Особенности существующих материалов конструкций и отвода тепла в авиационной БРЭА

Все материалы, используемые в современных РЭС представляются пятью группами [15, с. 5], приведенными на рис. 4.1.
15106655524500
Рисунок 4.1 Материалы, применяемые в конструкциях РЭС
Номенклатура используемых материалов существенно расширяется с учетом возрастающих требований к конструкциям РЭА и технологическим процессам изготовления компонентов и узлов аппаратуры – абразивные порошки, технологические материалы для промывки и очистки заготовок, газообразные материалы для ионно-плазменного напыления, охлаждающие эмульсии катода испарительной камеры, травящие растворы для производства печатного монтажа и др.
Каждый материал характеризуется совокупностью требуемых для производства РЭА свойств – механических, физических, химических и др.
Детали конструкций современных авиационных РЭС работают в тяжелых условиях: они испытывают действие больших нагрузок, вибраций, переменных температур и химически активной вредной среды. Поэтому материалы конструкций авиационной БРЭА должны удовлетворять следующим основным требованиям:
‣ иметь малый удельный вес и высокую прочность;
‣ легко обрабатываться;
‣ быть долговечными, дешевыми и доступными.
В современной авиационной промышленности в качестве основных конструкционных материалов применяются сплавы, полно отвечающие указанным требованиям. Это – специальные стали и высокопрочные сплавы алюминия, обладающие требуемой твердостью, упругостью, пластичностью, прочностью, ударной вязкостью и выносливостью (сопротивлением усталости) [50].
В табл. 4.1 приведены электрофизические свойства чистых металлов и сплавов, применяемых при разработке РЭА. В таблице указано: Tпл – температура плавления, ρ – удельное сопротивление (при T=20 ℃), αρ – температурный коэффициент удельного сопротивления.
Применение полимерных композиционных материалов (ПКМ) является одним из эффективных средств снижения массы и повышения теплостойкости конструкций авиационной БРЭА. Полимерные матрицы с плотностью ~1,5 г/см3 обладают высокими физико-механическими показателями и термокислительной устойчивостью до температур (500…520) °С [50].
В конструкциях элементов БРЭА широко применяются высокопрочные клеи ВК-25, ВК-31, ВК-36, ВК-40, В-41, ВК-51 и др.
Таблица 4.1 Электрофизические свойства чистых металлов и сплавов, применяемых при разработке РЭА
7105658572500
Композиции элинварных сплавов, обладающих малоизменяющимися при колебаниях температуры упругими свойствами, позволяют повысить примерно в 5 раз точность датчиков приборов измерения физических параметров (например, температуры в термостатах РЭА), обеспечить снижение их массы и габаритов [50].
Быстродействие и точность приборов и систем автоматики РЭА может быть обеспечена кольцевыми магнитами с радиальной структурой на основе магнитотвердых материалов системы Nd-Fe-B, разработанных в ВИАМ (Россия). Эти материалы обладают магнитной энергией (320…350) кДж/м3, а в перспективе за счет новых систем легирования и микролегирования эта величина может составлять (360…400) кДж/м3 [50].
Диэлектрики, применяемые в конструкциях авиационных БРЭА, обладают нагревостойкостью, холодостойкостью, теплопроводностью и тепловым расширением.
Теплопроводность диэлектриков, как один из видов переноса теплоты, влияет на электрическую прочность при тепловом пробое и на стойкость материала к импульсным тепловым воздействиям

. В табл. 4.2 приведены значения коэффициентов теплопроводности некоторых диэлектриков, применяемых в РЭА.
Таблица 4.2 Коэффициенты теплопроводности диэлектриков
1962152476500
Припои представляют специальные сплавы, применяемые при пайке ЭРЭ и создания механически прочных швов с целью герметизации отдельных элементов РЭА. Хорошее соединение элементов РЭА пайкой можно получить только при использовании чистых поверхностей спаиваемых деталей, свободных от оксидов и загрязнений. Для защиты спаиваемых поверхностей от окисления создают защитную атмосферу или используют флюсы, которые не только защищают металл, но и растворяют оксидные пленки, повышая текучесть припоя.
В соответствии с ГОСТ 19248 припои по температуре плавления разделяются на особо легкоплавкие (Tпл145 ℃), легкоплавкие (Tпл=145…450 ℃), среднеплавкие (Tпл=450…1160 ℃), высокоплавкие (Tпл=1100…1850 ℃) и тугоплавкие (Tпл1850 ℃). В качестве основного компонента припоя используются почти все металлы. В табл. 4.3 приведены состав и основные свойства припоев, применяемых при производстве РЭА
4381530480000Таблица 4.3 Состав и свойства припоев, применяемых при производстве РЭА
Флюсы в зависимости от температурного интервала активности разделяются на низкотемпературные (Tакт450 ℃), к которым относятся канифольные, кислотные, фторборатные и др., и высокотемпературные (Tпл450 ℃) – боридные, боридно-углекисллые и др.
Теплоносители в системах жидкостного и испарительного охлаждения БРЭА, должны обладать положительными теплофизическими, электрическими и эксплуатационными свойствами, а также должны быть пожаробезопасными.
В процессе эксплуатации БРЭА работает при любых температурных условиях окружающей среды, в том числе и при очень низких температурах (от минус 50 °С до минус 60 °С). в этих условиях система жидкостного охлаждения также должна обеспечивать заданную циркуляцию теплоносителя в жидкостных магистралях аппаратуры, и поэтому теплоноситель не должен замерзать или загустевать при отрицательных температурах.
Если в БРЭА охлаждаемые поверхности, контактирующие с теплоносителем, находятся под высоким электрическим потенциалом, то в качестве теплоносителя должны применяться жидкости-диэлектрики, обладающая высокими электроизоляционными свойствами. К числу таких жидкостей относятся полиметилсилоксановые диэлектрики, фторсодержащие жидкости и др. [32, с. 105].
На практике для жидкостного охлаждения БРЭА применяются три группы теплоносителей: кремнийорганические (типа ПМС), водные растворы спиртов (антифризы) и жидкости на нефтяной основе (масла) [32, с