CN113382608B - 一种飞行器设备舱散热系统及其散热方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种飞行器设备舱散热系统及其散热方法，属于飞行器散热领域，解决了现有飞行器电子设备舱发热严重，散热效率慢以及散热不充分的问题。本发明通过在散热器与电子设备舱之间设置传热结构进行热传导，将电子设备舱的热量传递至散热器，进而通过散热进气道引流发动机流道的低温流体流经散热器，通过低温流体与散热器进行热交换，对散热器进行冷却，并通过散热出气道排出飞行器舱外，进而实现了对飞行器电子设备舱的散热。

Description

一种飞行器设备舱散热系统及其散热方法

技术领域

本发明涉及飞行器散热领域，尤其涉及一种飞行器设备舱散热系统及其散热方法。

背景技术

随着现代化武器的快速发展，现代军用飞行器发展趋势在向信息化、小型化和集成化方向转变，飞行器电子舱内的设备功率密度增加对飞行器电子舱的散热提出了更高的要求。传统基于辐射、热传导和自然对流的散热方式已不能满足现代飞行器电子设备舱的散热需求。

发明内容

鉴于上述的分析，本申请旨在提供一种飞行器设备舱散热系统及散热方法，解决了现有技术中飞行器电子设备舱发热严重，散热效率慢以及散热不充分的问题。

本申请的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种飞行器设备舱散热系统，包括：

散热进气道，用于引流发动机流道的低温气流；

散热出气道；用于排出换热后的气体；

散热器，设置在散热进气道与散热出气道之间，用于与所述低温气体进行热交换；

所述散热器与所述飞行器设备舱之间通过传热结构传递热量。

进一步地，所述传热结构为传热通道或传热导线，所述传热通道或传热导线连接所述飞行器设备舱，且环绕所述散热器。

进一步地，所述传热结构为底板，所述散热器通过所述底板与所述飞行器设备舱表面接触。

进一步地，所述散热器中设置多个散热片。

进一步地，所述散热片为具有波纹曲面的片状结构。

进一步地，所述散热片为波纹板，所述波纹板具有上下两个波纹曲面。

进一步地，所述散热器中并列排布多个所述波纹板，且相邻波纹板的水平方向的相对位置可调节。

进一步地，所述散热片为凹凸板，所述凹凸板一侧为波纹曲面，另一侧为平面。

进一步地，所述凹凸板有多个，且相邻凹凸板对称设置；相邻凹凸板的纵向间距可调。

一种飞行器设备舱的散热方法，采用上述的散热系统，包括以下步骤：

步骤S1：将设备舱的热量通过传热结构传递至散热器；

步骤S2：散热进气道与发动机流道连通，发动机流道的低温气流通过散热进气道流入散热器，低温气流流过散热器时与散热器进行热交换；

步骤S3：低温气流与散热器热交换后，通过散热出气道排出飞行器舱外，实现对设备舱的散热。

与现有技术相比，本申请至少可实现如下有益效果之一：

a)本发明提供的飞行器设备舱散热系统及散热方法，实现了对飞行器内高度集成的舱内电子设备高效率散热，利于实现飞行器内部电子设备的集成化和小型化设计。

b)本申请提供的飞行器设备舱散热系统及散热方法，通过散热器对设备舱的热量进行转移，同时引流发动机流道的低温气流对散热器进行降温，最终实现对设备舱的降温，实现了对电子设备舱的降温同时不会影响电子设备舱内部设备的布置和正常工作。

c)本申请提供的飞行器设备舱散热系统及散热方法，散热器上设有多层散热片，通过散热片于散热进气道流过来的低温气流进行热交换，增加了散热器与低温气流的接触面积，即增大了换热面积，提高了散热效率。

d)本申请提供的飞行器设备舱散热系统及散热方法，散热器的散热片为具有波纹曲面的片状结构，上下相邻的散热片之间形成散热通道，通过调整相邻散热片的相对位置能够调节散热通道的形状，进而通过改变流体流经散热片的流动状态实现对热交换效率的调整，提高散热器的散热效率。

本申请的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本申请而了解。本申请的目的和其他优点可通过在所写的说明书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本申请的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明提供的飞行器设备舱散热系统结构图；

图2为散热器结构示意图；

图3为波纹片结构示意图；

图4为波纹片侧视图；

图5为具有波纹片的散热器的使用状态之一；

图6为具有波纹片的散热器的使用状态之二；

图7为凹凸板结构示意图；

图8为具有凹凸板的散热器的使用状态之一；

图9为具有凹凸板的散热器的使用状态之二；

图10为设备舱散热热传导过程示意图。

附图标记：

1-飞行器壳体；2-散热进气道；3-发动机流道；4-散热器；5-散热出气道；

41-波纹片；42-第一拉杆；43-凹凸板；44-散热器外围板；

411-第一波纹片；412-第二波纹片；413-第三波纹片；414-第四波纹片；415-第五波纹片；416-第二拉杆；

431-第一凹凸板；432-第二凹凸板；433-第三凹凸板；434-第四凹凸板；435-第五凹凸版；436-第六凹凸版。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本申请的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本申请的实施例一起用于阐释本申请的原理。

实施例一

本发明的一个具体实施例，提供一种飞行器设备舱散热系统，如图1-9所示，包括：散热进气道2、散热器4和散热出气道5，其中，电子设备舱的热量通过传热结构传递至散热器4；散热进气道2与发动机流道3连通，能够引流发动机流道3的低温气流；散热出气道5与飞行器舱外环境连通；所述散热器4设置在散热进气道2和散热出气道5之间，所述低温气流流过散热器4时与散热器4进行热交换，对散热器4进行冷却，进而将电子设备舱的热量排出。

进一步地，所述散热进气道2与发动机流道3连接的一端口径大于与散热器4连接的一端的口径，通过对散热进气道2的管道口径的收缩，实现了对其内部流体的增速，使低温流体能够快速冲入散热器。

本发明的散热原理如图10所示，采用引气散热的方式对亚音速飞行器电子舱的电子设备进行散热。在亚音速飞行器的发动机流道3中引入高速流动且温度较低的流体，流体从散热进气道2流入散热器，飞行器外的气流通过设计的流道后流经设备舱散热器4。通过飞行器舱内合理设计，将功率较高的电子设备舱热量通过传热结构传导到散热器4，高速流动的流体将传导到散热器4上的热量扩散到飞行器舱外。

进一步地，散热器4的外部环绕传热通道或传热导线，或者，传热结构为与散热器4表面接触的底板。

本发明的一种具体地实施方式中，传热结构为传热通道。散热器4的外部环绕与电子设备舱连通的传热通道，传热通道两端均与电子设备舱连通，且传热通道在散热器4的外部环绕，将热量传递到散热器4。

进一步地，传热结构为传热通道时，在传热通道中设置风机，加速传热通道中的气流流速，提高传热通道的传热效率。

本发明的另一种具体地实施方式中，传热结构为传热导线。散热器4的外部环绕与电子设备舱连通的传热导线，传热导线采用传热性能良好的材质且外表涂覆绝缘材料，仅传热不导电。

进一步地，传热通道或传热导线有多条，多条传热通道或传热导线并列排布且绕过散热器4外部，或者，传热通道或传热导线两端与电子设备舱连通，中间以螺旋形式环绕散热器4。

本发明的另一种具体地实施方式中，传热结构为与散热器4表面接触的底板，底板为铝合金材质。将电子设备舱内热功率较高的电子设备(如：信息处理装置、高度表、视频装置等)安装在散热铝合金底板上，散热铝合金底板与散热器4表面接触，并采用如下措施提高导热效率：1)降低接触热阻：通过在散热铝合金底板与散热器4的接触面填充导热材料，降低表面粗糙度，增大铝合金底板与散热器间的接触面积、接触应力等方法降低接触热阻。2)选用高导热率材料：主要导热部件选用铝合金2A12 T0状态以提高材料导热效率。

本发明通过在散热器4与电子设备舱之间设置传热结构进行热传导，将电子设备舱的热量传递至散热器4，进而通过引流发动机流道3的低温流体流经散热器4，通过低温流体与散热器4进行热交换，将热量转移到流体中并通过散热出气道5排出飞行器舱外，实现了对飞行器电子设备舱的散热。

具体地，空气的边界条件如下公式计算：

为了冷却将空气引入设备后会空气速度会降低，飞行器向前飞行时，空气冲压引入喷管，空气温度会上升，温升数值由公式1计算：

Δt＝0.2Ma²T_a——公式1

其中:Δt——冲压空气温升，℃；

Ma——马赫数；

T_a——环境空气绝对温度，K。

有效的冲压进气能够产生相当大的压力和温升。由公式2可得冲压温度：

t_τ＝t_a+0.2Ma²T_a——公式2

其中:t_τ——冲压空气的温度，℃；

t_a——环境空气温度，℃。

飞行器表面温度：

若无其它输入热源，飞行器表面温度与表面直接接触的空气温度相等，则：

t_s＝t_a+0.2rMa²T_a——公式2

其中:t_s——飞行器表面温度，℃；

r——恢复系数(典型值0.85)。

进一步地，散热器4包括散热器外围板44和内部的散热片。散热器4隐去部分散热器外围板44后，观察散热器的内部结构如图2所示。

本发明的散热器4，多个散热片设置在散热器外围板44内部，散热进气道2流入的低温空气流经散热器4时与多个散热片进行热交换。

进一步地，流体在散热器4中运动时，截面小处流速大，截面大处流速小，流体在散热流道中流动时，流体的流速和压强会影响流体的局部温度，通过设置散热片和片间流道尺寸，增大散热器的散热效率。

进一步地，本发明的散热片为具有波纹形曲面的片状结构。具体的，本发明的散热片采用波纹片41或凹凸板43，波纹片41的结构如图3、图4所示，凹凸板43的结构如图7所示。

1)本发明的一种具体实施方式中，散热片为波纹片41。

具体地，散热片为波纹片41时，多个波纹片41并列设置在散热器4内部，且波纹片41安装在散热器外围板44上，如图2所示。

如图5、图6所示，相邻波纹片41之间形成弯曲的散热流道，使散热进气道2流过来的低温流体在流经散热器4时，流速降低，增加低温流体与散热器4热交换时间，同时增加了低温流体与散热片(波纹片41)之间的接触面积，提高散热效率。

进一步地，波纹片41能够相对于散热器外围板44滑动。即多个波纹片41滑动安装在散热器4的散热器外围板44上。本发明通过调节相邻波纹板41的相对位置，实现了相邻波纹片41之间的散热流道的形状变化，使散热流道至少具有两种形态：

第一种：如图5所示，相邻波纹片41正对时：相邻的上下两层波纹片41之间形成波纹形的散热流道，散热流道的口径不变，低温流体流经波纹形弯曲的散热流道，对散热器4进行散热。

第二种：如图6所示，相邻波纹片41错位时：即上层波纹片41的凸起部分与下层波纹片的下凹部分正对的情况，相邻的上下两层波纹片41之间形成葫芦形变口经的散热流道，通过改变散热流道口径，形成了渐缩渐扩的散热流道，使低温流体流经散热器4时，通过改变流体的局部流速和压强，实现了低温流体在渐缩渐扩形散热流道中以局部扰动的状态流通，使低温流体与散热器4之间的热交换更充分，相对于波纹形散热流道，进一步增强了换热效率。

进一步地，通过调节两个波纹片41相对滑动，调节口径变化程度，改变低温流体流经散热器4的时间以及低温流体在散热器4中的流动状态，能够通过调节相邻波纹片41的位置实现预期的散热效果。

具体地，波纹片41的两侧设置滑块，散热器外围板44上设有滑槽，波纹片41和散热器外围板44之间通过滑槽和滑块配合连接。

示例性地，散热片为波纹片41时，波纹片41有五片(仅作为示例，不作为数量限制)，如图2、图5、图6所示。

波纹片41包括：第一波纹片411、第二波纹片412、第三波纹片413、第四波纹片414和第五波纹片415。其中，第二波纹片412和第四波纹片414与第一拉杆42固定连接，第一波纹片411、第三波纹片413、和第五波纹片415与第二拉杆416固定连接。

进一步地，相邻波纹片41的相对位移通过驱动装置(电机、液压或气压)实现。

具体地，通过驱动装置驱动第一拉杆42和第二拉杆416相对水平位移，能够带动第二波纹片412、第四波纹片414与第一波纹片411、第三波纹片413和第五波纹片415在水平方向(图示左右方向)相对位移，实现对相邻波纹片41之间的位置调节，进而改变散热流道的形状。

2)本发明的另一种具体实施方式中，散热片采用凹凸板43。

如图7所示，凹凸板43的一侧为平面，另一侧为波纹曲面。

如图8、图9散热片采用凹凸板43时，相邻凹凸板43对称安装(相对)，即相邻凹凸板43的波纹曲面与波纹曲面相对，平面与平面相对。

进一步地，相邻凹凸版43之间能够上下滑移，即：垂直方向相对移动。

实施时，调整相邻凹凸板43之间的上下间距，散热器4的散热片之间形成的散热通道至少具有三种结构形式：

第一种：如图8所示，散热片采用凹凸板43时，多个凹凸板43在散热器中均匀分布，相邻凹凸板43的相邻波纹曲面之间形成波纹形的散热流道；相邻凹凸板43的相邻平面之间形成矩形的散热流道。散热器4内的波纹形散热流道和矩形散热流道间隔分布。

进一步地，调整散热片的上下间距，能够调节波纹形散热流道和矩形散热流道的高度，改变波纹形散热流道和矩形散热流道的流量大小，进而改变流体流经散热器4的时间和流动状态，实现对散热器4散热效率的调节。

第二种：相邻凹凸板43的波纹曲面贴合(线接触)，散热器4中存在多个矩形散热流道。(图中未示出)

第三种：如图9所示，相邻凹凸板43的平面贴合(面接触)，散热器4中存在多个波纹形散热流道。

通过设置上下间距可调的凹凸板43作为散热器4的散热片，能够改变散热器4种的散热流道的形状和结构类型，实现波纹形散热流道和矩形散热流道的切换，以及波纹形散热流道和矩形散热流道共存时，流道口径可调改变流体换热状态，最终实现对散热器4散热效率的调整，适应不同的散热需求。

进一步地，在散热器4的散热片表面设置温度监测器，可选地，温度监测器采用接触式温度传感器，实时监测散热器4的表面温度。

进一步地，本发明的散热系统还设置有控制器，控制器能够根据表面温度监测器监测到的温度信息，控制驱动装置带动相邻散热片发生相对位移。进而通过调节散热器4的结构形状，即调节相邻散热片之间的相对位置，改变散热流道的形状，进而实现对散热器4散热效率的调节。

实施例2

本发明的一个具体实施例，提供一种飞行器设备舱的散热方法，采用实施例1中的散热系统对飞行器设备舱进行散热，包括以下步骤：

步骤S1：将设备舱的热量通过传热结构传递至散热器4；

步骤S2：散热进气道2与发动机流道3连通，发动机流道3的低温气流通过散热进气道2流入散热器4，低温气流流过散热器4时与散热器4进行热交换；

步骤S3：低温气流与散热器4热交换后，通过散热出气道5排出飞行器舱外，实现对设备舱的散热。

具体地，所述步骤S1中，传热结构为散热器4的外部环绕的传热通道或传热导线，所述传热通道或传热导线与设备舱连通；或者，传热结构为与散热器4表面接触的底板，所述底板与设备舱舱体表面贴合或为一体结构。

所述步骤S2中，散热器4内置多个散热片，低温气流与多个散热片表面接触并进行热交换。

进一步地，散热片为波纹片41，水平调整相邻波纹片41的相对位置，能够改变相邻波纹片41之间形成的散热流道的形状。具体地，相邻波纹片41上下正对时，散热流道为波纹形，如图5所示；相邻波纹片错位时，散热流道为渐缩渐阔的葫芦形结构，如图6所示。

或者，散热片为具有波纹曲面和平面的凹凸板43时，如图7、图8、图9所示，多个凹凸版43设置在散热器4内部，相邻凹凸板43对称设置且相邻凹凸板43上下间距可调。具体地，相邻凹凸板43之间形成散热流道，通过调节相邻凹凸板43之间的上下间距，实现波纹形散热流道和矩形散热流道的切换；并且，波纹形散热流道和矩形散热流道共存时，调节相邻凹凸板43的上下间距，能够调节流道口径，进而改变流体换热状态，最终实现对散热器4散热效率的调整，适应不同的散热需求。

进一步地，所述步骤S2中，通过设置在散热器4表面的表面温度监测器，实时监测散热器4的换热效率，随时调整散热片状态，改变散热器4的散热效率，适应散热需求。

与现有技术相比，本发明通过将亚音速飞行器舱段外的气流引入电子设备舱内，舱内高功率电子设备的热量以热传导的方式传递到散热器翅片上，快速流动的气流使将翅片上的热量被以强制对流散热的方式扩散到飞行器外部，与传统的自然对流相比，强制对流散热大幅提升了散热效率，且无需传统的液冷散热装置，既减轻了散热装置重量，又降低了设备内部温度，提高了设备和元器件的可靠性。

以上所述，仅为本申请较佳的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种飞行器设备舱散热系统，其特征在于，包括：

散热进气道(2)，用于引流发动机流道(3)的低温气流；

散热出气道(5)，用于排出换热后的气体；

散热器(4)，设置在散热进气道(2)与散热出气道(5)之间，用于与所述低温气体进行热交换；

所述散热器(4)与所述飞行器设备舱之间通过传热结构传递热量；

所述传热结构为传热通道或传热导线，所述传热通道或传热导线连接所述飞行器设备舱，且环绕所述散热器(4)；

所述散热器(4)中设置多个散热片；所述散热片为具有波纹曲面的片状结构；

所述散热片为波纹板(41)，所述波纹板(41)具有上下两个波纹曲面；所述散热器(4)中并列排布多个所述波纹板(41)，且相邻波纹板(41)的水平方向的相对位置可调节；

相邻波纹片(41)正对时：相邻的上下两层波纹片(41)之间形成波纹形的散热流道；

相邻波纹片(41)错位时：即上层波纹片(41)的凸起部分与下层波纹片的下凹部分正对的情况，相邻的上下两层波纹片(41)之间形成葫芦形变口经的散热流道，通过改变散热流道口径，形成了渐缩渐扩的散热流道；

或者，所述散热片为凹凸板(43)，所述凹凸板(43)一侧为波纹曲面，另一侧为平面；所述凹凸板(43)有多个，且相邻凹凸板(43)对称设置；相邻凹凸板(43)的纵向间距可调；

调整相邻凹凸板(43)之间的上下间距，散热器(4)的散热片之间形成的散热通道至少具有三种结构形式：

第一种：散热片采用凹凸板(43)时，多个凹凸板(43)在散热器中均匀分布，相邻凹凸板(43)的相邻波纹曲面之间形成波纹形的散热流道；相邻凹凸板(43)的相邻平面之间形成矩形的散热流道；散热器(4)内的波纹形散热流道和矩形散热流道间隔分布；

第二种：相邻凹凸板(43)的波纹曲面贴合，散热器(4)中存在多个矩形散热流道；

第三种：相邻凹凸板(43)的平面贴合，散热器(4)中存在多个波纹形散热流道。

2.一种飞行器设备舱的散热方法，其特征在于，采用权利要求1的散热系统，包括以下步骤：

步骤S1：将设备舱的热量通过传热结构传递至散热器(4)；

步骤S2：散热进气道(2)与发动机流道(3)连通，发动机流道(3)的低温气流通过散热进气道(2)流入散热器(4)，低温气流流过散热器(4)时与散热器(4)进行热交换；

步骤S3：低温气流与散热器(4)热交换后，通过散热出气道(5)排出飞行器舱外，实现对设备舱的散热。

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