تحديات التصميم الحراري للمعدات العسكرية
بيئة عمل المعدات العسكرية معقدة
يؤثر كل من الارتفاع ودرجة الحرارة المرتفعة ودرجة الحرارة المنخفضة والرطوبة وصدمة درجة الحرارة والإشعاع الحراري الشمسي واهتزاز الصدمة والجليد والبيئات القاسية المختلفة (الفطريات والصحراء والغبار والسخام وما إلى ذلك) على درجات مختلفة من التأثير على تصميمه الحراري. بالإضافة إلى الظروف الحدودية المعقدة ، فإن التحدي الأكبر في الإدارة الحرارية للمنتجات الإلكترونية في صناعة الدفاع هو الصدمة الحرارية قصيرة المدى.
غالبًا ما تتعرض هذه المنتجات الإلكترونية لبيئة حرارية شديدة. لنفترض أن مقاتلة نفاثة متوقفة في البحر الكاريبي ستقوم الآن بمهمة. الطائرة عند مستوى سطح البحر في هذا الوقت ، ودرجة الحرارة والرطوبة مناسبة جدًا. عندما تقلع الطائرة ، ستكون على ارتفاع عالٍ ، وبيئة درجة حرارة أقل من درجة التجمد ، وسيتم تغيير شروط حدود المنتجات الإلكترونية في غضون دقائق أو حتى ثوانٍ. لذلك ، يجب أن تكون المنتجات الإلكترونية في الطائرة قادرة على العمل في نطاق واسع من درجات الحرارة المحيطة.
الصورة التالية توضح دور التصميم الحراري في منتج إلكتروني ناجح وتأثير البيئة عليه. يمكن ملاحظة أن الارتفاع ودرجة الحرارة المرتفعة ودرجة الحرارة المنخفضة والرطوبة وصدمة درجة الحرارة والإشعاع الشمسي الحراري واهتزازات الصدمة والجليد والبيئات القاسية المختلفة (الفطريات والصحراء والغبار والسخام وما إلى ذلك) جميعها لها درجات متفاوتة من التأثير على التصميم الحراري.
معالجة الكثير من البيانات وتوليد المزيد من الحرارة
نظرًا لطبيعة المهام العسكرية ، ستؤدي هذه المنتجات الإلكترونية حتمًا إلى قيام هذه المنتجات الإلكترونية بقدر أكبر من معالجة البيانات ، وفي نفس الوقت تتطلب سرعات معالجة بيانات أسرع ، وسيزداد استهلاك الحرارة للمنتجات الإلكترونية بشكل حاد. لذلك ، فإن الظروف البيئية القاسية والاستهلاك الحراري المتزايد بسرعة للرقائق تجعل الإدارة الحرارية للمنتجات الإلكترونية في صناعة الدفاع تواجه تحديات ضخمة. الوزن الخفيف والموثوقية المثالية تزيد من صعوبة التصميم الحراري
بالنسبة للمعدات الإلكترونية في الغلاف الجوي أو بيئة الفضاء الخارجي ، يعد الوزن عنصرًا مهمًا للغاية. كلما كان الوزن أخف ، كلما استمر المنتج في العمل لفترة أطول ، وانخفضت التكلفة. من الواضح ، نظرًا للخصائص الحالية للمقاتلات النفاثة والصواريخ والدبابات وما إلى ذلك ، فإن المنتجات الإلكترونية في بيئة حرارية قاسية ، وبالتالي فإن الموثوقية الحرارية للمنتجات الإلكترونية في صناعة الدفاع هي عامل مهم للغاية.
التصميم الحراري للمعدات العسكرية
نظرًا لاستهلاك الحرارة المرتفع للمنتجات الإلكترونية العسكرية وبيئة العمل القاسية ، فإنها تقدم عادةً تدفق حرارة أعلى. على غرار المنتجات الإلكترونية الأخرى ، يجب أن يكون لديهم نظام تبريد جيد ، ويجب مراعاة حجم المساحة والوزن واستهلاك الحرارة واستهلاك الحرارة للمعدات. التدريع الكهرومغناطيسي والمتطلبات الأخرى.
تميل الأنظمة الإلكترونية العادية إلى التصميم على أنها حاويات مغلقة ، ويتم عزل معظم المنتجات الإلكترونية عن نظام التبريد قدر الإمكان. تخيل سيارة مرسيدس-بنز هامر في الصحراء. إذا لم تكن المنتجات الإلكترونية محكمة الإغلاق ، فإن بيئات العمل المختلفة مثل الرمل والحطام وما إلى ذلك ، سوف تشل المنتجات الإلكترونية.
في الوقت الحاضر ، يفضل العديد من المهندسين استخدام طرق التبريد الهجين للتصميم الحراري للمنتجات الإلكترونية. تستخدم معظم الرقائق الإلكترونية تبديد الحرارة المبرد بالهواء ، وتستخدم أجهزة تبديد الحرارة المبردة بالماء للأجهزة التي تستهلك قدرًا كبيرًا من الحرارة. ولكن بالنسبة للأجهزة الإلكترونية في رحلات الفضاء أو الفضاء الخارجي ، لا يُنصح بهذا النوع من طرق تبديد الحرارة ، ويجب تصميم نظام تبريد سائل أكثر إحكاما.
على سبيل المثال ، استخدام مواد الركيزة عالية التوصيل الحراري ، وألواح درجة الحرارة الموحدة VC ، وأنابيب الحرارة ، و TEC المدمج في القالب ، أو التبريد النفاث أو تبريد سائل الغمر المباشر ، بحيث يمكن نقل الحرارة إلى السائل ، ثم إلى التبريد السائل نظام في المبادل الحراري. كما هو موضح في الشكل أدناه:
