直接噴霧可最大限度地提高機載平臺上的環(huán)境隔離度和靈活性

軍用嵌入式系統會遇到惡劣和崎嶇的環(huán)境。近年來，這些系統中部署的電子設備的功率水平一直在迅速上升。惡劣環(huán)境與電子產品不斷上升的熱負荷相結合，迫使供應商開發(fā)更有效的封裝技術。同時，直接噴霧冷卻被證明是空氣和傳導冷卻的可接受替代方案，可提供出色的環(huán)境隔離，并降低終身擁有成本。諾斯羅普·格魯曼公司（NG）的機載信號情報有效載荷（ASIP）上提出了一個案例研究，其中包括直接噴霧冷卻多平臺外殼（MPE）的配置，并出現在NG的載人U-2高空偵察機和全球鷹無人機上。

在軍用嵌入式系統上運行的現有和新興應用需要不斷增長的計算能力和通信帶寬。例如，運行信號智能系統或執(zhí)行實時圖像處理的無人機正在推動電路板、機箱和平臺級令人印象深刻的功率密度。更令人印象深刻的是雷達處理系統的需求，系統級功耗在幾十千瓦。同時，平臺集成商需要更小、更輕、更高效的板級和機箱級產品。因此，平臺集成商被迫尋找替代的冷卻解決方案。

存在許多基于液體的冷卻方法。最終用戶最熟悉的是傳導冷卻系統。此外，液體流過（LFT）冷卻方法正在出現，該方法通常使用聚Α烯烴（PAO）作為冷卻劑，但與傳導冷卻不同，方法是將冷卻劑輸送到安裝在電子設備上組件上的液冷板。直接噴霧越來越多地被視為空氣和傳導冷卻的可接受替代品，可提供出色的環(huán)境隔離，并降低生命周期擁有成本。以下關于機載信號情報有效載荷（ASIP）的案例研究說明了這些原理，該有效載荷將安裝在所有Block 30全球鷹飛機上。

美國空軍機載信號情報有效載荷 （ASIP）

ASIP由諾斯羅普·格魯曼公司（NG）為美國空軍開發(fā)，是下一代信號情報傳感器。該系統檢測、識別和定位雷達和其他類型的電子和現代通信信號。該傳感器于2005年首次在全球鷹上飛行，最近在U-2高空偵察機上完成了廣泛的資格飛行。

環(huán)境隔離

ASIP 的外殼是直接噴涂冷卻 MPE 的配置，旨在從環(huán)境中隔離敏感的電子設備并提供必要的熱管理。在U-2或無人機上飛行，安裝在飛機未加壓區(qū)域的有效載荷受到極端環(huán)境條件的影響：海平面溫度高達+70?∞C，70，000英尺處為-65?∞C。

直接噴涂系統實現的電子封裝允許NG用于商業(yè)級電子產品。即使在惡劣的環(huán)境中，商用級電子設備也能成功地在機載平臺的嚴苛環(huán)境中生存下來。全堅固電路板的典型額定值超過 10 Grms，可高達 20 Grms。全球鷹的振動曲線為 2.5 Grms。許多電子設備的額定值僅為 2.7 Grms 和 5.1 Grms 正弦曲線，分別為 15-2，000 Hz，用于操作和耐久性配置文件。根據車輛的輪廓，加固肋骨可以添加到商業(yè)卡中。由于全堅固電路板的成本通常是商業(yè)級電子產品的兩倍，因此使用不太堅固耐用的卡可以節(jié)省大量的生命周期成本。

直接噴涂外殼的另一個固有靈活性是接受不同的熱密度。在 ASIP 中，不同的卡組用于外殼功率范圍為 600 至 1，700 W 的應用，但所有用例之間的存儲模塊都是相同的。對于不同的熱負荷，外部熱交換器很容易隨著功率密度而擴展。散熱選項包括燃料、PAO、EGW、RAM 空氣、環(huán)境空氣或表皮/船體。由于直接噴淋外殼和熱交換器在加壓或非加壓環(huán)境中充當獨立系統，因此消除了對平臺基礎設施冷卻選項的依賴。

一些 ASIP 卡是調諧到 20 到 3，000 MHz 之間的射頻接收器卡，而其他卡的范圍高達 18 GHz。對于風冷系統，最靠近空氣供應的電子設備最冷，而靠近排氣口的電子設備運行溫度更高。傳導卡還會創(chuàng)建從存儲模塊中間到第一個和最后一個插槽的熱梯度。由于RF電子器件的溫度敏感性，通常需要在外殼中的卡之間進行補償。NG利用直接噴霧的固有能力，在20插槽系統中將溫度梯度限制在2?∞C以下，每板功率密度范圍為30至60 W。在 ASIP 外殼中，電子設備保持在 +30 ?∞C 和 +50 ?∞C 之間，而環(huán)境溫度范圍為 -65 ?∞C 到 +71 ?∞C。

此外，在裸片處理器（如 1.8 GHz 奔騰 M）上可以找到高達 50 W/cm2 的熱通量，并且與 ASIP 中使用的熱通量相似。使用70?∞C的進液，直接噴涂能夠將模具溫度保持在90?∞C以下。這比傳導冷卻外殼至少低10?∞C。對于電子產品，人們普遍認為，溫度每升高10?∞C，可靠性就會降低50%。通過將 20 個 6U 卡的可靠性提高一倍，可以輕松克服泵、閥門和控制器對可靠性的影響。

高效的技術更新意味著更低的擁有成本

集成商面臨著在同一架飛機上集成風冷板和傳導板的挑戰(zhàn)。傳統上，由于電路板和外殼設計的限制，不可能在同一外殼中混合使用電子設備。對于ASIP傳感器，NG通過將專有板，商用級風冷SBC和其他商用射頻（RF）接收器卡組合到外殼中，能夠做到這一點。外殼由 20 個用戶插槽組成，具有固有的靈活性，可在平臺上的無調節(jié)空間和加壓位置混合和匹配電子設備。

這種電子封裝技術可實現更小、更輕、高能效的系統，這些系統可以在幾個月內完成技術更新，而不是幾年，從而在項目的整個生命周期內顯著降低總擁有成本。

直接噴涂外殼滿足當今的需求

直接噴涂外殼已經過全面評估，可在惡劣環(huán)境中實現性能、可靠性和可維護性。在極端高度、溫度和振動下保護敏感電子設備的能力已經在U-2和Global Hawk等平臺上得到了證明。選擇電子設備的固有靈活性增強了傳統平臺和開發(fā)飛機上直接噴涂外殼的實用性，從而降低了擁有成本。

審核編輯：郭婷