Классификация систем охлаждения авиационной БРЭА

Эффективность метода охлаждения определяется интенсивностью протекающих процессов теплоотдачи. При этом, чем интенсивнее теплообмен (определяется коэффициентом теплоотдачи), тем эффективнее способ охлаждения элементов РЭА. В табл. 3.1 приведены ориентировочные значения коэффициентом теплоотдачи для указанных способов отвода тепла.
Выбор метода охлаждения в основном определяется интенсивностью теплового потока, условиями теплообмена с окружающей седой и условиями эксплуатации БРЭА.
Таблица 3.1 Ориентировочные значения коэффициентов теплоотдачи [26, 47]
152405524500
Интенсивность конвекции зависит от ее вида (свободная или принудительная) и от вида применяемого теплоносителя – газообразного (воздух) или жидкостного (вода, антифризы, диэлекрические жидкости и т. п.).
Воздушное и жидкостное охлаждение находит наиболее широкое применение в авиационной БРЭА. Для этого на ЛА устанавливаются специальные воздушные и жидкостные системы охлаждения.
Поглощение тепловой энергии при изменении агрегатного состояния теплоносителя используется в испарительных системах, которые применяются для охлаждения весьма теплонагруженных устройств РЭА там, где воздушные и жидкостные системы становятся малоэффективными.
На рис. 3.2 приведены практические схемы охлаждения кожухов авиационной БРЭА. При малом тепловыделении в кожухах блоков БРЭА отсутствуют специальные теплоотводы, кожуха охлаждаются за счет свободной конвекции (а) или наружного обдува (б). При повышении тепловыделения увеличивают теплоотдачу поверхности кожухов за счет оребреиия (в) и обдува ее снаружи (г). При более высоких тепловых потоках увеличение эффективности обдува достигается применением двойных кожухов (д), при этом внутренние поверхности могут бъггъ оребрены (е). В тех случаях, когда на ЛА применяется система жидкостного охлаждения, кожухи могут охлаждаться протекающей по их каналам жидкостью (ж). Для охлаждения кожухов БРЭА может также применяться теплоотвод на массу (з).
10153915334000
Рисунок 3.2 Способы охлаждения кожухов блоков БРЭА [32, с. 20]
Приведенные способы охлаждения кожухов БРЭА относятся к герметичным кожухам. Негерметичные кожухи охлаждаются совместно с нагретой зоной за счет естественной или принудительной вентиляции.
На рис. 3.3 приведены способы охлаждения нагретой зоны блоков БРЭА с шасси.
Перенос рассеиваемой тепловой энергии к кожуху и далее в окружающую среду может осуществляться за счет свободной конвенции и излучения, а также за счет теплопроводности (а).
В блоках с повышенным тепловыделением используется естественная вентиляция (б), для чего применяются перфорированные или сетчатые кожухи. Выделяемая внутри блока БРЭА тепловая энергия уносится протекающим через блок снизу-вверх воздухом, а также рассеивается за счет конвекции и излучения поверхностью кожуха.
5480055715000
Рисунок 3.3 Способы охлаждения нагретых зон
блоков БРЭА с шасси [32, с. 21]
Конструкции охлаждения с принудительной вентиляцией (в) применяются в случаях высокого тепловыделения нагретых зон в блоках БРЭА. Для этого с целью обеспечения продува охлаждающего воздуха на противоположных стенках кожухов размещаются подводящие и отводящие воздух устройства – патрубки, диффузоры, щели, отверстия и т. п.
В герметичных блоках БРЭА с повышенным тепловыделением охлаждение обеспечивается за счет принудительной циркуляции воздуха внутри кожуха (г). Для этого используются малогабаритные вентиляторы, которые перемешивают воздух внутри блока.
В герметичных блоках БРЭА со значительным тепловыделением, кроме вентиляторов, перемешивающих воздух, применяют эффективные компактные теплообменники воздух-жидкость (д).
На рис

. 3.4 приведены схемы охлаждения нагретой зоны блоков БРЭА кассетной конструкции.
В кассетных блоках с небольшим тепловыделением применяется естественная конвекция (а). В таких конструкциях воздушные промежутки между платами (расположенными вертикально или горизонтально) очень малы и и свободная конвекция воздуха внутри блока, между платами, практически отсутствует, а теплопередача от внутренних поверхностей к кожуху происходит в основном за счет теплопроводности воздуха и плат. Тепловой поток от кожуха рассеивается конвекцией и излучением.
9296408572500
Рисунок 3.4 Схемы охлаждения нагретой зоны блоков БРЭА кассетной конструкции [32, с. 23]
Естественная вентиляция в кассетных блоках (б) может осуществляться через отверстия, расположенные в кожухе напротив воздушных промежутков между вертикально расположенных плат. Рассеиваемый платами тепловой поток уносится протекающим снизу-вверх воздухом. Часть теплоты поверхности кожуха отдается в окружающую среду за счет свободной конвекции и излучения.
При повышенном тепловыделении плат требуется более интенсивный отвод тепла. Эффективным способом охлаждения в этом случае является принудительная вентиляция (в). Воздух, поступающий в блок, распределяется
между платами специальным воздухораспределителем, который размещается либо на стенке блока, либо снизу. Большая часть тепловой энергии уносится охлаждающим воздухом, а меньшая часть передается кожухом в окружающую среду естественной конвекцией и излучением.
При интенсивном тепловыделении в кассетных блоках применяется жидкостное охлаждение, путем погружения плат в диэлектрическую жидкость (г). Внутри блока создается свободная конвекция охлаждающей жидкости, нагретые потоки жидкости поднимаются к поверхности кожуха, где отдают тепловую энергию кожуху и затем опускаются вниз.
Для интенсификации теплоотвода от отдельных электро-радиоэлементов (ЭРЭ) используются следующие способы [21, 32, 47 и др.]:
‣ увеличение теплоотдающей поверхности теплонагруженных элементов без изменения их конструкции (применение радиаторов различных типов);
‣ увеличение контактной поверхности ЭРЭ для контактного теплоотвода;
‣ подача газообразного или жидкостного теплоносителя непосредственно к теплонагруженным поверхностям ЭРЭ;
‣ использование испарительного эффекта. '
Мощные электровакуумные приборы – магнетроны, клистроны, лампы бегущей волны, лазеры, а также мощные высоковольтные трансформаторы питания, дроссели и катушки индуктивности, выпрямительные устройства с общей рассеиваемой мощностью до нескольких десятков киловатт требуют индивидуального охлаждения. Теплоотвод в таких ЭРЭ может быть осуществлен только с помощью автономного жидкостного или испарительного теплоотвода, а также с помощью тепловых труб.
Наряду с общей классификацией систем охлаждения авиационной БРЭА используется разделение СОТР и их составных частей по параметрам, характеризующим СОТР, элементам и системам охлаждения РЭА, виду рабочего вещества охлаждения и объектами установки [47, с. 19], схема классификации которых приведена на рис. 3.5.
-39987-762000
Рисунок 3.5 Классификация СОТР теплонагруженных радиоэлектронных приборов различного назначения [47, с. 18]
К теплонагруженным относятся радиоэлектронные приборы с поверхностной плотностью теплового потока (104…105) Вт/м2 [47, с. 17]. Обеспечить нормальный тепловой режим таких приборов, как правило, можно с использованием специальных СОТР.
Авиационные радиоэлектронные комплексы и системы обычно располагаются в герметичных либо негерметичных отсеках или в подвесных контейнерах самолетов и вертолетов