复合相变热沉在电子设备热管理中的应用

某些特殊电子设备的短时高功耗运行往往会引起急剧温升,进而导致设备失效。文章采用膨胀石墨/高碳醇复合相变材料(PCM)作为热沉,针对某高功耗模块进行了散热仿真,并与传统铝热沉进行了对比,结果表明无主动散热平台下PCM热沉显著优于铝热沉。同工况温箱实验进一步验证相变热沉散热特性,并与仿真结果进行对比,结果表明实验结果与仿真结果具有一致的温度变化趋势,但由于相变温度范围的差异导致不同时间段温升速率不同。分析了二者的差异及原因,为严酷条件下应用相变材料进行热设计和热管理提供参考。     

碳基复合相变装置及在大热耗单机温控中的应用

碳基复合相变装置以高导热碳基复合相变材料为主要储能和导热载体,利用高导热膨胀石墨强化导热,运用相变材料的潜热实现热量的削峰填谷,可有效抑制短时大热耗单机的温升,减少单机非工作时段所需的补偿功耗,节省卫星的重量资源和功耗资源。主要介绍了一种高导热碳基复合相变装置,结合复合相变装置与卫星结构板优化的综合散热系统,用于解决星载短时工作的大热耗单机温度控制问题。通过理论计算与热仿真分析相结合,对复合相变装置进行了优化设计;通过开展专项试验对复合相变装置的热性能和空间环境适应性进行了充分验证;并在整星真空热平衡试验中,验证了复合相变装置对大热耗单机的温度控制效果。     

一种复合相变热沉设计与散热性能分析

为解决弹载电子设备短时高功耗运行可能引起的元器件急剧温升进而导致失效问题,文章首先研究了几种相变热沉的设计方法和工艺路径,通过仿真对比证明碳基骨架-特种石蜡复合相变热沉质轻且散热性能优越。然后,针对新研高热耗模块,对膨胀石墨-特种石蜡复合相变热沉进行精细化设计,制作样件,并通过仿真对比验证其散热性能满足要求,同时分析了实验测试结果和仿真结果的差异及原因,研究结果可为严酷条件下应用相变材料进行热设计和热管理提供参考。     

应用相变储能板的星载数据处理器热设计

某星载数据处理器采用标准机箱结构,实现整星对地遥测数据的存储与传输的功能。数据处理器总热耗较大,其中有3个数据处理单元在工作时热耗高达70W。针对数据处理单元的周期性工作特点,填充有相变材料的储能板作为其散热措施使用。在数据处理单元工作时储热,间歇时散热,实现对数据处理单元的温度控制。为了验证该热设计措施的有效性,采用Flotherm软件进行仿真分析并设计了真空下的瞬态热平衡试验。仿真和试验结果均证明热设计方案合理,该相变储能板可以适应数据处理单元周期性工作的需求,且其内部所有元器件均满足一级降额设计要求。这种热设计方法为后续该类型周期性工作的大热耗单元热设计提供了参考意义。     

相变材料深空控温技术研究

随着航天电子产品向小型化、集成化方向发展,产品热流密度迅速增长,其抗热冲击散热问题成为制约产品设计的瓶颈问题之一.使用相变控温技术可以很好地解决该问题,且相变控温属于被动控温,可靠性很高,符合航天产品要求.以某VPX标准机箱扩热板结构为研究对象,提出相变材料与载荷产品结构复合一体化的相变控温装置设计方法.通过设计试验进...     

星载有源组件复合相变材料相变控温性能研究

为研究添加纳米粒子的复合相变材料应用与星载有源设备相变控温时的控温性能,采用了数值仿真的方式,使用ANASYS软件比较分析了硬脂醇改性石墨烯/正十八烷石蜡复合相变材料与纯正十八烷石蜡相变材料的相变控温性能。结果表明,在短时间控温时复合相变材料具有一定优势,同时在有源组件非工作时间散热时,复合相变材料可以在更短时间内将工作时间吸收的热量全部散去,恢复初始状态速度比纯正十八烷石蜡快14.1%,因此添加硬脂醇改性石墨烯纳米粒子的复合相变材料可以作为提升相变控温装置整体性能的一种有效辅助手段;同时针对与其他主要导热能力提升手段相结合后的控温性能进行了对比分析,复合相变材料可以起到提高控温装置性能的作用,可以与其他方式进行有效的结合。     

一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器设计及验证

针对月球轨道复杂的热环境,设计一种与流体回路耦合的板翅式相变换热器,通过利用相变材料熔化蓄热、凝固放热的特性,实现对航天器在不同外界热环境条件下散热能力的调节。基于一系列简化假设,开展相变换热器仿真分析,计算给定入口温度条件下相变换热器的换热性能和熔化与凝固特性,并且详细分析相变腔体内相变材料的熔化过程。通过搭建相变换热器性能试验台开展试验研究,得到相变换热器运行的温度结果,验证了相变换热器设计的合理性。文章提出的耦合相变换热器的流体回路方案可作为载人航天器月球轨道飞行的有效热控手段。     

临近空间再生燃料电池储能系统散热风扇性能

针对平流层飞艇再生燃料电池储能系统的风冷散热组件,采用Fluent计算散热风扇在设计飞行高度不同转速条件下的风压、流量、静压效率等性能参数。进而针对海拔0~20km高度的环境温度和压力变化,计算20kW散热能力条件下散热组件风量需求及其对应风扇转速、功耗等变化趋势。在此基础上,进行散热组件不同海拔高度环境下的性能试验,风扇模型计算结果和试验数据吻合较好。结果表明风冷散热组件能够满足再生燃料电池储能系统在包括起飞、高空驻留和降落在内的整个任务周期的散热要求。     

模块化热控技术及其在低轨卫星中的应用

针对模块化卫星各模块结构独立且需满足重复分离的要求,以及热耗不均衡分散分布的特点,提出金属基底-阵列碳纳米管热接口、结构板石墨稀涂膜及智能热控涂层散热面的模块化热控技术。该热控技术建立了可重复分离的模块间及受限空间模块内部的高效传热路径,并可自适应外热流变化,从而实现模块化卫星分散式热耗的协同散热。通过热仿真有限元分析模拟了近地圆轨道卫星在轨极端工况下的温度响应,结果满足热控指标要求,验证了模块化热控技术在低轨模块化卫星中的应用。     

嫦娥一号卫星热控设计中热管的应用及验证

为克服由于月球热环境的特殊性给热控设计带来的困难,尤其是卫星度过月食的极端状态条件,首次采用了舱外两舱热耦合热管、相变材料热管技术,为最终嫦娥一号卫星热控状态满足总体的技术要求发挥了关键作用。由于两舱热耦合技术的采用,两舱的热能量得到了相互补偿,因此减少了整星散热面,减少了热补偿功率需求,提高了月食结束时蓄电池的温度,使热控技术方案成为相对优化的方案。文章对热管技术在嫦娥一号卫星热控设计中的应用进行了总结,并给出了热分析及热平衡。     

星用X频段调制功率放大模块设计

为了满足遥感卫星对数传单机小型化的要求,文章提出了一种星用X频段调制功率放大模块的设计方法。首次通过采用半导体单片集成电路芯片,对射频电路进行创新性设计,将驱动放大、载波调制、功率放大等功能集成在一个模块中,实现功率放大器的小型化;其次,通过腔体谐振特性仿真及传输特性仿真,优化模块结构设计,保证模块的腔体稳定性以及优良的传输特性;最后,通过优化大功率芯片载焊工艺,改善模块散热特性,并通过红外热像仪测试对芯片焊接质量进行评估。研制出的X频段调制功率放大模块具有功率密度高、效率高、体积小、质量轻等优点。红外热像仪结温测试及静态老炼等试验结果表明,所研制的X频段调制功率放大模块可靠性较好,可满足星载应用要求。     

微小卫星高分辨率相机CCD焦面组件热控制

为了保证微小卫星高分辨率遥感器相机的成像品质，需控制焦面组件的温度水平及温度稳定性，特别是焦面CCD光学探测器件的温度控制。首先提出以相变储能与超低刚度柔性导热索相结合的焦面组件精密热控方法，对相变储能装置与石墨柔性导热索的设计及参数选取进行详细介绍；然后，建立焦面组件的热仿真模型并进行温度计算；最后，在真空环境下进行了热试验。计算与试验结果表明，焦面CCD器件长期温度为15～18.5℃，工作温升速率为0.33℃/min，具有良好的温度水平与温度稳定性；热控补偿功率≤4.8 W，约为焦面组件发热功率的1/10，可节省卫星能源消耗，验证了焦面组件热控制方法的正确性。     

一种高效散热航空电子设备的结构及热设计

本文介绍了一种高效散热的航空电子设备结构并对此结构进行了详细的热设计计算、试验论证，提供了一种新的解决电子设备散热问题的设计方法，有助于解决航空电子设备体积成倍减小、功率成倍增加所带来的热设计问题。     

用于共形相控阵天线的纵向互连三维模块

已着手为共形相控阵列技术的可行性研究开发一种基本型X波段三维集成电路（3D-IC）/微电机械系统（MEMS）微波传导模块。用微电子和MEMS加工技术的创新结合作为开发3D-IC加工技术的方法。探讨了可分布于各种任意面的最小模块厚度所必须进行的技术改进。研究初期，作为验证工具，设计、加工了一种基本型无源传导模块并对其作了说明。     

固-液相变装置传热性能数值计算研究

卫星内安装的某些设备在轨长期工作时要求维持较恒定的温度,特别是热容较小的设备受外热流影响温度波动会比较大,文章在传统热控设计的基础上增加了相变装置,利用焓法建立了设备、蜂窝板、相变装置统一的控制方程,研究了空间环境下相变装置的热性能。结果表明:采用相变装置有助于提高散热面的等温性,同时能够有效降低设备的温度波动范围,为航天器内设备的热控设计提供了一定依据。     

基于LabWindows动态链接库技术的航天器有效载荷通用测试系统的开发研究

航天器有效载荷产品的生产研制具有种类多、批次多、批量小等特点。为了提升有效载荷产品自动测试系统的软件灵活性,以应对测试项目复杂性增加所带来的挑战,提出了一种基于动态链接库技术的测试系统软件架构。该架构具备线程管理、仪器资源管理和测试序列编辑的功能,通过三层动态链接库的关联结构设计实现了自动测试系统中用户管理、业务逻辑和仪器控制的软件功能,同时给出了系统架构中各个模块的详细设计方案,最后通过产品测试验证了系统功能。提出的基于动态链接库技术组成的系统架构具有更小的程序粒度和良好的扩展性。通过三层动态链接库模块之间的灵活配置与重构,使得测试系统软件整体功能得到不断升级,极大地满足了当前航天有效载荷产品生产研制对于集成测试系统的需求,从而为航天器测试系统架构设计提供了的一种新思路。     

冷板流道结构优化及其钎焊技术

针对航天航空领域中集成电子设备出现的热流密度过高所带来的高效散热技术冷板设计问题与结构制造难题,提出了一种流道设计优化与结构钎焊技术。利用Flotherm热仿真分析软件对导流和结构等进行优化,完成了高效率散热结构设计。同时,对设计的窄流道结构带来的焊接质量问题,进行了钎料和焊接压力参数优化。结果表明:与传统S型流道冷板相比,采用片状导流结构和串并联混合结构的冷板热源温度降低了15℃,并将均温性控制在1.2℃以内。采用控制钎料厚度和工装压力的方法,降低了窄筋流道堵塞和焊接变形趋势。     

GEO通信卫星可变大功率器件散热方法研究

针对GEO通信卫星某可变大功率器件,提出散热补偿、散热控制和蓄能散热3种热控设计方法,并按器件温度指标要求进行了详细的理论估算和仿真计算。结果表明3种方法都能满足器件温度指标要求,且仿真计算与理论估算结果偏差在10%以内。此外,基于功率和质量两个方面,通过比较3种方法的优缺点,相关数据表明散热控制方法不仅可减小热控系统质量,且不消耗系统能源,是较为理想的散热方法。实际工程应用时应综合考虑质量、功耗、可靠性、安全性、工艺性等诸多影响因素,合理选择可变大功率器件的散热方法。     

3F体系数据库开发与应用关键技术研究

在进行故障发现、分析与处理过程中,3F技术是最基本、最重要和最有效的3种工具。在当前计算机集成产品开发过程中．3F集成体系数据库设计是产品可靠性实现与增长的技术瓶颈。本文首先介绍3F技术的基本知识,然后系统分析3F体系数据库开发各个环节的关键技术。如数据库模块关联设计、远程同步操作实现和报警功能输出等等。旨在建立适合某企业运作的3F体系。促使该企业的各个型号研发全过程全面推广应用3F技术。所开发的数据库软件模块表明：3F操作体系的智能化及数据资源的共享和传递良好．输入输出界面便于深入完成产品的潜在故障发现及已出现故障的分析纠正．将较大地提高现有产品及新一代产品的可靠性水平。     

基于相变传热技术的空间瞬时大热耗载荷级联散热设计

针对空间千瓦级瞬时大热耗载荷的散热问题,提出了一种"平板蒸汽腔(Vapor Chamber,VC)+相变装置(Phase Changed Material,PCM)+环路热管(Loop Heat Pipe,LHP)"的一体化通用级联散热设计方法。以被动控温为主,采用当量导热系数大于2000W/(m·K)的VC强化传热,进而通过3D打印的导热蜂窝结构PCM强化热量的储存和释放。以某瞬时热耗达3000W的空间载荷为例进行散热设计,通过热分析和热试验验证,结果表明:热源45s和60s工作时间内最大温升分别为12.5℃和19.6℃,温度控制在10～40℃的范围内;修正后的热分析模型与热试验结果对比,绝对误差为1℃左右,相对误差为4.85%。验证了设计方法的正确性,可为同类空间千瓦级瞬时大热耗载荷的热设计提供参考。