一种飞行器电子设备梯度热控装置的制作方法

本发明涉及一种飞行器电子设备梯度热控装置，属于飞行器电子设备热管理。

背景技术：

1、飞行器电子设备小型化高集成的发展趋势造成了产品能耗密度急剧增加，内部高功耗芯片发热严重，电子设备工作可靠性急剧下降，容易引起电子设备热失效。针对此项技术问题，公告号为cn105659945b的中国发明专利公开了“一种高热流密度大热耗电子设备散热装置”，采用外置式扩热板及预埋热管实现高热流密度电子设备的散热。但该散热装置无法直接作用在高功耗电子器件上，器件与散热装置间传热环节导致等效热阻高、导热系数梯度大，难以保证散热效率，同时外置散热装置也存在体积重量大等缺点，与电子设备轻质小型化发展趋势背道而驰。

2、为提升散热装置储热能力，公告号为cn118276644a的中国发明专利公开了“一种散热结构设计方法、结构、电子设备及存储介质”，采用散热盒封装pcm达到增加装置储热能力的目的，但该散热装置等效导热系数受限于pcm本身导热系数，高功耗芯片热量可能无法及时导出至散热装置，散热效果不理想。

3、同时随着高超声速飞行器技术的发展，在高超声速长航时飞行过程中飞行器内壁及周围空气温度快速上升，热量将通过传导、对流及辐射等形式快速传递至电子设备。如何解决在内外部综合热效应影响下电子设备热失效问题成为亟待解决的技术难题。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，存在的高超声速飞行器技术难以处理综合热效应的问题，提出了一种飞行器电子设备梯度热控装置。

2、本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

3、一种飞行器电子设备梯度热控装置，包括fgm机箱、梯度热控模块，其中：

4、fgm机箱内部搭载飞行器电子设备，用于降低飞行器内壁至fgm机箱内的热量传导；梯度热控模块设置为端盖结构并固定安装于fgm机箱顶部端口位置，梯度热控模块用于降低外部环境至fgm机箱内的热量传导并内置电子设备热沉用于储存热量以保护飞行器电子设备，飞行器电子设备安装于fgm机箱内部且安装于梯度热控模块下方，并在运行过程中通过fgm机箱传递热量至电子设备热沉进行储存。

5、所述fgm机箱包括机箱壳体、外部接口、内部接口，其中：

6、机箱壳体为矩形结构，矩形结构侧面设置有外部接口，机箱壳体通过外部接口连接至飞行器内壁，机箱壳体顶部设置有端口用于匹配安装梯度热控模块，机箱壳体内侧设置内部接口用于固定飞行器电子设备。

7、所述机箱壳体、外部接口、内部接口采用不同导热系数的材料制备，机箱壳体、外部接口、内部接口采用导热系数梯度下降设计以减缓飞行器内壁热量传导至与内部接口连接的飞行器电子设备；梯度热控模块由朝向内部接口的内侧至外侧通过导热系数梯度下降设计以提升机箱壳体内侧热量传导并降低外部环境至fgm机箱内的热量传导。

8、所述外部接口、内部接口采用于ti6al4v钛合金、al2o3氧化铝、invar36合金、inconel718合金中任意一种材料制备，机箱壳体采用于er2319铝合金、5083铝合金、aln中任意一种材料制备，机箱壳体、外部接口、内部接口均采用激光增材制造、电子束增材制造、电弧增材制造、粉末冶金技术的梯度熔合制备。

9、所述梯度热控模块包括外侧盖板、内侧盖板、t型翅片、pcm层，外侧盖板朝向飞行器内空气环境以减缓外部至机箱壳体内的热量传导，内侧盖板设置于外侧盖板正下方，内侧盖板内嵌设置t型翅片辅助散热，pcm层填充于外侧盖板、内侧盖板的空腔中，作为电子设备热沉进行热量存储，内侧盖板用于将飞行器电子设备生成的热量经由机箱壳体传输至电子设备热沉中进行热量存储。

10、所述外侧盖板采用钛合金材料制备；内侧盖板采用金刚石及铝复合材料制备，导热系数大于预设阈值以及时导出内部热源产生的热量至电子设备热沉进行存储。

11、所述内侧盖板与外侧盖板通过真空扩散焊或真空钎焊或电子束焊连接，外侧盖板上设置有灌注孔，内侧盖板与外侧盖板通过灌注孔在预设温度范围内通过灌注工艺填充pcm层，灌注工艺的灌注体积分数控制在80%~85%，完成灌注后对灌注孔进行焊接密封，焊接完成后对制备完成的梯度热控模块进行高温检漏试验。

12、所述pcm层采用石蜡材料，通过预设固态密度范围、熔点范围及焓值范围加强石蜡材料储热能力，内侧盖板设计等间距排列的t形翅片用于增强pcm层等效导热系数，t形翅片高度和相邻面距离的确定方法为：

13、

14、式中，

h为翅片高度，

d为翅片底部相邻面距离，泡沫金属内嵌于t形翅片中，孔隙率≥95%，材质选用泡沫铜或泡沫铝。

15、所述飞行器电子设备包括pcb板、高功耗芯片、热界面材料，集成设计为内部热源，高功耗芯片焊接在pcb板上，高功耗芯片表面贴覆热界面材料并与内侧盖板稳定接触，pcb板固定在fgm机箱的内部接口上方。

16、所述热界面材料用于填充内部热源的高温区域及内侧盖板的低温区域的界面间隙，并替代空气层用于降低内部热源与内侧盖板的接触热阻，热界面材料选用导热硅脂或导热凝胶或液态金属。

17、本发明与现有技术相比的优点在于：

18、（1）本发明提供的一种飞行器电子设备梯度热控装置，设计了导热系数呈梯度变化的fgm机箱，充分利用不同材料导热性能差异，有效减缓外部热量输入，同时减少机箱热量传递至pcb板，为设备内部高功耗芯片提供良好的工作环境，能够通过合理设计电子设备内外部导热系数梯度，有效减缓外部热量传递至设备本体同时实现高功耗芯片快速散热，显著提升电子设备在内外综合热效应下的工作可靠性；

19、（2）本发明设计梯度热控模块，模块内侧通过t型翅片和泡沫金属有效提升pcm等效导热系数，高功耗芯片产生的热量可及时传递并储存在pcm中，散热效果显著提升；模块由内至外导热系数呈梯度下降趋势，有效降低飞行器内高温空气对设备本体的影响；

20、（3）本发明采用模块化设计，结构紧凑，在不显著增加电子设备体积重量的前提下有效规避内外部综合热效应导致的热失效风险。

1.一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

2.根据权利要求1所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

5.根据权利要求3所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

6.根据权利要求5所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

7.根据权利要求5所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

8.根据权利要求7所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

9.根据权利要求7所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：

10.根据权利要求9所述的一种飞行器电子设备梯度热控装置，其特征在于：