多次建议,希望有关部门尽快解决这一难题。根据部队需求,我们成立了专项研制小组,对这个问题进行研究。

研制小组对指控系统的技术文件深入学习,多次去舰艇某支队艇上调研,掌握了指控系统装备的组成、结构、安装位置及工作原理,为开展研制工作奠定了技术基础。同时,结合故障现象、概率进行统计分析,故障基本出现在指控系统中的计算机控制部分,而导致发生故障的直接原因则是指控系统中的冷却系统冷却效能不足所致。通过研制小组的调研和论证,认为在原由的冷却系统管路中,串入一套小型自动控制制冷机将经过海水冷却的自然水的温度降低到所需温度,提高原系统的制冷效果[4]便可以从根本上解决这一难题。因此,解决指控系统的高温问题,研制冷却分系统是非常必要和紧迫的工作。

3.2 冷却分系统技术指标制定

在分析指控系统原理的基础上,经过调研,确定了冷却分系统的技术方案,其战术性能指标主要有:

1)冷却分系统具有操作简单,显示直观,自动化程度高的特点。

2)对指控系统不作任何的改动。

3)技术参数为:工作电源为交流电;制冷功率为600W;压力为1.1kg/cm2~1.5kg/cm2;流量为5m3/h。

4)研制的仪器满足国家军用标准要求。

4 冷却分系统的设计原则和工作原理

4.1 设计的原则和思路

我们要研制的冷却分系统,是在海水冷却的基础上再进行一次冷却,从而能解决指控系统每到夏季因温度过高而工作不正常的问题。经过多方调研和艇上的实际情况,设计原则和思路有要达到以下几点要求:

1)不破坏原有的海水自然冷却系统,安装简单方便。

2)冷却效果能满足指控系统中计算机系统正常工作温度控制要求。

3)体积小,原理简单,便于操作、检修。

4)安装施工周期短,不影响部队训练和战备值班。

5)运行稳定可靠。

4.2 方案实施步骤

根据以上的研究思路,我们采取的技术途径和实施步骤为:

1)消化吸收原有的海水自然冷却系统的技术文件,到艇上作了充分的调查研究。

2)根据调研结果,完成研制方案。

3)对方案进行可行性论证。

4)根据总体要求对软、硬件设计、调试。

5)按标准化要求整理全部资料。

4.3 硬件设计和软件设计

根据设计原则和思路,冷却分系统硬件主要部件有:制冷压缩机、盘管冷却缸、微机智能控制装置[5]、显示控制面板、电磁阀、温控器、管路接口等。通过结构化设计[6],将上述部件组成一个系统的一体化分机,通过微机智能控制装置控制制冷系统的启动和关闭。

软件部分主要由实时操作系统和应用软件等构成。实时操作系统采用VxWorks,该系统运行速度快,资源占用少,在控制方面具有独到的优势,是实时操作系统的首选[7]。软件开发平台采用Visual Basic6.0界面开发平台[8]。应用软件由两部分组成:自检和实时测试软件,具有系统自检、监控水温状态、运行参数输入、数据交换等功能。

4.4 系统工作原理

自动冷却分系统的部件均安装在一个机壳内,成为一个整体,与原冷却系统联接时,只需通过阀门串联接在进水管路上即可。本分系统最大的优点是:体积小、重量轻、能耗低、操作方便、故障率低、不破坏原有结构、可靠性好(可靠性指产品在规定条件下和规定的时间内完成规定功能的能力[9]),可以根据需要进行选择性工作。其工作框图如下。

自动冷却控制系统的工作,主要由双智能控制器通过设定的程序控制完成[10],原系统在循环过程中,当指控系统回流的冷媒水的温度。一旦达到智能温控器所预设的温度时,制冷机启动,新增水泵B1工作。阀门F1、F2、F3关闭,阀门F4、F5打开,原循环系统切断,形成二路循环水,其中由原泵Y1工作的一路,将制冷机冷凝器中的热量,带入艇外水柜进行散热,从而确保舱室内的温度不受冷却系统的影响。另一路由新增水泵B1将冷量从蒸发器送入指控系统,冷却指控系统内的温度。如不需要制冷机工作,只需将制冷机关闭,系统上阀门F1、F2、F3打开,阀门F4、F5关闭,系统回复到原循环状态。

5 结语

本项目的完成对该型舰艇具有重要的意义,彻底解决了其指控系统在工作中因温度过高而系统故障率高的问题,提高了装备的可靠性。如果此方案能解决其他舰艇的同类难题,对提高海军新装备的整体战斗力和综合素质,具有积极作用。同时,该型指控系统故障率的降低、备品备件的使用减少,也具有较大的经济效益。

[1]许宏泉.一种面向业务的服务化舰载指控系统构造方法[J].舰船电子工程,2013,06:10-11.

[2]李耐和,黄锋等译.美国未来海军打击群C4ISR系统[M].北京:国防工业出版社,2009.10.

[3]潘冠华.舰艇综合指挥控制系统原理[M].西安:西北工业大学出版社,2010:4-7.

[4]蔡文军,李晓松.海军舰船装备保障能力评估理论与方法[M].北京:国防工业出版社,2013:105-110.

[5]罗克露.计算机组成原理[M].北京:电子工业出版社,2004:83-92.

[6]邓元庆,贾鹏.数字电路与系统设计[M].西安:西安电子科技大学出版社,2008:77-89.

[7]陈智育,温彦军,陈琪.VxWorks程序开发与实践[M].北京:人民邮电出版社,2004:7-8.

[8]刘炳文.精通Visual Basic6.0中文版[M].北京:电子工业出版社,2000:45-60.

[9]GB 3187-1994.可靠性、维修性术语[S].(GB 3187-1994,Terms of reliability and maintainability[S]).

[10]潘丰,徐颖秦.自动控制原理[M].北京:机械工业出版社,2015.

Research and Improvement of Cooling System in A Command and Control System

DAI lihuiWANG WenyaJIANG HaijunLUO Zhongliang
(Navy 4805 Factory of Xiangshan Shipyard,Ningbo315718)

The designed highest working temperature of a command and control system is 40℃.The cooling system sometimes cannot meets the work requirements causing system instability.Based on the analysis and research of the cooling system without changing the command and control system,improve the existing cooling system can completely solve the problem of the system that lead to system's instability in operation due to high temperatures thus the reliability of equipment systems can be improved and this approach has the certain innovation and promotion.

command and control system,cooling system,research to improve

TP391

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.06.034

2016年12月23日,

2017年1月25日

代丽慧,女,工程师,研究方向:检测技术。王文雅,女,高级工程师,研究方向:机械设计与开发。姜海军,

男,工程师,研究方向:电子导航技术。罗忠亮,男,高级工程师,研究方向:电子工程技术。

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