某型机载吊舱散热底板冷却效果分析研究

　　随着航空技术的发展，机载电子设备由于机上条件所限，一般体积较小，该吊舱作为干扰设备功率又大，导致设备的热流密度相当大，而电子元器件正常工作温度超出85C故障率将上升。据美军方统计机载电子设备的失效原因中超过50是由温度引起的，因此电子设备的热设计是机载设备可靠性设计中的重要内容。

　　1热设计仿真计算该文流场分析选用了CFD仿真软件，温度场的分析软件选用了ICEPAK软件。由于ICEPAK软件不具备流场分析功能，因此选用了CFD仿真软件对吊舱进行流场分析，得出流道中的风速与肋片间距的关系，并根据机载设备的特性选取了肋片间距，给ICEPAK软件的热仿真计算提供相关参数。

　　该吊舱设备的典型工况：飞行速度为0.33M、飞行高度为500m，地面环境温度为40C. 2采用CFD仿真软件对吊舱散热底板进行流场分析采用CFD仿真软件模拟飞机飞行速度为0.33M、飞行高度为500m时，吊舱周围的流场分布情况。为吊舱的CFD仿真分析模型，网格划分工具为ICEMCFD Hexa，为提高计算精度和加快计算速度，采用全六面体网格。网格质量为：单元内角>20°，扭转角<63°，正交性> 0.2.为了模拟边界层效应，散热翅片表面的附近网格都得到了局部加密。

　　设定散热底板肋片厚度为3mm，高度40mm，对不同间距（4、6、8）肋片流场进行比较。仿真计算得到：肋片间距对流道风速分布影响很小，对流风速为0.33M时，流道内平均风速为50m/s左右。随着飞行速度增加（V0.33M），流道内平均风速将大于50m/s.仿真计算结果见下-.该项目由于是机载设备，设计重量要求尽可能较轻。在设计舱体底板时，需综合考虑重量、散热效率等因素，终散热底板肋片间距选为6mm. 3采用ICEPAK软件对散热模型进行仿真计算根据前述计算的结论，选定吊舱散热底板的肋片间距为6mm，流道中平均风速大于50m/s，采用ICEPAK软件对散热模型进行仿真计算。

　　3.1设备结构布局该型吊舱设备为了减少热阻、提高散热效率，以吊舱底板作为散热器，底板外侧铣成肋片，内侧铣有导轨槽用来安装插件模块，使模块的热量直接传递到散热底板上，然后通过载机飞行过程中吊舱底部产生的气流将肋片上的热量带走。基本结构型式如所示。

　　3.2电子设备功耗发热设备用模拟热源替代。功耗见表1，结构布局见。

　　表1设备功耗肋片间距6mra时流道风速序号设备名称数量功耗（W）1热源11402热源21503热源3.3建立热仿真模型本分析采用ICEPAK自带的处理软件进行建模，并分别就散热底板流道中的风速为0m/s、10m/s和20m/s的情况进行仿真计算。为了方便计算在建模过程中将原设备进行了简化，并在各模块外部设置了传热板以强换传热。散热底板暴露在40C大气环境中，模块通过金属罩与外界环境隔离。

　　热源1热猫2热3热趿4热源5模拟热源结构模塑3.3.1风速为0m/s时的自然对流换热热底板中风速为0m/s时，由可以看出，各模块中芯片的温度很局，高温度达到149.5°C，已经远高于各芯片的极限工作温度（85C）。在此情况下芯片工作将会失效，使得设备无法正常工作。

　　3.3.2风速为10m/s时的强迫对流换热热底板中风速为10m/s时，由可以看出，芯片的高温度为84.2C比较接近芯片的极限工作温度（85°C），在该工况下工作存在较大失效的可能性。

　　3.3.3风速为20m/s时的强迫对流换热吊舱散热底板中风速为20m/s时，由0可以看出，芯片的高温度为79°C，设备能正常工作。

　　3.4结论当吊舱散热底板流道中风速逐步提高时，模块芯片的高温度有所降低。从计算结果得出，当散热器流道中风速大于20m/s时，能保证各模块的正常工作。由第3章得出，散热器流道内的平均风速将大于50m/s（远大于20m/s）。因此，该散热方案可行，能保证模块正常工作。

　　4试验验证我们对设备进行了地面高温试验，在环境温度为40C时，流道中风速为20m/s，用多点热电耦温度测试仪测量，印制板上芯片的温度高为77.5C.除了地面试验以外，整个舱体又进行了挂飞试验，飞行共6个架次，飞行高度为500m~7000m，设备累计工作时间为5.5h，性能良好，证实了该热设计方案的有效性。

　　5结束语本文采用流体分析软件及热分析软件对某型机载吊舱设备的散热方案进行了分析和研究，解决了机载吊舱设备模块的散热问题，为以后类似机载设备的热设计提供了宝贵的工程经验。