【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^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】
关键词：电子设备，热控制技术，维护
中图分类号：V243 文献标识码：A 文章编号：
电子设备中的热控制技术是提高产品工作效率、工作可靠性的关键环节，日益受到各军工厂、所的重视。落实好电子产品的热控装置的维护，有助于把电子产品的研制工作及安全提高到更有效、更规则、更合理、更科学的阶段。
1 电子设备热控制技术现状
我国电子设备热控制技术自主性研究始于二十世纪六十年代初，随着功率器件的不断涌现，发射功率的提高，强迫风冷，强迫液体冷却、蒸发冷却相继研制成功，并得到了广泛的应用。如当时大型计算机的静压室风冷，雷达发射机中磁控管、速调管、调制管、阻尼管、行波管的风冷、液冷。广播发射机的水冷和蒸发冷却。机载电子装备的风冷和液冷。地面通讯设备的整机风冷、舰船设备的风冷和液体冷却、宇宙设备的热电致冷、辐射冷却和热管传热等等。经过几十年的努力，我国已形成了一支素质较高、设计能力较强的热设计队伍。在有关高校中设置有热设计的课程，培养了一批热设计的研究生。国内各单位也举办了上百次的热设计讲座和研讨会。热设计技术已得到了普遍的重视。在已取得的热设计成果的基础上，一些特别恶劣环境条件下应用的电子设备热控制技术，也取得了长足的发展。如机载设备 ATR 机箱的热分析、空芯PCB机箱的热设计、充氦导热模块的热设计，热管传热的多用途应用。最佳自然冷却和风冷 PCB 间距的研究，导热液体填充袋，低热阻导热膏、导热脂的研究，微通道散热器的研究等等都已经取得了可喜的成果。一些热控制器件，如散热器(型材散热器、又指型散热器、电力散热器)已形成规模生产，特种热管(扁平热管、柔性热管)均已有一定规模的生产能力。
2 电子设备的热控制方法
2.1 自然冷却
自然冷却：导热、自然对流和辐射换热的单独作用或两种以上换热形式的组合。其优点是可靠性高、成本低。在功率密度不高的电子设备中应用较多。为增强电子设备自然冷却能力。。（2）提高机壳向外界的传热能力。（3）尽量降低传热路径各个环节的热阻，形成一条低热阻热流通道，保证设备在允许的温度范围内正常工作。
2.2 强迫空气冷却
利用风机、风道等专用部件迫使空气强行对流来达到降温散热的目的。
2.2.1 整机的抽风冷却
整机的抽风可以分为有风管和无风管两种形式。抽风冷却主要适用于热量比较分散的整机或机箱。抽风的特点是风量大，风压小，各部分风量比较均匀。由于它的热空气密度较小，有一个浮升力，因此，抽风机一般都装在机柜顶部或上侧面，出风口面向设备周围的大风。
2.2.2 整机的鼓风冷却
整机的鼓风冷却也可分为有风管和无风管两种形式。
2.2.3 通风机的选择与使用
选择通风机需要考虑的因素很多，诸如空气的流量及速度、通风机的效率、通风系统的阻力特征、环境条件、风量、风压、噪音、体积和重量等，其中主要参数是风量和风压。要求风量大，风压低的设备一般选用轴流式风机，反之可选用离心式风机。通风机的串联适用。当通风机的风量能满足需要但风压小于风道的阻力时，可采用通风机串联适用，以提高工作压力。通风机串联时，风量基本上等于单台风级的风量，风压则相当于两台风机压力之和。通风机的并联适用。通风机并联的风压是单台风机的风压，但风量是各风机风量之和。并联适用的有点是气流路径短、阻力损失小、气流分布比较均匀，但效率较低。通风机的位置。强迫通风冷却时气流方向及风机的安装位置等将影响冷却的效果。轴流式鼓风系统由于风机位于冷空气的入口处，把冷空气直接吹入机壳内，可以提高机壳内的空气压力，并产生一股涡流，改善换热性能。但风机电机所产生的热量也被冷空气带入机壳影响散热效果。
3 热控制装置的维护及检修
热控系统监控功能不断增强，范围迅速扩大，故障的离散性也增大。当热控系统的控制逻辑、测量和执行设备、电缆、电源、热控设备的外部环境，以及安装、调试、运行、维护检修人员的素质等这中间任一环节出现问题，都会引发热控保护系统的误动。因此，如何进一步做好热控系统维护及检修，提高热控设备和系统运行的安全可靠性至关重要。。
3.1 热电偶检修
在检查热电偶时，首先应检查绝缘，然后检查电极是否有裂纹、脱层、磨损，工作端有无小孔，表面是否光洁。若发现电极有以上情况应更换。对重要测点的保护套也应进行检查，除外观检查没问题外还应由金相室进行检查。对于装热电偶检查元件损坏只能整体更换，并查找烧坏的原因。热电偶在安装时必须符合安装要求，应避免装在炉孔旁边或与加热物体距离过近以及具有强磁场之外，热电偶的接线盒不应碰到被测介质的容器壁。热电偶参比端的温度一般不应超过 100度，并且避开被雨淋的地方。在安装高温高压热电偶时，一定严格保证其密封面的密封。带瓷保护管的热电偶，必须避免急冷急热，以防瓷管爆裂。
故障分析：
3.1.1 热电动势比实际应有的小：a)热电偶内部漏电；b)热电偶内部潮湿；c)热电偶接线盒内接线柱短路；d)补偿导线短路；e)测量端损坏；f)补偿导线与热电极的极性接反；g)安装位置或受热长度不当；h)参比端温度过高；i)热电偶种类与仪表刻度不一致。
3.1.2 热电动势比实际应有的大：a)热电偶种类用错；b)补偿导线与热电偶种类不符；c)热电偶安装方法或插入深度不当；d)补偿导线与热电偶间接线松动。
3.1.3 测量仪表示值不稳定：a)接线柱和热电极接触不良；b)热电偶有断续接地和短路现象；c)热电极将断未断；d)安装不牢固, 热电偶发生摆动；e)补偿导线有断续接地和短路现象。出现以上情况应认真检查,仔细分析,排除故障,确保设备安全运行。
3.2 热电阻检修
外观检查: 检查感温元件的瓷管是否完整,电阻丝有无损伤、紊乱、腐蚀现象,然后检查电阻值。安装和接线检查同热电偶相同。(1)故障分析：a)指示值比实际值低或指示值不稳定：保护管内有水或接线盒上有金属屑、灰尘或热电阻短路；b)指示值无限大：热电阻断路；c)指示值最小：热电阻短路,显示仪表接线接错。对以上出现的情况, 若查出热敏感元件损
坏应进行修复或更换。以上是关于热控装置维护的两个例子，要切实维护好电子设计中热控装置的安全及有效性，从根本上说，应当加强热控系统设计的科学性与可靠性、控制逻辑的条件合理性和系统完善性以及热控技术监督力度和管理水平，开展热控系统与设备质量评估工作。
有必要在贯彻落实热控系统检修运行维护规程的基础上，结合安全评价标准，收集、消化吸收国内有关电子设计技术的管理经验。总结、提炼自动化设备运行检修和管理经验、事故教训，编制一个系统化、规范化、实用、可付诸操作的指导条例，用于开展行业热控系统设计、基建、运行维护、检修、监督的评估工作。并且减少设计、选型、安装调试过程中的安全隐患和遗留问题，提高基建移交商业运行机组热控系统的可靠性。
参考文献：
[1] 高泽溪，高成，王诞燕，电子设备热设计、热评估实施要求，[J]. 电子产品可靠性与环境试验，2002，（3）
关键词：机械设备；自动化技术；应用
在工业生产的过程中，机械自动化技术在这一过程中得到了十分广泛的应用，机械设备自动化在机械生产的过程中发挥着越来越重要的作用，这也使得我国的机械生产水平越来越高，企业在这一过程种也得到了更高的经济效益，因此从某种角度上来说，这种技术具有非常好的发展前景。
1、信息流的应用
1.1计算机辅助设计与制造
在CAD（计算机辅助设计），包含很多内容，主要有：优化、概念设计与辅助绘图、仿真以及过程管理等。在CAM（计算机辅助制造）广义的内容包含和物流有关的全部内容，狭义的辅助制造则是生产装备间的活动。在信息化制造快速发展的今天，最为狭义的CAM可以缩略为数控编程，CAPP工艺设计是专门的独立系统。
1.2辅助工艺和数据管理
计算机辅助工艺是信息制造过程中十分关键的一个环节，它在应用的过程中主要将CAM和CAD当做是重要的桥梁和纽带，在工作的过程中可以借助CAPP对整个生产的工艺进行全面的优化，同时还能有效的提高了编程的质量和效率，使得整个工艺都朝着标准化的方向发展。如果从产品数据和管理的角度来理解，数据管理实际上就是设计制造和跟踪整个流程当中必须要使用到的数据，同时还要按照充分的利用这些数据对系统进行改进和优化，在整个流程当中，PDM能够建立起信息和产品之间的关联，在这一过程中也就要求PDM当中必须要包含所有的数据内容。
2、物流供输
物流供输是机制造中不容忽视的一个部分，同时它能够将生产中需要的物料及时准确的放入到仓储或者是不同的设备，针对物料机械而言，物料在整个流程中，最先经历的是生产和制造环节，在对物料进行输送之后，就可以到达其应处的地点。在物流供输的过程中，机械设施一般包括三种，一种是单机自动系统，一种是自动树洞系统，最后一种是FMS物料运输。单机装置在运行的过程中主要是要将输料、上料和下料、搁料、出料器和定位定向的设施组成。这样就可以更好的保证了上下料工作的质量和水平。自动输送主要是由悬挂小车、输送机、导向小车和夹具共同构成，它在实际的工作中可以很好的完成自动化的线上上料。而FMS物料传输系统运行的过程中主要是由自动导向和悬挂、有轨小车和自动化仓库构成。
3、刀具与加工
在平常的生产和生活中，刀具是一种重要的金属切削产品，在机床加工还有柔性制造等诸多领域都是需要有刀具参与的，刀具的自动化实际上就是指机械设备在加工的过程中采用自动的方式来完成换刀、对刀、走刀和选刀的过程。而加工的自动化主要就是指在加工循环的前提下完成装卸设备和辅助刀具自动运行，半自动化设施通常就是指加工的循环性设施。在应用班自动化和自动化技术的过程中可以很好的提高加工的质量和效率，同时加工的过程中也更加的灵活，体现出了其自身的柔性特征。
在以往的加工流程当中，车床的上料、原料的运输和机械的装配就已经超过了所有费用的五分之二，作业的时间是综合的五分之三，在这一过程中也会受到很多因素的影响，在这样的情况下就会产生比较明显的安全事故，如果在采矿活动的过程中使用提升设备，生产中的安全性将会有非常明显的提升，这样也就使得整个运输过程的安全性和可靠性更强。
在机械设备自动化加工的过程中，因为自身的加工标准和要求是存在着十分明显的差异的，因此，自动化的体现形式也有着十分明显的差异，比如采用加工设施对机械设备进行自动化的改造的时候就应该使用专业性的自动化机械和设备完成整个加工过程。在使用自动化技术的过程中自动化设备就可以完全取代人的劳动，一些自动化机械在生产的过程中还能取代一部分的智力劳动。加工系统通常由两个部分组成，一部分是加工机床，一部分是机器，不同的系统，其功能也有着十分明显的差别，在生产的过程中，有些系统虽然处在相对比较单一的状态，但是在系统运行的过程中，其稳定性和安全性非常强，同时自动化水平也比较高，这样一来就极大的提高了生产的质量和效率。在生产加工的过程中，使用自动化技术也成为了最好的一种选择。
4、装配
在机械设备自动化技术应用的过程中，装配的自动化是在一些技术已经得到了比较好的应用基础上，通过一些其他方面的操作对其进行全面的处理，将一些零件重新的组装起来，这样就可以构成一种新型的工艺结构，这也成为了企业生产中创新的一个十分关键的部分，同时它也是整个过程当中最为重要的一个部分，为了更好的保证机械配置的水平，在装配的整个过程中，一定要严格的按照相关的标准和要求对其进行有效的控制，机械装置自动化技术是研究中十分重要的一个项目，因此机械装配工作也被人们称作是机械自动化应用过程中的战略性内容。
5、检测过程
在我国很多现代化制造技术和自动化技术在这一过程中都得到了非常迅猛的发展，此外在生产的过程中也出现了很多新型材料，这些材料的出现也使得整个过程中传统的检测技术已经不能很好的顺应当今技术发展的实际需求，因此在这样的背景下也出现了多种识别技术，比如说在电源信号基础上的刀具磨损检测等。
6、柔性制造与集成制造
在机械自动化生产的过程中，柔性制造就是指在机械设施运行的前提下使用柔性的方法和设施等来确保一个生产流程的顺利实施，在柔性生产的过程中，主要有两种形式，一种是柔性装配系统，一种是柔性加工系统，在这一过程中，柔性自动线是制造系统率当中非常重要的一个指标，它主要是借助固定路径和传输形式，将不同的加工过程无缝连接起来，这样一来也就更好的保证了生产的效果和质量。
。
7、农业机械与工程应用
从目前的农业机械操作来看，已经属于无人操控的状态，这不仅减少了人力，同时也节约了资源消耗，并且广泛应用于耕种、灌溉、收割等方面。在精准机械应用，主要包括自由控制、温度控制以及遥控功能等，这项技术不仅减小了成本消耗，同时也大大提高了生产质量。
8、结语
机械设备自动化技术作为人类长期追寻的目标，在科学技术以及制造水平快速发展的环境下，使用自动化技术不仅能增强产品质量，还能推动市场竞争力，提高企业产品质量与效益。因此，在实际工作，必须做好机械设备的应用和推广，在一切以实际出发的同时，着重发展自动化技术。
参考文献
关键词：防雷保护；建筑防雷；设备防雷；防雷击电磁脉冲；电涌保护器
Abstract: This paper mainly according to the airport terrain, buildings and equipment characteristics, design of integrated lightning protection technology not only fully consider the lightning protection, and strictly implement the electronic equipment of lightning electromagnetic pulse and surge protection, to complement each other, effective and reasonable in economy.
Keywords: lightning protection; lightning protection equipment building; lightning protection; lightning electromagnetic pulse; surge protector
中图分类号：TU856文献标识码：A文章编号：
随着民用航空事业的蓬勃发展,作为运输终端的各地机场的规模不断扩展。由于机场一般处于郊野空旷地带,其塔台航管楼、航站楼、油罐、机库、导航台、气象雷达站相对于附近其他建筑物或设施较高,时有雷击事故发生,而且这些建筑物内部装有大量昂贵的电子设备,很容易因感应雷击电磁脉冲而遭到破坏,严重影响航班飞行的安全,造成重大国家财产损失和人员伤亡。因此,既要重视对重要建筑物的防直击雷的设计和施工,又要加强对这些建筑物内部电子设备的防雷击电磁脉冲和防电涌的设计和管理,才能保障建筑、设备和人员的安全。
1. 防雷的重要性
现在是电子信息时代,社会各项事务均高度依赖电子计算机,使得各种自动他
设备、仪表、生产线及通信设备得以高效运转。为提高设备工作性能和降低能耗,必然大量采用低压工作的大规模和超大规模集成电路,以及采用各种高新技术电子器件。这些集成电路和电子器件的耐过压水平很低,采用这些器件的设备易受电磁干扰,特别是雷电袭击而产生的电磁脉冲和内部强电设备操作而产生的电压浪涌,大大增加设备损坏的可能性,甚至可能中断整个系统的运行,并造成难以估计量的经济损失。雷击和电涌己经成为信息时代的一大公害,引起各国的充分重视。
国家各部委均为此制定了国家的和行业的各类防雷技术规范,其中机场相关的包括国家技术监督局制订的GB50057－94《建筑物防雷设计规范》(2000年修订版)、民用航空总局的MH/T4020-2006《民用航空通信导航监视设施防雷技术规范》、中国气象局的QX 2－200《新一代天气雷达站防雷技术规范》等。这些规范看齐国际标准,并结合我国经济发展水平和防雷产品市场而编制。。
2. 防雷区的划分
依据GB50057—94《建筑物防雷设计规范》(2000年修订版),在以雷击点为中心的1.5～ 2km的范围内,一切金属导体(例如,电力线、通信线路、金属供水、气、热管道)上都可能产生危险的过电压,损坏线路上的设备,同时对人身安全也构成不可预测的危险。近年来,随着大量的数字设备和精密仪器应用的范围日益广泛,雷电造成的损坏事故有逐年上升的趋势,做好电子设备的防雷等电位连接,安装合适的防雷和电涌保护装置,已成为迫切需要。从EMC(电磁兼容)的观点来看,应将需要保护的空间划分为不同的防雷区,以规定各部分空间不同的雷击电磁脉冲的严重程度和指明各区交界处的等电信连接点的位置。各区以在其交界处的电磁环境有明显改变作为划分不同防雷区的特征。
(1)LPZ0A区：本区内的各物体都可能遭到直击和导走全部雷电流,电磁场没有衰减。例如,各种天线、架空入户的电源和信号线、非铠装非穿钢管电缆、明装或直埋的金属供水、气、热管道等,该区不在接闪器(避雷针、带、网)保护范围内。
(2)LPZ0B区：本区内的各物体不太可能遭到直击雷击,但本区内的电磁场没有衰减。例如,全程铠装的电信电缆、穿金属管距离大于50m的深埋电缆等。该区在接闪器(避雷针、带、网)保护范围内。
(3)LPZ1区：本区内的各物体不太可能遭到直击雷击,流经各导体的电流比LPZ0区小；本区内的电磁场可能衰减,这取决于屏蔽措施。例如,高低压配电、电容、变压器室、通信电缆和计算机网络跳线配线用总配线室、沿外走廊、窗户的一般办公区等地方。在通常框架、框减、减力墙、框筒、筒中筒、大板等混凝土钢结构或预应力结构的建筑物,依据IEC61312-2中的指南说明,电磁场可能衰减25dB至30dB。
(4)LPZ2区：当需要进一步减小导入的电流和电磁场时,应引入后续防雷区,并按照需要保护的系统所需要的环境区选择后续防雷区的要求条件。例如,一些重要电子设备和有大量精密仪表的机房、仪表室、办公区域。
(5)LPZ3区：通常是指电子设备机箱、机架、机框内空间,其电磁场又进一步得到衰减。通常,防雷区级别越高,电磁环境的参数越低。
任何外避雷系统应该包括完善的接闪器(常规的避雷针、带、网和符合标准的E.S.E避雷针),可靠引下线(含由主钢筋焊接的法拉第笼)和一个低电阻联合接地网(应符合相关国家和行业标准的要求)。
3. 设计原则
结合前述,在进行机场建筑和设备防雷设计时,充分考虑直击雷防护,又严格执行电子设备的雷击电磁脉冲和电涌保护,做到相辅相成,有效而经济合理。一个系统全面的防雷设计,在工程一开始的阶段就应予以充分重视和系统规划
考虑,在与业主和防雷技术专家充分而认真进行技术论证后,电气和设备安装设计考虑并体现在初步方案和系统图,施工图进一步细化,达到有效和经济目的。
3.1 外部避雷系统
机场大部分建筑物属第二类防雷建筑物,部分建筑物,如塔台、雷达塔等要求更高为第一类,小部分辅助房为第三类防雷建筑物。
我们建议在重要的第一类和第二类防雷建筑物的接闪器以普通针、带、网相结合为主。如建筑物本身无法实施普通的避雷技术措施,可采用国外先进的E.S.E提前放电避雷针,应符合最严格的NFC17-102防雷法规及IEC的一般规定,在同等高度下,E.S.E型避雷针比普通避雷针保护范围太很多,落雷更准确,太大减少了雷击点落于非避雷针体概率,简单可行,造价不高。
在防雷建筑物的外防雷系统的设计时,应实现总等电位连接和联合接地。考虑实际应用效果,引下线可考虑使用焊接的主承重柱内的钢筋引下线逐点检查核实。其他具体规定均应严格依据GB50057－94《建筑物防雷设计规范》的有关规定设计和施工。
3.2 建筑物内部防雷击电磁脉冲和内部过电压保护的设计
统计资料表明,60％ 以上事故是由低压电力线引入的雷击电磁脉冲(通常突波／感应雷／浪涌电压)而引起的,故我们应特别重视对由低压电缆引入的雷击电磁脉冲的防护。
依据GB50057－94《建筑物防雷设计规范》和IEC61312—I《防雷击电磁脉冲设计的一般原则》以及相关国家、行业标准,对于安装有大量电子设备(引入PE线的金属外壳I 类耐过压水平用电设备, 依据IEC664-1)的低压配电系统,根据防雷分区的定义结合等电位连接的作法,其防雷击电磁脉冲设计应考虑分为三级：
(1)第一级电源避雷器,0A区/0B区到1区界面,主要用来防直击雷和大能量雷击电磁脉冲,在建筑物低压供电每一进线主配电／
通流量：≥25kA(10／350μs波形)或≥100kA(8／20μs波形);残压：≤2.5kA；动作时间：≤25μs；分断能力：≤50kA。
(2)第二级电涌保护器,0B区/1区到2区界面,主要用来防御第一级避雷器的剩余能量,以及该区内的一般感应脉冲和地电位反击。
通流量：≥10kA(8／20μs波形);残压：≤lkA;动作时间：≤25μs;分断能力：≥6kA
(3)第三级精细电涌保护器2区到3区界面,主要用来防御操作过电压和执行精细浪涌保护,安装于终端配电箱主开后或大型精密电子设备前,可防谐波,动作时间小于Iμ s,残压低至325V。
完善的内部防雷击电磁脉冲和内部电涌保护设计,除了合理选择和安装电源和信号线避雷器,对电涌保护器进行分级保护外,更应该结合等电位连接和局部等电位连接,并适当屏蔽处理等综合防雷措施,这样才可靠有效,并降低工程造价。
4.结语
机场设施的防雷设计与施工应整体考虑,统一协调,通盘设计,既要可靠保护建筑物,又要完善保护建筑物内部的大量昂贵电子设备。在设计中应严格依据相关的国家标准和行业标准,适当参考国外先进的国际标准。在应用产品方面．首先应看该产品是否符合标准,其次要看是否通过了国际上的权威测试机构的认证和是否取得行业应用许可,还要比较产品的性能价格比。民用机场建设中,防雷工程事关重大,设计、施工、产品必须环环相扣,才能保障机场重要设施的安全可靠。
参考文献
[1] GB50057—94建筑物防雷设计规范(2000年修订版).
1电源设计要点
1．1电池的选择
。（2）锂电池没有记忆效应［2－3］，镍氢电池有记忆效应。（3）锂电池的比容量（单位体积、重量蕴藏的电能）更高。锂电池与镍氢电池相比还具有体积小、重量轻、自放电率低等优点，而镍氢电池较锂电池在大电流输出这部分略胜一筹。由于煤矿井下便携式移动电子设备对电池体积、能量密度要求更高一些，因此，选择锂电池作为后备电池较为理想。《煤矿安全仪器仪表用锂离子蓄电池安全标志管理方案》停止了对采用钴酸锂电池的煤矿安全仪器仪表产品的安全标志的审核发放，可以使用锰酸锂电池或磷酸铁锂电池，且电池组总容量不大于5A•h。
1．2安全栅保护方式设计
煤矿井下的电源首先需要考虑本质安全电路的设计。本质安全电路是指正常工作和规定的故障条件下，产生的任何电火花或任何热效应均不能点燃规定的爆炸性气体环境的电路［4］。本质安全输出的过流保护分为限流式和截止式2种方式。截止式保护方式属于触发式保护，当出现过流现象时，可以通过采样电阻、比较器很快地关断开关管，实现本质安全保护［5－6］。这种方式有利于通过火花实验，但其最大的缺点是过于灵敏，电源或负载干扰可能会导致设备重启，抗干扰能力较差。限流式保护方式是指负载电流达到限流值，保护电路进入恒流状态，限制负载电流在限流值。这种方式的最大优点是可以实现全载启动，缺点是限流时开关管会承受限流值电流与输入电压所产生的较大损耗。理想的安全栅保护方式是负载短路时先限流后截止，电流增大到保护值时，安全栅先进入限流式保护方式，如果是瞬间干扰（如电压尖峰等），安全栅不会截止，如果过流情况持续超过一定时间，则会进入截止式保护方式。这种方式既能满足本质安全性能要求，与截止式保护方式相比又显著提高了抗干扰能力。先限流后截止的保护方式的保护电路及输出特性曲线如图1所示，当流经R0的电流超过限定值，三极管T2由饱和导通区进入放大区，超过调节设定的时间，则来自比较放大电路的控制信号将三极管T2或MOS管T1关闭。（a）保护电路（b）输出特性曲线
1．3电池升压电路优化设计
通常便携式电子设备需要用到5V电源，电池电压需要经过升压才能达到5V，即要用到Boost变换器。本文以TPS61070应用电路为例进行分析。图2为TPS61070应用电路，电池电压由升压电路变换至5V、200mA输出。图2TPS61070应用电路TPS61070是TI公司为便携式电子设备应用提供的采用同步整流和脉宽调制技术的控制器，旨在实现电源最高效率。TPS61070具有过热保护和省电模式。在低负载电流条件下，如果储能电感上的电流为零，TPS61070可进入省电模式，此时，变换器只有在输出电压低于设定值时才开始动作，在几个开关周期之后，如果输出电压超过设定值，变换器又进入省电模式。省电模式通过调整开关频率减少了MOS管的开关损耗，以在宽负载电流范围内保持高效率，利于提高电池的续航能力。
图3为由寄生电感及电容所构成的Boost变换器关键环路，LPAR和CPAR分别为寄生电感及电容。便携式电子设备长时间运行，电源不稳定，TPS61070易损坏，损坏之后TPS61070呈现电源和地之间短路的状态。由于布局和器件原因，调试时发现在开关变换器与电感交汇的开关节点处有高频振荡。通常电路中伴生的寄生电感和寄生电容会产生互感，并导致电流环路开关节点上的高频振荡［7－8］。如果该高频振荡，也就是振铃［5］的幅值超过低压开关额定电压的最大绝对值，将会损坏MOS管，而Boost变换器电路的MOS管集成在TPS61070内部，所以会出现TPS61070损坏之后电源和地短路的现象。因此，设计时需要采用多种方法实现振铃的最小化来保护MOS管。
分析图3：首先整流二极管D1的寄生电容要小，由于D1亦集成在TPS61070内部，TPS61070应用电路不需要调整；其次需要优化电路板走线使回路中寄生电感最小化。例如，减小MOS管与储能电感L1之间的距离可以使寄生电感LPAR2和LPAR3变小，缩短TPS61070与电源接地点之间的距离可以使寄生电感LPAR1变小，将输出电容Cout尽可能靠近D1的阴极，可以使寄生电感LPAR4和LPAR5最小化。另外，在电源输出和地之间放置高频旁路电容Cout－BYP也能最小化开关节点处的振铃幅值。如果振铃幅值还是会超过MOS管的承受范围，可以设计一个RC缓冲电路（图3中的RSNUB和CSNUB）来消除开关闭合时寄生电感所产生的电压毛刺。当开关闭合时，RC缓冲电路为流经寄生电感的电流提供一条接地通道，从而抑制电压瞬间变化并降低了MOS管的应力。图4为未加RC缓冲电路和加了RC缓冲电路（R＝10Ω，C＝10nF）后Boost变换器开关节点上的振铃波形，从中可看出，有了缓冲电路后振铃峰值得到有效抑制，电源长时间稳定运行，TPS61070也不再损坏。
【关键词】电子设备；结构；设计
1 模块化设计基本原理
所谓模块，就是可组合成系统的、具有某种特定功能和接口结构的、典型的通用独立单元。这个定义揭示了模块的如下特征：
（1）具有确定功能的单元
模块虽是系统的组成部分，但它不是简单对系统分割的产物，它具有明确的特定功能，这一功能不依附于其它功能而能相对独立的存在，并不接受其它功能的干扰。没有确定功能的单元不能算为模块。由于模块具有独立的特定功能，因而它可以作为一个单独的设计单元而分头进行设计。可以单独制造，甚至预制，储备，以供急需及维修之用。当由专业厂生产制造时，则成为单独的商品。对模块的功能及性能可以单独的进行检验、调试、测试和试验。
（2）是一个标准单元
模块结构具有典型性、通用性，并且往往可构成系列。这正是模块与一般部件的区别，或者说模块具有标准化的属性。模块是通过对同类产品的功能和结构的分析而分解出来的，是运用标准化中简化和统一化方法而得出的具有典型性的部件，这一典型性正是模块具有广泛通用性的基础。模块的通用性是通过其接口的标准化或通用化实现的。模块还常常按照系列化原理使其功能和结构形成系列，以满足不同规格、不同产品的需要。
（3）具有能构成系统的接口
模块应具有能传递功能以及组成系统的接口（输入、输出）结构。。模块通过接口进行串联、并联、辐射状或网状连接而构成具有一定功能的系统。
2 电子设备结构模块化设计系统总体设计
2.1 系统设计思路
系统应用模块化设计思想实现电子设备结构的模型建立。首先对设计对象进行模块划分，得到其模块划分方案。然后分析每一个模块，得到其零件组成，最后以模块为单位，逐模块逐零件的组合，完成电子设备的结构建模工作。以机载电台为例，经过模块划分，得到其划分方案：电台=底座模块十本振模块+前面板模块。分析各个模块的零件装配情况得到电台的所有零件装配信息。之后按模块从零件库中逐一提取这些零件进行装配，完成设备的整机模型生成。最后将描述整机模型的所有几何及物性参数存入数据库，供各分析调用。
2.2 系统设计原则
根据现代CAD技术的发展情况以及所需解决具体问题的发展趋势，提出在现CAD基础上针对特定产品进行二次开发。CAD部分进行三维实体造型，为之的各种分析提供几何模型信息。；（2）采用三维参数化特征造型；（3）采用数据库集成统一技术；（4）采用成本最省的设计方法。
为了节省开支，加速软件的开发过程，在软件设计过程中，除必须设计的程序之外，其它主要采用现有的软件解决问题。这样主要工作集中在建立系统及设计与各软件之间的接口上。
2.3 系统模块结构
系统总体分为两个模块：基础信息维护模块和快速模块化建模模块，
2.3.1 基础信息维护模块
电子设备结构模块化设计系统的基础信息维护模块完成系统公用信息的输、显示、存储和转换，该部分的模块划分及其关系如下。
（1）信息库维护模块
电子设备信息库存储的信息包括电子设备结构的三维模型、振动分析模型、热分析模型、电磁兼容分析模型、优化分析信息以及系统信息库和零件库等。其中：三维模型库存放电子设备结构的逻辑描述信息，包括设计目标、设计约束、概念模型、结构参数、零部件选型、零部件尺寸与约束等描述电子设备结构的信息；振动分析模型库存放载荷、约束等信息；热分析模型库以及电磁兼容模型库存放热分析和电磁兼容分析时需要的结构所有热及电磁兼容信息。优化分析模型库存放优化目标、设计变量、设计约束、变量归并等信息。系统信息库模块负责电子设备结构信息库数据的读取、查询和存储。该模块为系统其它的设计模块提供方便、透明的数据操作方法。零件库维护模块负责系统所有零件的基本几何及物性参数维护工作。
（2）接口模块
本系统以现有的商品化CAD软件为基础进行开发，系统中包括UG等多种异构的商品化软件，因此软件之间的集成工作就非常重要。接口模块完成本系统与基础平台之间的无缝集成，其内容包括界面集成和信息集成。我们采用了类似OLE的开发方案，即以C + +Builder开发的电子设备结构模块化设计系统的界面作为主界面，将UG等商品化软件作为系统的某个功能模块，以类似OEL的方式嵌入到电子设备结构模块化设计系统的主界面。数据操作时，从C++Builder主界面发送信息到应用软件，完成操作。
2.3.2 快速模块化建模模块
（1）工程维护
主要负责完成工程信息的维护工作，包括：工程号、版本号以及工程名称的新建、修改和删除操作。
（2）节点信息维护
维护工程中所用到的所有零件节点信息。类别维护：存储了零件的类别信息。对于不同的零件，之后的振动等分析将进行不同的处理；装配关系维护：存储零件在当前工程中的零件号及其父零件号，根据这些信息可以唯一确定一个零件在当前工程中的装配情况；节点数据读写：完成节点信息从数据库的读取及写入工作。
3 结论
本文把模块化设计技术引入到电子设备结构设计中，建立了计算机辅助模块化设计系统，力图解决现阶段电子设备结构设计方法落后、设计效率低下等问题。在模块化设计思想的指导下，以通用CAD软件UG为平台，解决了UG内外部环境联合开发、异构系统集成以及SQLSevrer数据库操作三项技术难点，完成了电子设备结构模块化设计系统的开发。
参考文献：
[1]童时中.模块化原理设计方法及应用.第l版.北京：机械工业出版社，2003年
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