电子设备的热设计(二)

4.印制板的热设计印制板在电子设备中对电路中的元件提供必要的机械支撑,对电路提供必须的电气连接。由于电子设备的小型、安装的高密度、集成电路的大量使用,使印制板的发热密度变高,但是印制板的基材是绝缘层压板,作为传热材料显然是不合适的。因而如何有效地把印制板上的热引导到外部(散热片和大气中)就是印制板级热设计的重要课题。     

星上大功率电缆发热对热设计的影响分析

在目前的整星热设计中,通常不考虑电缆发热的影响,但随着设计实践的深入,发现在一些特定场合下,电缆发热对设计结果的影响十分明显,有时甚至是决定性的。文章以“海洋二号”卫星某大功率电缆为例,通过电缆所在舱段内设备温度计算结果与在轨实测数据的对比,分析了电缆发热对其所在舱段热设计结果的影响。并以此为基础,研究了电缆发热量与其带来的设计偏差之间的关系,提出了热设计中估算电缆发热对设备温度影响的方法,以及热设计中能否忽略电缆发热影响的判据。     

试验电缆发热对热设计验证的影响分析

试验电缆发热是航天器热平衡试验中一个难以消除的附加影响因素,常对热设计的正常验证造成很大干扰,分析其影响是保证热平衡试验验证正确有效的一项重要措施。针对试验电缆发热对试验结果及热设计验证的影响,文章以我国海洋-2(HY-2)卫星散射计探测头部热平衡试验为例,提出了一种定量分析的方法,并描述了对其影响进行分析和予以消除的具体过程。通过讨论散射计探测头部热平衡试验的特点,以及具有类似特点的系统级和部件级热平衡试验的情形,归纳了试验电缆发热定量分析的具体实施方式,并总结了适用于定量分析的热设计验证试验的特点。在轨遥测数据表明,定量分析的方式可正确有效地评估试验电缆发热的影响,修正后的计算模型可对在轨温度进行准确的预示。     

实物标准电阻器智能输出系统的研究

针对实物电阻器输出阻值的改变只能通过手动方式实施的问题,设计了一套智能控制系统,实现实物电阻器阻值的数字化输出。将多只四端标准电阻器以一定的排列顺序串联连接,利用四端标准电阻器的原理特点,所有串联电阻共用一对电位端,在每只电阻器的左右分别都有一个电流输出端,电流输出端线路中接入继电器控制开关,以控制继电器的开通闭合,来实现电阻器的不同组合输出。本系统经试用,性能稳定、准确度高、实时性好、适用范围广、试运行情况良好。     

遥感器焦面电路热设计改进的模拟试验

焦面电路是空间光学遥感器重要发热源,需要通过合理的热设计将热量及时导走,维持电子元器件温度不致过高。某空间光学遥感器焦面电路大量采用高功耗电子元器件,采取传统方法对该焦面电路进行了热设计;建立了模拟试验系统对该热设计进行验证,在模拟试验过程中发现了该热设计的不足之处;提出了改进措施,即:建立从发热器件到电路盒壳体之间直接导热路径,并再次进行了试验。试验结果表明改进后测点温度有大幅度降低,从而验证了改进措施的有效性。     

风机在航天器热控系统的应用设计

简要描述了风机在航天器热控系统的应用设计方法与使用结果,包括用于设备降温的风机、用于舱段间拉平温度的热控风机及用于地面热平衡试验时的专用风机。提出了在噪音、电磁兼容性、寿命、真空储存和风量标定方面的有关问题。     

飞船单相流体回路热设计

单相流体回路热控技术在国外载人航天器上普遍得到使用,也是发展我国载人航天器必须解决的关键技术之一。本文概要论述了飞船单相流体回路热控设计有关问题,包括控温方法、泵的性能参数确定、冷板热设计、液液换热器热设计、辐射器热设计等,给出了相应的设计方法和实际在轨运行结果。     

高热耗波导组件的系统级热设计

载荷分系统为航天器实现功能的重要组成部分,随型号设计难度的提高,载荷分系统一般通过提高行波管放大器输出功率来实现性能达标,由此必然导致多工器后级公共端波导热耗过高,对系统级热设计提出更高要求。首先对系统级波导组件热设计方法进行介绍,在此基础上对高热耗波导组件的热分析方法、散热设计及试验验证情况等进行描述。结果表明,在系统热设计无法保证波导使用温度时,需在波导组件上实施散热措施,使用的通用化散热翅片设计简单,安装灵活,利于产品化,经试验验证,最高可将波导温度降低25℃左右。     

封装热可靠性测试系统中的恒温控制器设计

论文设计了在半导体器件热封装可靠性测试系统中使用的恒温控制器,该控制器可以使半导体器件所处的环境温度维持在某一恒定范围,以保证可靠性测试中的恒定加速应力需求。文中对整个恒温控制器进行了介绍,同时详细阐述了测温模块与升温模块的电路设计,然后对控制器的运行情况进行测试,以验证其可行性。通过测试得出该恒温控制器具有良好的温度控制精度,可以满足半导体器件热封装可靠性测试系统的使用需求。     

引力波探测卫星热设计研究进展

介绍了各国引力波卫星热控问题的研究现状,分别分析了美国激光干涉空间天线(LISA)计划的引力波探测卫星、我国的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星的热控方式,详细阐述了引力波探测卫星在整星级热设计上存在的挑战,点明了目前的引力波探测卫星精密热设计技术与可以投入运行使用的引力波探测卫星实际需求的差距。具体分析了国内的“天琴”系列与“太极”系列引力波探测卫星在热控能力上与LISA卫星产生差距的原因,并介绍了几种国内航天器正在开发应用的新技术,为之后的引力波探测卫星热设计的进一步提升提供一定的理论基础。     

真空热试验测控仪器驱动器通用化设计

航天器真空热试验中温度的测量和外热流的模拟使用到多种不同型号的测控仪器, 这些仪器驱动方式也大不相同,这给测控系统应用软件的开发带来很多不便。文章基于VISA（虚拟仪器软件结构）标准针对目前使用的各种仪器编写了通用的驱动函数,并以动态链接库的形式进行封装,可以供调用进行二次开发,有利于仪器驱动配置过程的简化和测控软件的通用化设计。     

卫星真空热试验倾斜姿态模拟装置的设计

为验证月球地形表面坡度以及重力环境对探测器及设备性能的影响,设计了一种探测器倾斜姿态模拟装置。该装置采用双曲柄摇块机构,主要由步进电机、螺旋升降机、转动平台(连架杆)、底框等组成。针对<10-4 Pa的高真空和100 K低温的使用环境以及大尺寸、重负载和高精度的使用要求,讨论了探测器倾斜姿态模拟装置设计时所面临的系列问题及解决方法。该装置已成功应用于“嫦娥三号”以及“嫦娥五号”的真空热试验,满足试验对装置提出的各项指标要求。     

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。     

高精度伞状天线热设计优化及热平衡试验验证

高精度伞状天线温度场影响天线在轨运行型面精度,而天线肋组件作为天线型面保持最重要的部件,其热控设计合理性对保证天线在轨正常工作尤为关键。通过对天线肋组件采取保温、加热设计,在热控实施过程中控制影响漏热的主要因素,使得天线肋温度满足在轨使用要求,通过整机热平衡试验验证了天线肋热设计的合理性。     

空间用薄膜电加热器设计及热均匀性测试

针对空间飞行器用薄膜电加热器的实际需求,设计了不同的布线形式,并分别对其进行了数值求解和参数化绘图。使用红外热像仪对所生产电加热器样品的温度场进行了测试,结果表明电加热器温度场在单条水平线内的方均根差在2.79%以内,热均匀性较好,方程求解和绘图设计合理。此方法可应用于薄膜电加热器快速布线设计,电加热器热均匀性能够满足较高的加热控制需求。     

超低轨道卫星热控分系统原子氧防护设计

为满足超低轨道卫星长寿命的使用要求,必须对星表经受累计大剂量原子氧通量的热控材料进行原子氧防护,或选择具有原子氧耐受的热控材料,以保证星上仪器设备在整个寿命周期中都能维持良好的工作环境。对国内外航天器上常用热控材料的原子氧影响研究结果进行了分析,对原子氧对各种材料的侵蚀机理及侵蚀速率进行了总结,并据此给出在轨道高度为268 km上的超低轨道卫星的热控设计建议,为国内超低轨道卫星的热控设计提供参考。     

月面采样相机的热设计与热分析

月面采样相机安装于月球无人采样返回探测器的机械臂上,其质量小,热耗较大,长期工作在高温环境中,故温度水平成为影响相机能否正常工作的重要因素,须予以分析。文章根据相机工作模式和机械臂的姿态运动特性,构建出适应机械臂运动的热分析模型,提出几种实现相机高温散热的方法,通过对比分析,分别确定了基于OSR涂层和白漆的热控方案,并推演了散热窗口的临界模型,为后续器外设备热设计提供借鉴思路。     

真空热试验热响应测试程序设计

热响应测试是真空热试验准备阶段的一项重要测试过程,是验证热试验工艺准备和测控系统软硬件配置是否正确的有效手段。文章基于Excel VBA平台和VISA仪器驱动标准,设计了通用的热响应测试程序,具有界面熟悉、操作简单的特点,极大地提高了热响应测试效率。     

临近空间飞行器热管理及热设计方法

针对临近空间飞行器所处独特的空间热环境,对其空间外热流进行了分析,并结合飞行器载荷舱内能源与电子设备的功耗情况及热控要求,在载荷舱的散热措施中对辐射、对流两种热量传递方式的散热效果进行了分析和对比。结果表明：在临近空间飞行器所处的独特的空间热环境下,强制对流换热效果明显大于辐射换热,且在相同的热载荷工况下,对流散热系统的设备重量要远小于辐射散热系统的设备重量,对流散热系统受空间热环境的周期性变化影响较小,系统较为稳定。
     

过冷器热设计研究

本文比较了多种换热器热设计方法,认为差分法更适合低温换热器的设计,并举例说明了差分法在过冷器热设计中的应用。