基于热管技术的飞机电作动机构散热特性数值模拟研究

来源 :南京航空航天大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Erinhim
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电作动机构是全电飞机实现“功率电传”的关键部件,其性能直接影响飞机的飞行性能和可靠性。电作动机构在工作过程中发热严重,而电子设备对温度非常敏感,温度过高的情况下会导致其可靠性降低甚至失效,因此有必要开展相关散热技术研究。首先,研究了电作动机构的产热规律,明确了电作动机构的传热特性及传热路径中的热阻大小,针对飞机电作动机构提出了基于热管-燃油方式的散热方案,并设计了相应的散热结构。热阻分析结果表明,采用热管-燃油散热方式可以降低散热路径中的总热阻,初步说明采用该散热方案将显著改善电作动机构的散热能力。其次,建立了电作动机构及其散热装置的数值仿真模型,以水为冷却介质开展了数值仿真和试验研究,通过仿真结果与试验结果对比验证了数值模型的可靠性,并基于上述数值模型研究了不同冷却方式、燃油流速、燃油温度及热管等效导热系数对电作动机构散热特性的影响规律。研究结果表明:(1)热管-燃油散热方式具有良好的散热效果,且具有结构简单、不需要额外的冷源、管路和流道等优点。(2)当燃油流速达到0.003m/s,热管等效导热系数达到7000W/(m·K)时,电作动机构已经达到较好的散热状态,继续增大这两个因素对提高散热性能效果不明显。(3)热阻分析结果表明,热管-燃油散热方式的主要热阻为对流换热热阻,因此本文通过设计翅片来降低对流换热热阻,采用翅片可以使电作动器散热量提升28.8%。同时,开展了基于冲压空气的电作动机构散热特性数值研究,结果表明:冲压空气的冷却效果受到飞机飞行高度和马赫数的影响,在来流总温过高或过低的情况下会严重降低电子设备的性能,若能解决这一问题,利用冲压空气冷却飞机电作动机构将是一种非常有效的散热方式。
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