机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置

摘要

本发明提出一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，包括环形液冷箱、液体泵、方位运动机构、俯仰运动机构、循环管、制冷器、温度传感器和自适应控制电路；该装置可针对机载光电稳瞄转塔的俯仰和方位运动特点，实现制冷器的随动，从而保证可其持续有效地对转塔的光电传感器部分进行降温调节，此外布置于稳瞄转塔内的光电传感器附近的温度传感器可实时监控器温度变化情况，并通过自适应控制电路自动调节水泵功率。本发明具有制冷效率高、可靠性高及节约稳瞄转塔内部空间的特点。

权利要求

1.一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，包括方位运动机构(4)、俯仰运动机构(7)，其特征在于：还包括环形液冷箱(2)、液体泵(3)、循环管(5)、制冷器(6)、温度传感器(8)和自适应控制电路(9)；

所述环形液冷箱(2)通过方位运动机构(4)安装在光电稳瞄转塔方位部分(1a)外围，且环形液冷箱(2)能够沿光电稳瞄转塔方位轴与光电稳瞄转塔方位部分(1a)相对转动；

所述制冷器(6)通过俯仰运动机构(7)安装在光电稳瞄转塔密封球壳(1c)外侧，且制冷器(6)能够沿光电稳瞄转塔密封球壳的俯仰转动轴与密封球壳(1c)相对转动；制冷器(6)的散热翅与密封球壳外侧的散热翅嵌合并能够相对运动；

所述液体泵(3)固定在环形液冷箱(2)上；

所述循环管(5)连接制冷器(6)和液体泵(3)，且循环管(5)能够带动环形液冷箱(2)沿光电稳瞄转塔方位轴与光电稳瞄转塔方位部分(1a)相对转动；

所述温度传感器(8)安装在光电稳瞄转塔密封球壳(1c)内部，采集光电稳瞄转塔密封球壳内部温度数据，并传递给自适应控制电路(9)；

所述自适应控制电路(9)根据温度数据调控液体泵(3)的工作功率。

2.根据权利要求1所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：还包括安装在光电稳瞄转塔密封球壳内部的风扇，风扇将光电稳瞄转塔密封球壳内部热空气向安装有散热翅的密封球壳部位传递。

3.根据权利要求1所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：所述方位运动机构(4)为带有轴承的机构。

4.根据权利要求3所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：所述方位运动机构(4)包括方位座(4a)、轴承(4b)、隔圈(4c)和压圈(4d)；方位座(4a)固定在光电稳瞄转塔方位部分(1a)上，环形液冷箱(2)固定在隔圈(4c)上，隔圈(4c)与方位座(4a)之间通过轴承(4b)配合。

5.根据权利要求1所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：所述俯仰运动机构(7)包括俯仰支架(7a)和转轴(7b)；俯仰支架(7a)固定在密封球壳外侧，且俯仰支架(7a)上开有圆弧槽，圆弧槽以光电稳瞄转塔密封球壳的俯仰转动轴为中心轴；转轴(7b)固定连接制冷器(6)并嵌入圆弧槽中，且能够在圆弧槽中滑动。

6.根据权利要求1所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：环形液冷箱(2)采用水作为制冷液。

说明书

机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置

技术领域

[0001] 本发明属于机载光电稳瞄转塔的内部温度控制领域，具体为一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置。

背景技术

[0002] 随着光电技术的飞速发展，集激光测距、激光制导照射、可见光成像和热成像为一体的多传感器光电稳瞄转塔在现代化武器装备平台，尤其在飞行载体上已得到了广泛的应用，相比其它手段，航空侦查具有准确度高、侦查范围宽广、机动灵活、针对性强等特点，因此机载用光电稳瞄转塔成为各国军事力量中争相发展的部分。基于扩展传感器视场角范围的需求，主流的机载光电稳瞄转塔均可以进行方位转动和俯仰转动，以便支撑传感器在空间球面区域内对可疑目标进行探测识别，并且出于保护传感器免受潮气、沙尘及雨雪等外部因素的损伤，光电稳瞄转塔常常会提出气密要求，隔绝转塔内外的气体交流的同时以惰性气体氮气进行填充。早期的光电稳瞄转塔因体型较大，且传感器性能较低，内部发热升温现象并不十分明显，然而近年来高性能和高集成度已成为武装装备发展的主流趋势，传感器的体积越来越大，发热越来越明显，但光电稳瞄转塔的体积却被要求越做越小，两种需求汇集的结果就是光电稳瞄转塔的内部发热问题日益严峻，传统的风冷以及转塔球壳的辐射散热能力已难以满足需求，电路板及传感器性能下降等现象已越来越明显地呈现在设计人员和用户面前。根据有关机构的统计结果，目前复杂光电系统高达80％以上的失效均是热损伤，因此针对机载光电稳瞄转塔的结构特点进行热控制研究就变得非常迫切。

[0003] 机载光电稳瞄转塔可以分为三部分，包括最上部的方位部分、中部的耳架部分及下部的密封球壳部分，其中整个转塔可通过方位部分的法兰与载机相连实现安装固定，并且方位部分可以带动耳架部分进行方位转动；耳架部分主要发挥承上启下的作用，即能随动于方位部分的转动，又能支撑密封球壳的俯仰转动；密封球壳内则主要封装着用于探测识别的多种传感器。虽然三个部分都有不同程度的发热问题，但密封球壳内的传感器最密集、发热最严重且对产品性能影响最明显，因此成为了本发明所要重点降温制冷的地方，然而受限于其空间限制、密封性要求和叠加运动特点，目前国内的相关转塔仍主要通过限制传感器工作时间及增强密封球壳内空气对流速度等方式进行温控，实质上都没有真正解决传感器的对外散热问题，因此迫切需要一款能面向机载稳瞄转塔的高效制冷装置。

发明内容

[0004] 本发明的目的是针对机载光电稳瞄转塔的运动特点及安装方式为其提供一套高效的制冷系统，从而有效缓解密封球壳内光电传感器的散热和过温问题，在不挤占稳瞄转塔内部有效空间的同时，支撑其选用的传感器发挥最佳性能及进行后续的产品升级，从而综合提高机载光电稳瞄转塔的可靠性和使用性能。

[0005] 本发明的技术方案为：

[0006] 所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：包括环形液冷箱(2)、液体泵(3)、方位运动机构(4)、俯仰运动机构(7)、循环管(5)、制冷器(6)、温度传感器(8)和自适应控制电路(9)；

[0007] 所述环形液冷箱(2)通过方位运动机构(4)安装在光电稳瞄转塔方位部分(1a)外围，且环形液冷箱(2)能够沿光电稳瞄转塔方位轴与光电稳瞄转塔方位部分(1a)相对转动；

[0008] 所述制冷器(6)通过俯仰运动机构(7)安装在光电稳瞄转塔密封球壳(1c)外侧，且制冷器(6)能够沿光电稳瞄转塔密封球壳的俯仰转动轴与密封球壳(1c)相对转动；制冷器(6)的散热翅与密封球壳外侧的散热翅嵌合并能够相对运动；

[0009] 所述液体泵(3)固定在环形液冷箱(2)上；

[0010] 所述循环管(5)连接制冷器(6)和液体泵(3)，且循环管(5)能够带动环形液冷箱(2)沿光电稳瞄转塔方位轴与光电稳瞄转塔方位部分(1a)相对转动；

[0011] 所述温度传感器(8)安装在光电稳瞄转塔密封球壳(1c)内部，采集光电稳瞄转塔密封球壳内部温度数据，并传递给自适应控制电路(9)；

[0012] 所述自适应控制电路(9)根据温度数据调控液体泵(3)的工作功率。

[0013] 进一步的优选方案，所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：还包括安装在光电稳瞄转塔密封球壳内部的风扇，风扇将光电稳瞄转塔密封球壳内部热空气向安装有散热翅的密封球壳部位传递。

[0014] 进一步的优选方案，所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：所述方位运动机构(4)为带有轴承的机构。

[0015] 进一步的优选方案，所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：所述方位运动机构(4)包括方位座(4a)、轴承(4b)、隔圈(4c)和压圈(4d)；方位座(4a)固定在光电稳瞄转塔方位部分(1a)上，环形液冷箱(2)固定在隔圈(4c)上，隔圈(4c)与方位座(4a)之间通过轴承(4b)配合。

[0016] 进一步的优选方案，所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：所述俯仰运动机构(7)包括俯仰支架(7a)和转轴(7b)；俯仰支架(7a)固定在密封球壳外侧，且俯仰支架(7a)上开有圆弧槽，圆弧槽以光电稳瞄转塔密封球壳的俯仰转动轴为中心轴；转轴(7b)固定连接制冷器(6)并嵌入圆弧槽中，且能够在圆弧槽中滑动。

[0017] 进一步的优选方案，所述一种机载光电稳瞄转塔自适应制冷装置，其特征在于：环形液冷箱(2)采用水作为制冷液。

[0018] 有益效果

[0019] 本发明的有益成果主要体现在以下几个方面：

[0020] (一)本发明优选实施例中的主要工作介质为比热容较大的水，相比光电稳瞄转塔所用的环境风冷方式而言，其制冷效率更高，而且制冷性能更加稳定，不会因光电稳瞄转塔相对载机安装位置的变化而出现无法有效制冷的情况。

[0021] (二)本发明所述制冷装置中环形水冷箱布置在稳瞄转塔上最远离密封球壳和传感器的位置，从而更加针对性的提高稳瞄转塔易受热损伤部分的制冷效果，可将最需要散热部分的废热迅速的导向远处。

[0022] (三)本发明所述制冷装置中引入的方位运动结构和俯仰运动结构不仅保证了密封球壳和光学传感器的方位和俯仰角度发生变化时，制冷器能持续对预定部位进行制冷的功能，同时也有效的支撑了水冷箱与制冷器的分布式布局方案，明显减少了该套装置对光电稳瞄转塔引入的扰动力矩。

[0023] (四)本发明所述制冷装置采用了自适应工作原理，通过温度传感器对稳瞄转塔密封球壳内的关键传感器和电路板进行实时监控，然后由自适应控制电路对上述信息进行处理分析，并根据实际需求针对性调节水泵的功率，从而更高效和迅速的对转塔内部进行降温。

附图说明

[0024] 图1是光电稳瞄转塔的外观示意图

[0025] 图2是本发明安装于光电稳瞄转塔的结构示意图

[0026] 图3是本发明传感器与自适应控制电路的位置示意图

[0027] 图4是本发明的方位运动机构示意图

[0028] 图5是本发明的俯仰运动结构示意图

[0029] 其中1.光电稳瞄转塔，1a.稳瞄转塔的方位部分，1b.稳瞄转塔的耳架部分，1c.稳瞄转塔的密封球壳部分，1e.密封球壳后盖，2.环形液冷箱，3.液体泵，4.方位运动机构，4a.方位座，4b.轴承，4c.隔圈，4d.压圈，5.循环管，6.制冷器，7.俯仰运动机构，7a.俯仰支架，7b.转轴，8.温度传感器，9.自适应控制电路，10.光学传感器。

具体实施方式

[0030] 以下将结合附图，对本发明的具体实施方式和实施例加以详细说明，所描述的具体实施例仅用于解释本发明，并非用于限定本发明的具体实施方式。

[0031] 本实施例提供的机载光电稳瞄转塔用自适应制冷装置包括环形液冷箱2、液体泵3、方位运动机构4、俯仰运动机构7、循环管5、制冷器6、温度传感器8和自适应控制电路9。本实施例中环形液冷箱2中采用水作为制冷液，水比热容较大，相比传统光电稳瞄转塔所用的环境风冷方式而言，其制冷效率更高，而且制冷性能更加稳定，不会因光电稳瞄转塔相对载机安装位置的变化而出现无法有效制冷的情况。

[0032] 所述环形液冷箱2通过方位运动机构4安装在光电稳瞄转塔方位部分1a外围，且环形液冷箱2能够沿光电稳瞄转塔方位轴与光电稳瞄转塔方位部分1a相对转动；环形液冷箱2作为制冷源为后续的制冷工作提供冷却水。环形液冷箱2的安装位置是稳瞄转塔体积要求中限制较弱的部分。液体泵3安装在环形液冷箱2的卡槽内，用于驱动冷却水循环。

[0033] 所述制冷器6通过俯仰运动机构7安装在光电稳瞄转塔密封球壳1c外侧，且制冷器6能够沿光电稳瞄转塔密封球壳的俯仰转动轴与密封球壳1c相对转动；制冷器6的散热翅与密封球壳外侧的散热翅嵌合并能够相对运动，完成冷热交换。制冷器6用于直接对密封球壳进行制冷。

[0034] 所述循环管5连接制冷器6和液体泵3，且循环管5能够带动环形液冷箱2沿光电稳瞄转塔方位轴与光电稳瞄转塔方位部分1a相对转动。本实施例中，循环管5包括两根，一根用于制冷水进入制冷器，另一根用于从制冷器导出受热的制冷水，循环管5采用金属材质，都有较高的刚性，可抵抗转塔方位转动时引入的扭力，在支持水循环正常进行的同时可用于支撑制冷装置所需的俯仰和方位运动。

[0035] 所述温度传感器8安装在光电稳瞄转塔密封球壳1c内部，根据稳瞄转塔内部选用的传感器数量和种类设置，贴装于传感器发热最严重及受热应力作用最明显的地方，采集光电稳瞄转塔密封球壳内部温度数据，并传递给自适应控制电路9。所述自适应控制电路9主要用于处理和分析温度传感器采集到的各点温度信息，以及调控水泵的工作功率，并根据温度的变化情况自动调节优化水泵的工作情况，实现最优的效果与消耗比。因此本发明在维持稳瞄转塔密封性和正常运动特征的前提下，能对其关键部分进行持续高效的制冷。

[0036] 如图1所示，常见光电稳瞄转塔1由方位部分1a，耳架1b，密封球壳部分1c和光学传感器10等组成，如图2所示，方位运动机构4安装于稳瞄转塔的方位部分1a，俯仰运动机构7安装于稳瞄转塔密封球壳1e。

[0037] 如图4所示，所述方位运动机构4包括方位座4a、轴承4b、隔圈4c和压圈4d；方位座4a固定在光电稳瞄转塔方位部分1a上，环形液冷箱2固定在隔圈4c上，隔圈4c与方位座4a之间通过轴承4b配合。

[0038] 如图5所示，所述俯仰运动机构7包括俯仰支架7a和转轴7b；俯仰支架7a固定在密封球壳外侧，且俯仰支架7a上开有圆弧槽，圆弧槽以光电稳瞄转塔密封球壳的俯仰转动轴为中心轴；转轴7b固定连接制冷器6并嵌入圆弧槽中，且能够在圆弧槽中滑动。

[0039] 本发明是适用于机载光电稳瞄转塔的自适应制冷装置，主要用于对关键光学传感器进行局部降温。工作时，温度传感器8将实时监控光学传感器10的温度变化情况，一旦进入境界状态，自适应控制电路9将启动液体泵3，从而开启整个装置的水循环过程，并且自适应控制电路9可以根据温度传感器8传递的不同温度信息自动调整液体泵3的功率以实现对水循环流量和速度的控制。装置启动后，环形液冷箱2中的冷却水将经由液体泵3进入循环管5，再进入制冷器6，由制冷器6与密封球壳1c的散热翅间嵌合实现冷热传递，此时密封球壳1c内光学传感器10产生的热量从经过球壳后盖1e导出传递给制冷器6内的冷却水，为提高冷热传递效率，密封球壳1c内放置风扇加速废热向球壳后盖1e传递，然后受到加热的水将经由循环管5的上水管返回至液体泵3并最终汇入环形液冷箱2，如此反复循环最终实现对密封球壳1c内近传感器区域的制冷，从而最终实现将其维持于最佳工作温度的设计要求。在上述过程中，因水是一种比热容明显高于空气和金属的介质，因此同样由传感器产生的废热被导入水中时，并不会出现过度的温升现象，此外，针对稳瞄转塔1的方位部分外周空间的限制较少，环形液冷箱2体积可根据传感器10的功率进行适当调整，从而确保本发明确实能发挥制冷降温的作用。最后，因环形液冷箱2安装于距离密封球壳1e和光学传感器10最远的位置，其对环境放热的过程也将对二者产生最小的影响。

[0040] 本发明是一种针对机载光电稳瞄转塔运动特点的自适应制冷装置，稳瞄转塔1的密封球壳部分1c和光学传感器部分10在工作时将相对于方位部分1a的安装法兰发生方位角度和俯仰角度的改变，如果没有本发明中提及方位运动机构4和俯仰运动机构7，金属水循环管5将对两种运动产生抵抗直至自身破损，继而损毁整套制冷装置，因此正是方位运动机构4和俯仰运动机构7的引入有效提高了本发明的实用性和可靠性。当密封球壳部分1c发生方位转动时，扭转力将由球壳后盖1e传递给俯仰运动机构7，再经由制冷器6和金属水循环管5传递给液体泵3和环形液冷箱2，此时方位运动机构4将随之发生同角度转动从而抵消自下而上的扭转力；当密封球壳部分1c发生俯仰转动时，因俯仰运动机构7的存在，制冷器6将与球壳后盖1e发生相对转动，从而抵消扭转力的向上传递。因此本发明可以在光电稳瞄转塔的全工作状态下为其提供持续、高效和可靠的制冷降温工作，从而最大程度的确保光电稳瞄转塔尤其是内部关键光学传感器的最佳工作性能，从而提高武器设备的作战效果。