CN112165831A - 应用于飞行器的集成化控制器及飞行器 - Google Patents

Abstract

本申请实施例提供一种应用于飞行器的集成化控制器及飞行器，其中，集成化控制器包括：壳体；所述壳体的第一端面设有入风口，与第一端面相对的第二端面设有出风口；所述出风口处设有风扇；多个功能模块，设置在所述壳体内；按照发热量从大到小的顺序，将各功能模块从外向内布置在壳体内；位于最外侧的功能模块的发热面朝向所述壳体；相变散热模块，设置在壳体上，与壳体的外表面贴紧。本申请实施例提供的应用于飞行器的集成化控制器及飞行器能够提高散热速率。

Description

应用于飞行器的集成化控制器及飞行器

技术领域

本申请涉及控制器散热技术，尤其涉及一种应用于飞行器的集成化控制器及飞行器。

背景技术

架构综合控制器(Verstatile Protocol Switch bus，简称：VPX)是一种常用于航空航天飞行器领域的控制器，其内部设置有多个电子元器件。由于电子元器件的工作性能受温度的影响比较大，当电子元器件处于超温工作或者长期在高温环境下工作的过程中，会出现可靠性下降的问题，其使用寿命也将缩短。因此，工作温度是影响VPX架构综合控制器工作性能和可靠性的重要因素。随着控制器产品的集成化水平逐渐提高，单位体积内产品的热流密度逐渐增大，散热问题成为亟待改善的一个重要问题。

发明内容

为了解决上述技术缺陷之一，本申请实施例中提供了一种应用于飞行器的集成化控制器及飞行器。

本申请第一方面实施例提供一种应用于飞行器的集成化控制器，包括：

壳体；所述壳体的第一端面设有入风口，与第一端面相对的第二端面设有出风口；所述出风口处设有风扇；

多个功能模块，设置在所述壳体内；按照发热量从大到小的顺序，将各功能模块从外向内布置在壳体内；位于最外侧的功能模块的发热面朝向所述壳体；

相变散热模块，设置在壳体上，与壳体的外表面贴紧。

本申请第二方面实施例提供一种飞行器，包括：如上所述的集成化控制器。

本申请实施例提供的技术方案，通过将壳体内的功能模块按照发热量的大小进行排布，将发热量大的模块布置在外侧且其发热面朝向壳体，能够缩短热传导的距离；在壳体的第一端面设置入风口，第二端面设置出风口，并在出风口设置风扇，风扇的驱动作用能够使得壳体内的空气在入风口和出风口之间形成有序流动，进而快速将热量散发出去；另外，还在壳体的外表面设置相变散热模块，极大地提高了散热速度，采用以上三个散热手段能够大幅度提高控制器的散热效率，保证控制器内的电气元器件工作在正常范围内，进而确保工作性能满足要求，提高可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的集成化控制器的立体图一；

图2为本申请实施例提供的集成化控制器的立体图二；

图3为本申请实施例提供的集成化控制器的截面视图；

图4为本申请实施例提供的集成化控制器中功能模块的爆炸视图。

附图标记：

1-壳体；11-第一端面；111-入风口；12-第二端面；121-出风口；13-凸出侧面；14-凹陷侧面；

2-功能模块；21-前盖；22-后盖；23-框架；24-电路板；25-锁紧条；26-导热冷板；

3-相变散热模块；

4-风扇；

5-散热片。

具体实施方式

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

本实施例提供一种集成化控制器，能够应用于飞行器上。该飞行器可以为能够在大气层内飞行的航空器，如：飞艇、飞机等，也可以为在大气层外飞行的航天器，如：人造卫星、载人飞船、空间探测器、航天飞机等，或者也可以为火箭或导弹。

图1为本申请实施例提供的集成化控制器的立体图一，图2为本申请实施例提供的集成化控制器的立体图二，图3为本申请实施例提供的集成化控制器的截面视图。如图1至图3所示，本实施例提供的集成化控制器，包括：壳体1、功能模块2和相变散热模块3。

其中，壳体1具有相对的第一端面11和第二端面12，第一端面11设置有入风口111，第二端面12设置有出风口121。第二端面12还设有风扇4，风扇4位于出风口121的外侧，在风扇4的驱动作用下，外部气体从入风口111进入壳体1内，并朝向出风口121的方向有序流动，直至从出风口121排出，对壳体1内进行散热。

功能模块2的数量为多个，设置在壳体1内。功能模块2为集成化控制器中所需的模块，例如：控制模块、通信模块、功率开关模块、驱动模块等，具体可根据飞行器的种类进行设定。每个功能模块2的发热量是不同的，按照发热量从大到小的顺序，将功能模块2从外向内布置在壳体1内，相当于将发热量较大的功能模块2放在外侧，将发热量较小的功能模块2放在内侧。位于最外侧的功能模块2的发热面朝向壳体1，以使热量能够尽快通过壳体1传导并与外部环境进行热交换，达到快速散热的效果。

另外，相变散热模块3贴紧在壳体1的外表面，相变散热模块3内设置有相变吸热材料，吸热量较大，能够极大地提高散热速度。

本实施例提供的技术方案，通过将壳体内的功能模块按照发热量的大小进行排布，将发热量大的模块布置在外侧且其发热面朝向壳体，能够缩短热传导的距离；在壳体的第一端面设置入风口，第二端面设置出风口，并在出风口设置风扇，风扇的驱动作用能够使得壳体内的空气在入风口和出风口之间形成有序流动，进而快速将热量散发出去；另外，还在壳体的外表面设置相变散热模块，极大地提高了散热速度，采用以上三个散热手段能够大幅度提高控制器的散热效率，保证控制器内的电气元器件工作在正常范围内，进而确保工作性能满足要求，提高可靠性。

在上述技术方案的基础上，本实施例提供一种集成化控制器的具体实现方式：

壳体1呈截面为“十”字形的中心对称结构，与壳体1中心线方向垂直的两个端面分别为第一端面11和第二端面12。连接在第一端面11和第二端面12之间的称为侧面。对于“十”字形结构的壳体1而言，其侧面包括从壳体1的中心向外延伸出的凸出侧面13以及相邻两个凸出侧面13之间的凹陷侧面14。

壳体1内的各功能模块2可分为四组，每一组功能模块2层叠设置在凸出侧面13对应的端部，每一组功能模块2中位于最外侧的功能模块2的发热面朝向凸出侧面13，缩短热传导的距离，加快功率模块2中热量传导至壳体1的速度。

进一步的，将相变散热模块3设置在凸出侧面13上，使得相变材料能够快速吸收功率模块2散发出的热量，极大地提高了散热速度。

每一组功能模块2中位于外侧的功能模块2的两个侧面(即：与发热面相邻的两个侧面)朝向凹陷侧面14，该功能模块2的热量还可以通过该侧面传导至凹陷侧面14进行散热。位于内侧的功能模块2的两个侧面也朝向凹陷侧面14，其热量也可以通过该侧面传导至凹陷侧面14进行散热。

进一步的，在凹陷侧面14上设置多个散热片5，各散热片5沿垂直于凹陷侧面14的方向向外延伸，各散热片5之间具有一定间隙。采用散热片5增大了与周围空气的接触面积，进而增大了热交换的面积，能够进一步提高热辐射和对流换热能力，加快散热速度。

优选的，在壳体1的外表面设置有黑色阳极化层，布满壳体1的第一端面11、第二端面12、凸出侧面13以及凹陷侧面14。黑色阳极化层能够增大热辐射能力，进而提高热交换效率。

在壳体1的第一端面11上设置有入风口111，入风口111的数量为两个，分别位于凸出侧面13的附近。第二端面12上设置有出风口121，具体位于第二端面12的中心区域。风扇4通过风扇安装座固定在第二端面12上，与出风口121正对。入风口111和出风口121处设置有过滤网。

风扇4具体可以为抽风轴流式风扇。在飞行器起飞之前，风扇4的电源端与地面控制电源相连，通过地面控制电源进行供电，对控制器进行散热。在飞行器起飞之后，风扇4的电源端与地面控制电源断开，以保证风扇4不会因故障而影响飞行器上的其它电气系统，提高飞行可靠性。

飞行器起飞之后，依靠相变散热模块3进行散热，基于相变材料快速吸热，从而保证控制器的内部元器件工作在适合的范围内。

进一步的，还可以对功能模块2进行改进，以提高散热效果。具体的，图4为本申请实施例提供的集成化控制器中功能模块的爆炸视图。如图4所示，功能模块2包括：前盖21、后盖22、框架23、电路板24、以及锁紧条25。其中，框架23和电路板24设置在前盖21和后盖22之间，锁紧条25设置在前盖21、后盖22和框架23的两侧，用于从两侧将前盖21、后盖22和框架23锁紧。框架23通过锁紧条25与壳体1紧密贴合。

电路板24上设置有多个电路元件，将发热量大的电路元件布置在临近锁紧条25的位置处，以使热量通过锁紧条25快速传导至壳体1进行散热。

进一步的，框架23上设置有导热冷板26，导热冷板26与电路板24中发热量较大的电路元件之间设置有导热材料层，导热材料层分别与该电路元件和导热冷板26紧密贴合。则电路元件的热量依次通过导热材料层、导热冷板26和框架23快速传导至壳体1，提高散热效率。

还可以采用导热片，设置在电路元件与框架23之间，进一步提高电路元件与框架32之间的热传导速度。

上述方案中，优化了功能模块2的内部结构和功率模块2在壳体1内的布置实现了自然冷却，采用风扇4进行风冷散热，采用相变散热模块3进行相变散热，通过自然冷却+风冷散热+相变散热的复合热控方案，能够实现控制器热量的快速耗散，提高散热效率，保证控制器内部元器件的工作温度，降低元器件的失效风险。

采用上述方案，使得集成化控制器在技术阵地或发射阵地测试工况下的内部最高温度稳定在45℃，不超过进口工业级元器件的失效工作环境温度85℃。

对上述集成化控制器进行有限元仿真分析，预示复合热控方法的效果，该步骤可以采用任何商业的有限元软件，得到集成化控制器温度云图。采用上述复合热控方式，集成化控制器在25℃仿真环境下工作240h，飞行35℃仿真环境下工作10min，内部元器件最高温度为69.8364℃，未超过进口工业级元器件的失效工作环境温度85℃。

本实施例还提供一种飞行器，包括：如上任一内容所提供的集成化控制器。通过将集成化控制器壳体内的功能模块按照发热量的大小进行排布，将发热量大的模块布置在外侧且其发热面朝向壳体，能够缩短热传导的距离；在壳体的第一端面设置入风口，第二端面设置出风口，并在出风口设置风扇，风扇的驱动作用能够使得壳体内的空气在入风口和出风口之间形成有序流动，进而快速将热量散发出去；另外，还在壳体的外表面设置相变散热模块，极大地提高了散热速度，采用以上三个散热手段能够大幅度提高控制器的散热效率，保证控制器内的电气元器件工作在正常范围内，进而确保工作性能满足要求，提高可靠性。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或可以互相通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种应用于飞行器的集成化控制器，其特征在于，包括：

壳体；所述壳体的第一端面设有入风口，与第一端面相对的第二端面设有出风口；所述出风口处设有风扇；

多个功能模块，设置在所述壳体内；按照发热量从大到小的顺序，将各功能模块从外向内布置在壳体内；位于最外侧的功能模块的发热面朝向所述壳体；

相变散热模块，设置在壳体上，与壳体的外表面贴紧。

2.根据权利要求1所述的集成化控制器，其特征在于，所述功能模块包括：前盖、后盖、框架、电路板、以及锁紧条；

所述框架和电路板设置在前盖和后盖之间；

所述锁紧条设置在前盖和后盖的两侧，用于从两侧将前盖、后盖和框架锁紧；

所述电路板上设置有多个电路元件，其中发热量大的电路元件临近锁紧条。

3.根据权利要求2所述的集成化控制器，其特征在于，所述框架上设置有导热冷板，所述导热冷板与电路板中发热量大的电路元件之间设置有导热材料层，导热材料层分别与该电路元件和导热冷板之间紧密贴合；所述框架与壳体紧密贴合。

4.根据权利要求1所述的集成化控制器，其特征在于，所述壳体呈截面为“十”字形的中心对称结构，所述第一端面和第二端面为垂直于壳体中心线的两个端面；所述相变散热模块设置在第一端面与第二端面之间的凸出侧面上。

5.根据权利要求4所述的集成化控制器，其特征在于，各功能模块分为四组，每一组功能模块层叠设置在凸出侧面对应的端部；每一组功能模块中位于最外侧的功能模块的发热面朝向凸出侧面。

6.根据权利要求5所述的集成化控制器，其特征在于，所述壳体中相邻两个凸出侧面之间所形成的凹陷侧面上设置有多个散热片，所述散热片沿垂直于壳体表面的方向向外延伸，各散热片之间具有间隙。

7.根据权利要求6所述的集成化控制器，其特征在于，每一组功能模块中位于内侧的功能模块的侧面朝向所述散热片的方向，该功能模块的侧面发出的热量可通过散热片进行发散。

8.根据权利要求4所述的集成化控制器，其特征在于，所述壳体的外表面设置有黑色阳极化层；所述黑色阳极化层布满壳体的第一端面、第二端面、第一端面与第二端面之间的凸出侧面、以及凸出侧面之间的凹陷侧面。

9.根据权利要求1所述的集成化控制器，其特征在于，所述风扇为抽风轴流式风扇，所述风扇的电源端在飞行器起飞之前用于与地面控制电源相连，在起飞之后与地面控制电源断开。

10.一种飞行器，其特征在于，包括：如权利要求1-9任一项所述的集成化控制器。

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