加固计算机

计算机加固技术研究

张利1，杨小强2，蔡立艮2，史长根2（1.山西晋城金驹集团广州

公司，山西晋城048006；2.解放军理工大学，江苏南京210007）摘

要：研究了军用工程装备计算机的计算机加固技术，主要包括：电磁

兼容加固技术、抗振动冲击加固技术、通风散热技术与维修性技术，

并成功研制了第一代钢结构用于军用工程装备的计算机。关键词：

电磁兼容；电磁干扰；振动冲击；加固计算机加固通常包括电磁兼

容性加固、抗振动冲击性加固、高低温性加固、三防（防腐，防霉，

抗盐雾）加固等。对军用计算机进行全面加固或选择性加固取决于军

用计算机具体的使用环境。应用于指挥方舱的军用工程装备的计算机

由于工作在方舱内部，主要对其进行电磁兼容性加固和抗振动冲击性

加固。2电磁兼容性加固技术研究不管是复杂系统还是简单装置，

任何一个干扰的发生必须具备三个基本条件：首先应该具有干扰源；

其次要有传播干扰能量的途径（或通道）；第三还必须有被干扰对象

（敏感设备）的响应。在军用工程装备的计算机电磁兼容加固技术

研究中，干扰源可能来自敌方（包括有意电磁干扰源和电磁脉冲等），

也有可能是系统内其它用电设备；敏感设备是优选的敏感度较低的商

用机元、器件和各种接插件，因此通过控制干扰源和进一步降低敏感

设备敏感度的方法来实现电磁兼容比较困难。军用计算机电磁兼容加

固技术主要是通过屏蔽、滤波和接地等防护性设计隔断传播干扰能量

的途径来达到电磁兼容目的。2.1屏蔽技术2.1.1材料选择目前计

算机箱体常用的材料有铝板、铜板、铝合金板、镀锌钢板、不锈钢板

等金属板材，它们的相对磁导率μr与相对电导率σr如表1所示。

600)=600"因为钢板具有加工工艺简单，造价低廉的特

点，商用计算机一般采用冷镀锌钢板，而军用加固型计算机以铝结构

和铝合金结构居多，主要是因为铝板和铝合金板导电性好而且不易变

形，铣切加工精度高，易于解决电磁兼容设计中的缝隙问题。但铣切

加工成本高，而且铝板和铝合金板不能折弯的特点使铝制或铝合金制

造的机箱有更多的接缝，从而需要应用更多价格昂贵的屏蔽材料，造

成了加固计算机价格均十分昂贵。这里对钢板结构加固计算机的电磁

兼容可行性与技术措施进行了深入的理论研究和试验测试，成功地探

索出一种低成本的军用计算机加固方案。2.1.2缝隙的处理理论和

实验研究均表明：透过孔缝的电磁泄露使屏蔽效能减小最为严重，实

际上是它们起着决定性作用。为了减小孔缝的电磁泄露，增加屏蔽效

能，加固计算机在进行结构设计时一方面广泛采用折弯、焊接工艺，

尽最大可能减小接缝的数目；另一方面通过采用折边工艺（增加接触

面的刚性，防止因翘曲而使缝隙加大）、加装导电衬垫（提高结合面

接触质量，减小连接电阻）、增加缝隙深度（增加吸收损耗）来提高

缝隙的屏蔽效能，如图1所示。600)=600"2.1.3各类

孔洞的处理2.1.3.1光驱软驱插入孔及指示灯观察孔的处理屏蔽机

箱设计了一个可转动的门来屏蔽插入孔和观察孔，当门打开时，可插

入、取出光盘及软盘，门关上时，插入孔和观察孔就被屏蔽了。门上

开一小窗，可随时观察指示灯，窗上装有导电玻璃，使它们构成一个

完整的电连续体。导电玻璃的安装图如图2所示。2.1.3.2通风散

热孔的处理机箱的通风散热和屏蔽性要求是机箱设计中的一对矛

盾。军用工程装备中的计算机开有三处通风散热孔，加装了四个风扇

以满足机箱的通风散热性要求。通风散热孔的屏蔽处理是计算机电磁

兼容加固的重要方面。通风散热孔的处理有多种方法，常用方法是

在机箱上直接开孔洞阵列，覆盖金属丝网，安装穿孔金属板，发泡金

属板，蜂窝状波导板等。在GJB151A-97尤其是在RE102极限的严格

要求下，前三种处理方法难以达到要求。因此，在兼顾机箱通风散热

的情况下，计算机采用安装风压损失较小的波导板方法来处理通风散

热孔的问题。根据RE102极限的要求，设计的波导板截止频率

fc1=10GHz，屏蔽效能达70dB。2.1.3.3电源线、信号线安装处理电

源线和信号线的安装处理如图3所示。电源线及信号线用圆形电连接

器引出，圆形电连接器具有拆装方便、连接可靠、抗振动冲击能力强

的特点。圆形电连接器有卡口式、螺纹式两种，螺纹式连接电磁兼容

性较好，因此选择螺纹式圆形电连接器。将电源线、信号线外部缠

以电缆屏蔽层，屏蔽层用连接器护套压接，连接器座与机箱接缝处加

装导电橡胶，这样电缆屏蔽层、连接器外壳和机箱就构成了一个完整

的屏蔽体，有效地防止了电磁干扰耦合到导线上或通过安装孔进入机

箱内部。600)=600"2.2滤波技术辐射耦合和传导耦

合是电磁干扰能量传播的两条基本途径，通过屏蔽技术可以有效地抑

制辐射耦合，为了满足军用计算机抗电磁干扰的要求，还必须采用滤

波技术对传导耦合进行抑制。军用工程装备中的计算机需要电源供

电，根据具体使用条件的不同，有的由电源提供220V、50Hz交流电，

有的供给直流电压。不论是交流电源还是直流电压都会产生比较严重

的传导电磁干扰，影响设备的功能和性能。这些电源线的干扰信号来

自很多方面：如空间电磁场在电源线上的感应信号；多个电子设备共

用一个电源时造成的共电源耦合；电机启动或感性负载电路产生瞬态

过程。我国军用电磁标准GJB151A规定了电源线传导干扰的电平极

限值，计算机若不采取滤波措施，很难达到国军标的要求。电源滤波

器是一种低通抑制干扰滤波器，作用在于毫无衰减地把直流、50Hz、

400Hz等直流或低频电源功率输送到设备上去，同时又能使高频干扰

信号大大地衰减，以保护设备免受损坏，还能抑制设备本身产生的传

导干扰，防止它进入电源，危害其他设备，电源滤波器作为一种抑制

干扰滤波器，与普通滤波器相比具有下列特点：(1)电源系统的阻抗

值与干扰源的阻抗值变化范围较大，很难得到一个可供设计用的恒定

值。因此电源滤波器并非在阻抗匹配的状态下工作；（2）电磁干扰

频谱很宽，从低频到超高频都存在电磁干扰能量。滤波器元件在这个

频率范围内高频特性显得十分复杂，难以用元件的等效集中参数来表

示滤波器的高频特性；（3）电源滤波器在阻带范围内应具有足够高

的衰减量，把传导干扰电平降低到规定的范围内；（4）电源滤波器

对传输的电源工作电流的损耗应降低到最低程度。3抗振动冲击技

术研究战场自然环境恶劣，军用工程装备中的计算机元器件工作的

机械环境复杂，会受到碰撞、冲击、离心加速度和振动等的作用，抗

振动冲击加固技术是军用计算机加固技术的重要内容。在对军用计

算机进行抗振动冲击加固时采取整体隔振和单一隔振相结合的方式，

在机箱结构设计时通过增加箱体厚度，钣金冲压肋和一体化设计增加

计算机的结构刚性；将导线捆扎在一起，并用分线夹作分段固定，以

提高其刚度；所有螺钉固定处用甲基硅橡胶封紧防脱落。对硬盘等精

密部件设计了专门的减振机构和减振器对其进行减振，根据理论计算

选择合适的固定型式对印制板进行加固。4通风散热技术研究计算

机能否很好地通风散热决定着加固的成败。在对军用计算机进行电磁

兼容性加固时，电磁屏蔽的密闭性要求与其通风散热性是一对矛盾，

因此有必要对其通风散热进行研究。计算机的通风散热技术研究包括

以下几个方面：元器件和接插件的选择和安装位置；建立机箱内部的

空气流动和热分布模型并进行热量计算；选择合适的冷却方式。5

维修性研究维修性问题也是军用计算机电磁兼容与抗振动冲击加固

技术研究中的一个关键问题。目前的军用计算机由于在进行加固时对

维修性重视不够，导致计算机维修性很差，有的甚至让维修人员无从

下手，与军用计算机的高维修性要求不相符。根据加固技术研究结果

研制的军用工程装备中的计算机由于2U标准高度，安装特点的限制，

如何提高其维修性就成了研制中的难点。军用计算机结构设计过程中

对如何提高其维修性进行了深入的探讨，最终实现了其电磁兼容与抗

振性与维修性的和谐统一。6测试及结果车载式军用加固计算机按

GJB152A-97的检测方法进行了测试，测试结果达到了GJB151A97

对陆军（内部和外部）的要求。其中RE102项目的测试结果表明了电

磁辐射防护设计是成功的，RE102项目10kHz~1GHz的测试结果如图4

所示（图中虚线表示极限值）。600)=600"7结论（1）

首次将钢板结构应用于军用计算机的加固，研究并解决了钢板结构军

用计算机电磁兼容及抗振动冲击处理的一系列技术问题。不仅为今后

军用计算机的研制开拓了一条新的思路，而且为其它军用电子设备的

电磁兼容与抗振动冲击处理提供了一种新的手段；（2）利用刚性化

技术和隔振技术，采取整体隔振与单一隔振相结合的方式，使整机与

单一精密元件具有良好的隔振效果；（3）加固的钢板结构军用工程

装备中的计算机体积小、重量轻，实现了铝合金结构难以实现的2U

标准薄型加固机,，可以导轨方式安装于工作台的下方，为各类车载

指挥自动化系统和武器系统节省了宝贵的空间；（4）钢板结构与铝

合金结构相比，材料成本低，加工方便，而且节约了大量贵重的屏蔽

材料，使得整机加固成本大大低于铝合金结构的加固。参考文献：

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及应用［J］.安全与电磁兼容，2000，（3）：19-23.［4］沙斐.

信息技术设备的电磁辐射及其抑制［J］.安全与电磁兼容,2000，（3）：

8-12.电子机械工程摘自：北极星电技术网