НЕСУЩАЯ КОНСТРУКЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ СО ВСТРОЕННЫМИ ТЕПЛОВЫМИ ТРУБАМИ Российский патент 2023 года по МПК H05K7/18 H05K7/20 

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) космического аппарата.

Несущая конструкция модуля РЭА обычно изготавливается фрезерованием из алюминиевой заготовки.

Известна металлическая тепловая труба (ТТ) плоского типа (Патент РФ №2699116 от 16.01.2018) с капиллярно-пористым фитилем, причем верхняя и нижняя стенки корпуса соединены капиллярно-пористыми столбиками, а система пароотводных каналов представляет собой пространственную ячеистую структуру. Металлическая ТТ плоского типа клеится к несущей конструкции РЭА.

Основными недостатками металлической ТТ плоского типа являются: отсутствие резервирования; необходимость склеивания с несущей конструкцией РЭА.

Наиболее близким решением (прототипом) можно считать модуль РЭА с гипертеплопроводящим основанием (Патент РФ №2403692 от 29.04.2009), который состоит из теплоотводящего основания, печатных плат и установленных на них электрорадиоэлементов (ЭРИ), теплоотводящее основание выполнено из микропористого материала с микроканалами и заполнено жидким теплоносителем. Микроканалы расположены в теплоотводящем основании в двух ортогональных направлениях.

Недостатки модуля РЭА с гипертеплопроводящим основанием аналогичны недостаткам металлической ТТ плоского типа: отсутствие резервирования; необходимость склеивания с несущей конструкцией РЭА.

Для заявленного изобретения выявлены следующие общие с прототипом существенные признаки: несущая конструкция РЭА со встроенными ТТ.

Технической проблемой изобретения является низкая надежность несущей конструкции РЭА с одиночными ТТ.

Техническим результатом заявленного изобретения является обеспечение резервированного охлаждения всех ЭРИ блока РЭА, без увеличения ее массы и энергопотребления, а также выравнивание температуры по всей поверхности несущей конструкции.

Техническая проблема решается, а технический результат достигается тем, что несущая конструкция радиоэлектронной аппаратуры со встроенными ТТ полностью изготовлена по аддитивной технологии, ТТ расположены параллельно друг другу, при этом каждая ТТ имеет микропористый фитиль с микроканалами, заполненными жидким теплоносителем, и газовые каналы, расположенные по всей длине ТТ.

Сущность изобретения поясняется фиг. 1:

Фиг.1 - Общий вид несущей конструкции РЭА со встроенными ТТ:

1 - несущая конструкция; 2 - ЭРИ; 3 - встроенная ТТ; 4 - встроенная резервная ТТ;

5 - микропористый фитиль ТТ; 6 - газовый канал ТТ; 7 - заправочный штуцер ТТ;

8 - герметичная оболочка ТТ.

Несущая конструкция радиоэлектронной аппаратуры имеет герметично встроенные внутрь неё ТТ в виде совокупности каналов, расположенных параллельно. При этом каждая ТТ имеет микропористый фитиль с микроканалами, заполненными жидким теплоносителем, и газовые каналы, расположенные по всей длине ТТ.

Конструкционным материалом несущей конструкции могут быть, например, сплавы алюминия, титана, железа, меди и других металлов.

Несущая конструкция радиоэлектронной аппаратуры полностью изготовлена по аддитивной технологии. Аддитивная технология (технология селективного плавления металлического порошка высокоэнергетическим пучком) позволяет изготовить детали со сложной внутренней структурой, которые не могут быть изготовлены никакими другими известными способами. Современные 3D-принтеры способны сфокусировать лазерный луч в зоне с диаметром 100 мкм, при этом характерный диаметр частиц около 70 мкм и точность позиционирования 50 мкм.

Изготовление несущей конструкция РЭА по аддитивной технологии со встроенными ТТ включает следующие этапы:

1) послойное изготовление несущей конструкции по технологии селективного плавления металлического порошка высокоэнергетическим пучком, включающим изготовление герметичных корпусов ТТ, микропористых фитилей и газовых каналов;

2) очищение поверхностей несущей конструкции РЭА и внутренних областей от несвязанных частиц порошка;

3) несущая конструкция РЭА со встроенными ТТ вместе с подложкой помещается в печь, заполненную инертным газом и выдерживается в течение определенного времени при температуре близкой к температуре плавления конструкционного материала. Например, несущую конструкцию, изготовленную из титанового порошка, необходимо выдерживать в печи в течение 2 часов при температуре плюс 900 °С;

4) заправка встроенных ТТ теплоносителем, например, водой или ацетоном с последующей герметизацией посредством пайки заправочного штуцера;

5) Установка печатных плат и ЭРИ.

Устройство работает следующим образом.

В процессе функционирования тепловая мощность, выделенная ЭРИ установленном на несущей конструкции, передается на основание несущей конструкции по ТТ. Микропористый фитиль насыщен теплоносителем в жидкой фазе, а в газовых каналах теплоноситель находится в паровой фазе. Жидкий теплоноситель испаряясь (фазовый переход) превращается в пар, возникающая при этом разность давлений побуждает пар двигаться из зоны нагрева в зону охлаждения, где пар конденсируется, отдавая при этом скрытую теплоту парообразования. Капиллярное давление микропористого фитиля заставляет сконденсировавшуюся в зоне охлаждения жидкость возвращаться обратно в зону нагрева (испарения). Для обеспечения выравнивания температуры по всей поверхности модуля, резервирования охлаждения ЭРИ, увеличения эффективности работы, а также повышения надежности несущая конструкция содержит несколько ТТ расположенных параллельно.

Изобретение относится к радиоэлектронике и может быть использовано при конструировании радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата. Технический результат - обеспечение резервированного охлаждения всех электрорадиоэлементов радиоэлектронной аппаратуры, без увеличения ее массы и энергопотребления, а также выравнивание температуры по всей поверхности несущей конструкции. Технический результат достигается тем, что несущая конструкция радиоэлектронной аппаратуры со встроенными тепловыми трубами (ТТ) полностью изготовлена по аддитивной технологии, имеет несколько тепловых труб, расположенных параллельно. При этом каждая ТТ имеет микропористый фитиль с микроканалами, заполненными жидким теплоносителем, и газовые каналы, расположенные по всей длине ТТ. Конструкционным материалом несущей конструкции могут быть сплавы алюминия, титана, железа, меди. 1 ил.

Несущая конструкция радиоэлектронной аппаратуры со встроенными тепловыми трубами, заполненными теплоносителем, отличающаяся тем, что несущая конструкция полностью изготовлена по аддитивной технологии, тепловые трубы в которой расположены параллельно друг другу, при этом каждая тепловая труба имеет микропористый фитиль с микроканалами, заполненными жидким теплоносителем, и газовые каналы, расположенные по всей длине тепловых труб.