第12章 机载电子设备的冷却

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12.2 机载电子设备的冷却系统
传统冷却方案：将电子设备的冷却与座舱环境的控制一并考虑。
不足：不能同时满足座舱空调和电子设备两者的不同要求！
例：1. 座舱需增压，电子设备不需要 2.座舱允许游离水分进入，电子设备舱不允许； 3. 在大多数飞行状态下，座舱需要加温，电子设备舱需降温。


化学物理条件——腐蚀，老化，氧化和放射性物质的影响；
其他因素
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机载电子设备冷却要求
环境控制系统应具有足够的制冷能力，能够可靠地保证其冷却； 新型飞机的环控系统应有25%的制冷能力储备，以满足记载电子设备的加装或 改型对冷却的要求； 对直接输送到设备舱冷却机载电子设备的空气，尤其是采用座舱排气作为冷源 的，冷却空气必须过滤，以防止沙尘等不洁物质进入电子设备； 直接流经电子设备元器件表面的冷却空气必须是干燥的、不含水分的空气； 用于机载电子设备的冷却空气温度波动幅度小，不过冷。防止返回低空时，设 备表面结水或结冰；
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的效用，避免气流短路。
1. 直接强迫风冷
冷空气直接接触元器件；
冷空气流速较低，冷却效
果较差
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2. 导热冷却
冷空气只经过冷板热交换器； 元器件的发热量从印刷电路板 传导至两端的冷板，印刷电路板 成为导热条； 印刷电路板导热性能良好，所 以元器件冷却效果较好。
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热管的结构形式
管状（圆形，椭圆形，矩形）， 扁平状
1. 大功率元器件直接安装在扁平热管上
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2. 电子组件插入具有插入连接器的扁平热管上
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热管的材料选择
壳 体
要能够耐受一定的压力； 要薄，具有足够的结构刚度 一般选用钢，镍和不锈钢
航空保障技术与工程
课程安排：12-19 周 学 讲 时 师 ：32 ：刘磊
第十一章 机载电子设备的冷却
12.1 机载电子设备的冷却要求
电子设备的特性 大功率的电子设备引发的热载荷急剧增大； 电子器件集成化发展，电子设备功率大，封闭密度增大，体积缩小，导 致电子设备的热流密度急剧上升； 电子设备的影响因素 气候条件——温度，湿度，气压 机械条件——机械振动，冲击，加速度
空气冷却
简单，有效
液体冷却
冷却效率高，但是要注意 系统维修和防止泄露。
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12.3.1 空气冷却
设计强迫通风冷却系统的注意点：
合理控制气流和分配气流，使其按照预定的路径流动，并给各个单元和组 件合理地分配流量，使所有元器件均在稍低于额定温度的环境中正常工作； 元件排列时，应将不发热或者发热量小的元器件排列在冷空气的上游，耐 温性地的元件排在最上游，其余元件根据温度系数以递增的方式逐一排列。 对于发热量大，导热性能差的元器件，必须暴露在冷气流中；而导热性能好、
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3. 冷板冷却 印刷电路板本省作为冷板热交换器，冷空气从一端流入，另一端流出；
冷却效果较好，可冷却功率密度大的电子设备。
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12.3.2 液体冷却 液体的优势：液体的放热系数和比热容均比空气的大，同时液 体还能蒸发。
直接式液体冷却系统
用于高热流密度的设备和大功率电子设备，比强迫风冷的效率 高4~5倍； 液冷剂直接与电子元器件接触，由液冷剂将元器件的发热量带 给热交换器； 在热交换器中，液冷剂被冷却，然后再循环，整个系统封闭。
1. 闭式蒸发循环制冷
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2. 再生式冷却系统
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3. 闭式空气循环系统
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4. 逆升压式空气循环系统
原理： 冲压空气经过 涡轮膨胀降温，并作为 冷源，最后经压气机抽 出，排除机外。
中间流体可选用 空气或某种液体。
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12.3 机载电子设备的冷却方法
尽可能选择简单的冷却方式，如能采用自然对冷冷却，就不采用强迫对流冷却； 当空气制冷无法满足要求时，采用液体冷却或蒸发冷却；
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为消除水分和灰尘的影响，尽量选用冷板冷却，以避免冷却空气与电子元件、 线路和触点等直接接触；

地面停机状态下工作，也要保证电子设备所处的环境； 冷却系统发生故障时，应有备用的应急冷却方案。
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存在问题：由于利用冲压空气制冷，地面停机状态没有制冷能力！
解决 ：
1. 将地面风扇装置与冲压空气进气口相接，用地面风扇 装置抽吸空气； 2. 在电子设备上装配小风扇，小风扇工作时，可以通过 冲压空气进气口把外界大气抽吸进来。
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新型 12.6 低温热管及其在机载电子设备冷却方面的应用
亚音速飞机 ： 设备舱有相当大的非绝热面积，不需要通风就能保 持冷却。但为了避免局部温度过高， 需要—— 舱内空气流动： 再循环风扇，冲压空气直接通风散热 超音速飞机 ：首先考虑用座舱排气对设备降温
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电子设备舱的气流分配方案
1. 折流板 3. 排气分配支管 2.进气分配支管 4. 吸气通风
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工作原理
液体不断蒸发——带走热量——冷凝——释放热量——循环
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热管散热的特点： 用于冷却的液体循环方式不同，不需要外界动力，而是利用毛细
作用维持液体的循环。因此工作时无噪声，工作寿命长，可靠性高。 注意事项 ： 管内应保持没有不凝结的气体，要求热管灌热之前抽至高真空， 工作时容器无泄露； 吸液芯体（多孔性材料）必须具有良好的抽吸力； 管子、芯体材料和工作液体的选择要考虑相容性； 装配时，管子内部及吸液芯体必须保持清洁，工作液体要纯净。
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解决传统方案的不足——对电子设备舱采用独立的冷却系统！
一种用于机载电子设备环境冷却的涡轮通风式冷却系统
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几种独立的系统方案
1. 闭式蒸发循环制冷
冷却原理与客舱制冷中 介绍的相同！
2. 再生式冷却系统
3. 闭式空气循环系统 4. 逆升压式空气循环系统
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12.4
吊舱内电子设备的冷却
吊舱环境特点：
一般装有电子设备，光学仪器，需要对发热元件进行冷却； 与母机除固定支架外，一般只连接电缆，机内气源不能供给吊舱。 通常采用 冲压空气 进行冷却喔！
只能采用独立式冷却系统
冲压空气驱动的 涡轮逆升压式冷却系统
电驱动的闭式 蒸发循环冷却系统
芯 体
要能够起到毛细管“泵”的作用； 一般选用各种纺织品、玻璃纤维和金属丝网。
工作液体
要求汽化潜热高，粘度低，表面张力大，润湿能 力强，有适当的沸点以及与壳体和芯体的相容性。 冷却温度在50~100°C的低温热管，水，NH3， CH4O等
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12.8
机载电子设备内的气流分配
体积较大的元器件宜用导热法，将其热量传到附近有冷空气流经的底板上；
在不影响电性能的前提下，将发热量大的元器件集中安排，并与其他元 器件绝热隔开；
为了减小对冷空气的阻力，各元器件在排列时，应力求对气流的阻力最小，
并尽量避免上游被大型元器件阻塞； 进风口和出风口之间空气流经的路径应尽可能地长，以充分发挥冷却气流