航空电子设备新型结构功能模块的设计开发与研究

【类型】学位论文

【作者】张建刚 

【关键词】 结构功能模块 热仿真 液冷冷板 柱群 热阻模型

【摘要】航空电子设备是决定信息型战争胜负的关键因素之一，而目前我国的航空电子设备和发达国家相比还有很大的差距。结构功能模块集成制造技术课题正是为了解决集成制造中的一系列问题，研制高性能模块而诞生的。 未来的航空电子设备及模块向综合化、模块化、小型化、智能化、多功能化、高可靠性、可维修性和易扩展性的方向发展。这必然导致如散热、电磁兼容和接口互联等问题的出现。同时，电子设备的功能、体积、重量、可靠性以及对各种环境的适应性等被纳入结构设计的范畴，这给结构设计提出了更高的要求。 随着电路集成度的提高，热流密度的增大，温度成为影响电子设备可靠性最关键的因素，因此本文以解决散热问题为主进行模块的设计。在此基础上，对比分析了国外现有的LRM模块标准，选取VITA-48标准作为设计的参考；然后分析了现有的热设计方法，根据指标选取单相强迫液冷为主要的热控制方法，并以此方法研制贯通式小通道液冷冷板。 结构功能模块液冷模块的设计方案包括钣金模型方案和铣削模型方案，其中铣削模型方案中又包括盒式模型、夹心模型和夹心盒式模型。最终选取了盒式模型进行设计，并进行了模型部件的划分及结构设计，包括液冷冷板、锁紧装置、起拔器和盖板屏蔽板等。 液冷冷板是集热控、支撑和电路基板为一体的多功能部件，是结构功能模块设计的核心。文中分析了影响冷板散热性能的关键因素，得出了通过焊接铝基板减小冷板热阻和增加导流柱增大对流换热系数的方法，并提出了冷板设计的重点是导流柱及流道结构参数的优化。进而通过分析导流柱和功率器件的串并联关系，定义了柱群的概念及参数。然后综合热设计理论、试验设计和仿真分析的方法，对矩形和梭形柱群的各参数进行了单因素分析和试验设计分析，并得出了各参数在所选范围内的最佳组合。在流道分析一节中，得出了 S 形流道和两种不同入口位置的螺旋形流道的均温性能的好坏。然后，将柱群和流道分析的结果运用到冷板的设计中，建立了冷板的详细模型，并简化进行了热仿真分析，分析结果满足指标要求。 最后，本文建立了模块的热测试方案，并提出试验结果的处理方法和计算公式，为模块散热性能的测试做了铺垫。 本文对结构功能模块液冷冷板的设计方法、柱群的概念、热阻模型分析方法、及试验设计方法可用于军民用电子设备的热设计，对电子设备结构设计有重要的借鉴意义。同时，结构功能模块的研制对国防的建设有重大的战略意义。

【学位名称】硕士

【学位授予单位】电子科技大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】黄大贵

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