机载预警雷达发射机高压电源的热设计与强制冷却
机载预警与控制系统飞机是空中作战的指挥中枢，其核心传感器是安装在机身背部的大型预警雷达。现代预警雷达普遍采用有源相控阵体制，其发射/接收模块数量庞大，对供电系统的功率密度和可靠性提出了极高要求。为发射机中的行波管或固态功率放大器提供高压的电源模块，通常工作在数万伏、数十千瓦量级，且被封装在空间极为有限的电子设备舱内。高功率密度带来的直接后果就是高热流密度，若不进行有效的热设计，功率器件结温将迅速超过允许值，导致性能下降、寿命缩短甚至瞬间失效。因此，热设计与强制冷却技术是机载预警雷达高压电源从图纸走向实物的关键工程环节。
机载环境的特殊性使热设计面临多重约束。首先是环境温度范围宽，从地面高温日晒（+55°C）到高空低温巡航（-55°C），温差跨度达110°C。其次，气压随高度变化，低气压下空气稀薄，自然对流换热系数急剧下降，使依赖空气冷却的散热方式效率大减。再者，飞机机动飞行产生的持续性加速度（过载）和振动，对冷却系统的机械可靠性构成严峻考验。此外，空间尺寸的极度压缩，要求散热结构在满足热性能的同时，重量尽可能轻。
高压电源内部的热源主要来自功率开关器件（如IGBT、MOSFET）、高频变压器、高压整流硅堆以及磁性元件。开关器件的损耗包括导通损耗、开关损耗和驱动损耗；变压器和电感的损耗包括铜损和磁芯损耗。热设计的首要任务是通过精确的热仿真（如计算流体动力学软件或有限元分析），建立整机的三维温度场分布模型，识别热点位置和热流路径。
在冷却方式的选择上，机载预警雷达高压电源通常采用多级复合冷却策略。第一级是器件级的导热，即将功率芯片直接焊接或烧结在覆铜陶瓷基板或金属基板上，基板再通过导热绝缘垫片紧贴于金属冷板，确保热阻最小。对于热流密度极高的器件（如SiC MOSFET模块），可能采用双面直接水冷或嵌入式微通道散热技术，将冷却液通道直接集成在模块封装内部。
第二级是模块级的冷板换热。冷板通常采用铝合金或不锈钢制造，内部加工有密集的翅片或针肋，冷却液流经其中，通过对流换热带走热量。冷板的设计需兼顾流阻与换热效率，通过优化流道布局（如S形、Z形或多支路并联）使各热源区域的温度尽可能均匀，避免局部过热。对于振动环境，冷板与机箱的固定需采用抗冲击结构。
第三级是系统级的冷却介质循环。机载雷达普遍采用液体冷却，冷却液多为乙二醇-水混合溶液或介电氟碳化合物。冷却液由泵驱动，流经各冷板后，将热量集中带至安装在机舱外部的液-气散热器（热交换器），再通过冲压空气或风扇将热量排放到大气中。整个循环回路包含膨胀罐、过滤器、流量传感器、温度传感器及控制阀门。泵和阀门的选型需考虑高空低气压下的气蚀余量和低温启动粘度。
高压电源内部的高压部件（如变压器、倍压模块）通常采用灌封工艺，将热量传导至灌封料表面再通过机箱壁散出。此时，灌封材料的导热系数成为关键参数，需在绝缘性能与导热性能之间取得平衡。填充高导热陶瓷粉体（如氮化硼、氧化铝）的环氧树脂或硅橡胶是常用选择。
热控制策略同样不可或缺。电源控制器实时监测多个关键温度点（如开关管壳温、变压器热点、冷却液进出口温度）。当温度接近上限时，控制系统可自动降低开关频率或限制输出功率（降额运行）；若温度超过安全阈值，则触发保护性关机。在低温启动时，需通过加热器预热冷却液或关键部件，防止因粘度太大导致泵损坏或因凝结导致流动阻塞。
最后，所有热设计必须通过地面模拟试验和飞行试验验证。地面试验包括高低温环境箱中的满载运行、振动台上的随机振动及冲击试验。飞行试验则在实际飞行包线内监测各点温度，验证热设计是否满足全寿命周期要求。
总之，机载预警雷达发射机高压电源的热设计与强制冷却，是一门融合了传热学、流体力学、材料科学与航空工程的专业技术。它确保在万米高空的严酷环境中，高压电源这颗“心脏”依然能够冷静、稳定地跳动，为守护祖国蓝天的“空中帅府”提供源源不断的电磁能量。
