一种飞机鸭翼液冷散热装置的制作方法

1.本实用新型涉及的是飞机环控液冷散热技术领域，具体地说是一种飞机鸭翼液冷散热装置。


背景技术：

2.飞机环控系统，即飞机环境控制系统作为重要的机载系统之一，承担着为机上人员提供舒适空气环境的任务。环控系统通过控制机舱内空气的温度、湿度、流速、压力等参数，向机组人员和乘客提供足够舒适的生存和工作环境。由于现代飞机对机载电子设备的性能追求越来越高，导致机载电子设备越来越多，功率越来越高，发热量也越来越大。如果热量不能及时散发，会导致内部电子元器件温度过高，影响机载电子设备的正常使用。
3.常见的散热方案是，对发热大户雷达进行针对性的强迫风冷、强迫液冷、热管技术等，以保证雷达的正常工作。但对于机载性能更强的有源相控阵雷达时，产生巨大的发热量，常见的散热方案散热能力就会捉襟见肘，而引起散热问题，导致有源相控阵雷达不能长时间工作，影响飞机的作战力，令人叹息。
4.随着机载雷达、电子干扰、激光武器和电磁武器等电子设备的兴起，如何给这些电子设备散热也应列入议题，因此，如何在飞机机身有限的空间内，能更好地给众多机载电子设备散热成为当下研究的难点。


技术实现要素：

5.本实用新型要解决的技术问题是针对背景技术中存在的问题，提供一种结构简单，操作使用方便的散热装置，利用飞机现有的机翼为散热板，通过高速流动的冷气流与其进行热量交换，实现散热降温目的，具体地说是一种飞机鸭翼液冷散热装置。
6.为解决上述技术问题，本实用新型所采用的技术方案为：一种飞机鸭翼液冷散热装置，包括有右鸭翼、左鸭翼和电子设备，所述右鸭翼和左鸭翼均具有内腔，所述电子设备具有液冷管路，所述液冷管路包括有出口接头和进口接头，所述散热装置包括有通用接头a、通用接头b、入口三通管接头、耐压软管、出口三通管接头、冷却液箱、液体泵、控制器、金属导管、出液单元和进液单元，所述出液单元利用通用接头a与出口接头相连接，而所述进液单元利用通用接头b与进口接头相连接；在所述右鸭翼和左鸭翼上分别设有与其内腔相通的开孔，所述金属导管安装在开孔处，安装于右鸭翼上的金属导管和安装于左鸭翼上的金属导管之间通过耐压软管相连接；所述出液单元通过入口三通管接头与耐压软管相连接，而所述进液单元通过出口三通管接头与耐压软管相连接，所述出液单元和进液单元之间通过耐压软管构成闭合循环管路；在所述冷却液箱中设有冷却液，所述液体泵的进口端与冷却液箱中的冷却液相通，而出口端与所述进液单元相通，所述液体泵与控制器电连接，通过所述控制器控制液体泵的工作状态。
7.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述出液单元包括有出液金属管路、入口温度传感器和入口压力传感器，所述出液金属管路的一端利用通
用接头a与液冷管路中的出口接头相连接，所述入口温度传感器和入口压力传感器与出液金属管路相通，用于检测出液金属管路中的温度和压力，所述出液金属管路的另一端利用入口三通管接头与耐压软管相连接；而所述进液单元包括有进液金属管路、出口压力传感器和出口温度传感器，所述进液金属管路的一端利用通用接头b与液冷管路中的进口接头相连接，所述出口压力传感器和出口温度传感器与进液金属管路相通，用于检测进液金属管路中的温度和压力，所述进液金属管路的另一端利用出口三通管接头与耐压软管相连接；所述入口温度传感器、入口压力传感器、出口压力传感器和出口温度传感器分别与控制器电连接，所述控制器根据入口温度传感器、入口压力传感器、出口压力传感器和出口温度传感器反馈的信息控制液体泵的工作情况。
8.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中在所述出液金属管路中还设有油滤装置和单向阀，所述油滤装置设置于通用接头a后端，所述单向阀设置于油滤装置后端；而在所述进液金属管路中还设有气液分离器，所述气液分离器设置于出口三通管接头后端。
9.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述右鸭翼和左鸭翼的结构相同，均由鸭翼底板和鸭翼蒙皮构成具有内腔的密闭空间，所述左鸭翼和右鸭翼分别通过转轴呈对称状态装配于飞机左右两侧；其中所述左鸭翼由左鸭翼底板和左鸭翼蒙皮构成具有左鸭翼空腔的密闭空间，在所述左鸭翼空腔内设有翼梁、翼肋、前墙、后墙和加强肋，并在所述翼肋中设有下椭圆孔和上椭圆孔，所述左鸭翼空腔通过翼梁、翼肋、前墙、后墙、加强肋、下椭圆孔、上椭圆孔和左鸭翼底板的底面构成为冷却液流动的冷却通道；而所述右鸭翼由右鸭翼底板和左鸭翼蒙皮构成具有右鸭翼空腔的密闭空间，所述右鸭翼空腔与左鸭翼空腔的结构相同；其中所述冷却液在左鸭翼空腔内的冷却通道中的液体流动方向为顺时针，而在所述右鸭翼空腔内的冷却通道中的液体流动方向为逆时针。
10.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述转轴为空心结构，包括有左转轴和右转轴,所述左鸭翼通过左转轴装配于飞机左侧，而所述右鸭翼通过右转轴装配于飞机右侧；在所述左转轴内设有与耐压软管相对应的通孔；在所述加强肋中设有与左鸭翼空腔相通的开孔，所述金属导管安装在加强肋中的开孔处；所述耐压软管通过左转轴中的通孔与金属导管相连接；在所述金属导管与加强肋相连接处形成有第三结合面，并在所述第三结合面处涂有耐高温密封胶；所述右转轴与左转轴的结构相同。
11.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述鸭翼底板和鸭翼蒙皮采用沉头螺丝进行紧固连接，在所述沉头螺丝的螺纹上还涂有密封胶，并在其相连接处形成有结合面，其中在所述左鸭翼底板和左鸭翼蒙皮相连接处形成有第一结合面，并在所述第一结合面处垫有厚度为1mm左右的密封垫；而在所述右鸭翼底板和右鸭翼蒙皮相连接处形成有第二结合面，并在所述第二结合面处也垫有厚度为1mm左右的密封垫。
12.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，在所述鸭翼蒙皮的前缘表面分别涂覆有一层低发射率涂层，所述低发射率涂层由粘合剂和填料混合组成，所述低发射率涂层的涂层厚度为 30～40μm，通过所述低发射率涂层降低鸭翼蒙皮表面的发射率。同时,通过加快冷却液的流动速度，并适当提高飞机飞行速度，或适当降低飞行高度都可以降低整个左鸭翼和右鸭翼表面的温度，从而达到隐蔽的目的。
13.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述液体泵提供
给冷却液的工作压力为400～800kpa，所述冷却液箱中的冷却液为65号冷却液，所述65号冷却液的沸点不低于110℃，而冰点不低于-65℃。
14.采用本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，与现有技术相比，其有益效果在于：利用飞机现有的机翼作为散热板，通过高速流动的冷气流与其进行热量交换，实现散热降温的目的，具体体现在以下几个方面：
15.一是通用性高：由于传统的液冷散热装置只能为自身电子设备散热，没有外接拓展性。本实用新型所述的散热装置采用通用接头a和通用接头b，可以使散热装置能快捷的接入机载雷达、电子干扰、机载激光武器、电磁武器设备等电子设备中的液冷管路，代替其液冷循环散热器，或者作为电子设备的二级散热装置，能极大地提高其散热效率。在具体连接过程中，由于液冷管路很容易混入空气，当冷却液温度升高后，溶解在液体中的气体容易产生气泡，管路中的空气和气泡都会影响散热装置的散热效果，在构成的闭合循环管路中加入气液分离器，可以很好的去除冷却液中的气体和气泡；
16.二是热传导率高：因左鸭翼和右鸭翼一般都是采用铝合金材料一体成型而得，金属铝是热的良导体，由于鸭翼底板和鸭翼蒙皮都是铝合金材质。冷却液在左鸭翼空腔内的流动方向与左鸭翼蒙皮外高速流动的冷气流的流动方向相对，同时，冷却液在右鸭翼空腔内的流动方向与左鸭翼蒙皮外高速流动的冷气流的流动方向相对，有利于热量交换；左鸭翼下表面的压强比上表面的大，在飞行过程中，下表面的冷气流会作用在左鸭翼及右鸭翼下表面，形成一个升力，所述升力向上并作用于鸭翼底面，使冷气流与左鸭翼及右鸭翼下表面能更充分的接触，更有利于热量交换。
17.三是散热面积大：利用左鸭翼和右鸭翼上、下表面都可作为散热面，从而增加其散热面积，更加有利于热量交换。
18.四是适应性强：采用耐压软管与金属导管相连接，耐压软管能承受较大角度的弯曲和扭转，而不易产生疲劳变形、渗漏，左鸭翼和右鸭翼的转动不会影响闭合循环管路中冷却液的循环。
19.五是具有低红外辐射的作用：由于在左鸭翼和右鸭翼前缘表面辐射的热量，容易被敌方的红外雷达探测。为避免红外探测，需要降低左鸭翼和右鸭翼与背景之间的红外辐射对比度。通过在鸭翼蒙皮前缘涂覆含金属填料的低发射率涂层材料，涂层厚度宜为 30 ～ 40 μm，降低左鸭翼和右鸭翼前缘表面发射率；同时通过加快冷却液的流动速度，并适当提高飞机飞行速度，或适当降低飞行高度都可以降低整个左鸭翼和右鸭翼表面的温度，从而达到隐蔽的目的。
20.六是可靠性高：采用控制器作为智能控制设备，所述控制器可以设计两种工作模式，即自动模式和人工模式。其中自动模式为，控制器控制液体泵低速转动，控制器根据入口温度传感器反馈的温度，若入口温度小于等于设定值t，则液体泵继续低速转动；若入口温度大于设定值t，则液体泵高速转动，控制器根据入口温度传感器、入口压力传感器、出口温度传感器、出口压力传感器反馈的信息监控散热装置的工作情况。而人工模式为，控制器根据飞行员或者地面指挥的人工指令，强迫控制液体泵高速转动或者关闭。当飞机在10000米高空时，以1倍音速飞行时，每秒流过左鸭翼和右鸭翼的空气约为35kg,飞机周围空气温度低至-50℃以下，可以很好地给电子设备进行散热降温。
21.综上所述，采用本实用新型所述的散热装置，以飞机的左鸭翼和右鸭翼为散热板，
充分利用飞机的左鸭翼和右鸭翼的表面与高速流动的冷气流进行热量交换，实现为电子设备进行散热降温，在不改变飞机鸭翼气动布局的前提下，不仅可为飞机的机身节省宝贵的空间，还能够极大地提高散热效率，具有结构简单，操作及使用方便，其适用性强，特别适合推广应用。
附图说明
22.下面结合附图对本实用新型作进一步详细说明。
23.图1为本实用新型所述散热装置的散热原理图；
24.图2为本实用新型中所述左鸭翼底板结构示意图；
25.图3为图2中a-a向的横截面结构示意图；
26.图4为图2中c处的局部放大结构示意图；
27.图5为本实用新型中所述左、右机翼外表面的冷气流的流动方向与其内腔中的冷却液的流动方向结构示意图；
28.图6为本实用新型中所述冷气流经左机翼和右机翼后气流方向结构示意图。
29.图中所示：1-通用接头a、2-油滤装置、3-入口温度传感器、4-液体泵、5-单向阀、6-入口压力传感器、7-出液金属管路、8-右鸭翼、801-右鸭翼空腔、802-右鸭翼底板、803-右气流流动方向、9-左鸭翼、901-左鸭翼空腔、902-左鸭翼底板、903-左转轴、904-加强肋、905-后墙、906-翼肋、907-翼梁、908-前墙、909-下椭圆孔、910-第一结合面、911-左鸭翼蒙皮、912-底面、913-左气流流动方向、914-第三结合面、915-上椭圆孔、10-入口三通管接头、11
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耐压软管、12-出口三通管接头、13-进液金属管路、14-出口压力传感器、15-出口温度传感器、16-气液分离器、17-冷却液箱、18-冷却液、19-通用接头b、20-控制器、21-金属导管、22-液体流动方向、23-冷气流、231-上层冷气流、232-下层冷气流、233-升力。
具体实施方式
30.为进一步说明本实用新型的构思，以下将结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步说明：
31.如图1至图6所示，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，包括有右鸭翼8、左鸭翼9和电子设备，所述右鸭翼8和左鸭翼9均具有内腔，所述电子设备具有液冷管路，所述液冷管路包括有出口接头和进口接头，所述散热装置包括有通用接头a1、通用接头b19、入口三通管接头10、耐压软管11、出口三通管接头12、冷却液箱17、液体泵4、控制器20、金属导管21、出液单元和进液单元，所述出液单元利用通用接头a1与出口接头相连接，而所述进液单元利用通用接头b19与进口接头相连接；在所述右鸭翼8和左鸭翼9上分别设有与其内腔相通的开孔，所述金属导管21安装在开孔处，安装于右鸭翼8上的金属导管21和安装于左鸭翼9上的金属导管21之间通过耐压软管11相连接；所述出液单元通过入口三通管接头10与耐压软管11相连接，而所述进液单元通过出口三通管接头12与耐压软管11相连接，所述出液单元和进液单元之间通过耐压软管11构成闭合循环管路；在所述冷却液箱17中设有冷却液18，所述液体泵4的进口端与冷却液箱17中的冷却液18相通，而出口端与所述进液单元相通，所述液体泵4与控制器20电连接，通过所述控制器20通过液体泵4的工作状态；其中所述液体泵4提供给冷却液18的工作压力为400～800kpa，所述冷却液箱17中的冷却液18
为65号冷却液，所述65号冷却液的沸点不低于110℃，而冰点不低于-65℃。
32.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述出液单元包括有出液金属管路7、入口温度传感器3和入口压力传感器6，所述出液金属管路7的一端利用通用接头a1与液冷管路中的出口接头相连接，所述入口温度传感器3和入口压力传感器6与出液金属管路7相通，用于检测出液金属管路7中的温度和压力，所述出液金属管路7的另一端利用入口三通管接头10与耐压软管11相连接；而所述进液单元包括有进液金属管路13、出口压力传感器14和出口温度传感器15，所述进液金属管路13的一端利用通用接头b19与液冷管路中的进口接头相连接，所述出口压力传感器14和出口温度传感器15与进液金属管路13相通，用于检测进液金属管路13中的温度和压力，所述进液金属管路13的另一端利用出口三通管接头12与耐压软管11相连接；所述入口温度传感器3、入口压力传感器6、出口压力传感器14和出口温度传感器15分别与控制器20电连接，所述控制器20根据入口温度传感器3、入口压力传感器6、出口压力传感器14和出口温度传感器15反馈的信息控制液体泵4的工作情况；其中在所述出液金属管路7中还设有油滤装置2和单向阀5，所述油滤装置2设置于通用接头a1后端，所述单向阀5设置于油滤装置2后端；而在所述进液金属管路13中还设有气液分离器16，所述气液分离器16设置于出口三通管接头12后端。
33.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，其中所述右鸭翼8和左鸭翼9的结构相同，均由鸭翼底板和鸭翼蒙皮构成具有内腔的密闭空间，所述鸭翼底板和鸭翼蒙皮采用沉头螺丝进行紧固连接，在所述沉头螺丝的螺纹上还涂有密封胶，并在其相连接处形成有结合面，其中在所述左鸭翼底板902和左鸭翼蒙皮911相连接处形成有第一结合面910，并在所述第一结合面910处垫有厚度为1mm左右的密封垫；而在所述右鸭翼底板802和右鸭翼蒙皮相连接处形成有第二结合面，并在所述第二结合面处也垫有厚度为1mm左右的密封垫。
34.所述左鸭翼9和右鸭翼8分别通过转轴呈对称状态装配于飞机左右两侧；其中所述转轴为空心结构，包括有左转轴903和右转轴,所述左鸭翼9通过左转轴903装配于飞机左侧，而所述右鸭翼8通过右转轴装配于飞机右侧；在所述左转轴903内设有与耐压软管11相对应的通孔；在所述加强肋904中设有与左鸭翼空腔901相通的开孔，所述金属导管21安装在加强肋904中的开孔处；所述耐压软管11通过左转轴903中的通孔与金属导管21相连接；在所述金属导管21与加强肋904相连接处形成有第三结合面914，并在所述第三结合面914处涂有耐高温密封胶；所述右转轴与左转轴903的结构相同。
35.其中以例进行详细说明，所述左鸭翼9由左鸭翼底板902和左鸭翼蒙皮911构成具有左鸭翼空腔901的密闭空间，在所述左鸭翼空腔901内设有翼梁907、翼肋906、前墙908、后墙905和加强肋904，并在所述翼肋906中设有下椭圆孔909和上椭圆孔915，所述左鸭翼空腔901通过翼梁907、翼肋906、前墙908、后墙905、加强肋904及其下椭圆孔909和上椭圆孔915构成为冷却液18流动的冷却通道；其中所述冷却液18在左鸭翼空腔901内的冷却通道中的液体流动方向22为顺时针，而在所述右鸭翼空腔801内的冷却通道中的液体流动方向22为逆时针。而所述右鸭翼8由右鸭翼底板802和左鸭翼蒙皮构成具有右鸭翼空腔801的密闭空间，所述右鸭翼空腔801与左鸭翼空腔901的结构相同；
36.进一步地，本实用新型所述的一种飞机鸭翼液冷散热装置，为避免红外探测，根据斯特藩-玻尔兹曼定律，e =εσt4，其中，e为物体的总体辐射能量；ε为物体表面的发射率；σ
为斯蒂芬-玻尔兹曼常;t为目标的绝对温度。需要降低左鸭翼9和右鸭翼8与背景之间的红外辐射对比度，在所述鸭翼蒙皮的前缘表面分别涂覆有一层低发射率涂层，所述低发射率涂层由粘合剂和填料混合组成，其中粘合剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐（epdm-g-mah），填料为铜粉，所述铜粉的粒径为4um，其形貌为片状，而形态为漂浮型，所述低发射率涂层的涂层厚度为 30～40μm，通过所述低发射率涂层降低鸭翼蒙皮表面的发射率。低发射率涂层主要由粘合剂和填料组成。粘合剂为三元乙丙橡胶接枝马来酸酐（epdm-g-mah），填料为铜粉（粒径为4um、形貌为片状、形态为漂浮型）。同时，为了降低鸭翼蒙皮表面的发射率，还可以通过加快冷却液18的流动速度，或者是适当提高飞机的飞行速度，以及适当降低飞机的飞行高度都可以降低整个左鸭翼9和右鸭翼8表面的温度。
37.采用本实用新型所述的散热装置用于给电子设备进行散热降温，其工作原理如下：将通用接头a1和通用接头b19分别接上电子设备中的液冷管路的出口接头和进口接头，形成闭合循环管路，通过控制器20开启液体泵4，液体泵4工作后，给冷却液18可以提供400至800kpa（低速400kpa，高速800kpa）的压力，所述冷却液18通过液冷管路从通用接头a1流入，经过油滤2、入口温度传感器3、液体泵4、单向阀5、入口压力传感器6、出液金属管路7、耐压软管11、入口三通管10、耐压软管11、金属导管21进入飞机的左鸭翼空腔901和右鸭翼空腔801，在其中有序（在左鸭翼9内为顺时针，右鸭翼8内为逆时针）的流动（其流动方向与蒙皮外气流方向相对）后，将大部分的热量传递给了左鸭翼9和右鸭翼8的鸭翼蒙皮和左鸭翼9和右鸭翼8中的鸭翼底板的底面，在飞机飞行时，左鸭翼9、右鸭翼8上表面的上层冷气流231、下表面的下层冷气流232能迅速的带走这些热量，冷却后的冷却液18流出左鸭翼9、右鸭翼8，先经金属导管21、耐压软管11流入出口三通管12，然后在经耐压软管11、进液金属管路13、出口压力传感器14、出口温度传感器15，进入气液分离器16，进入到冷却液箱17中，最后在由通用接头b19及电子设备中的进口接头进入到液冷管路中。而所述控制器20可以根据入口温度传感器3、入口压力传感器6、出口温度传感器15、出口压力传感器14反馈的信息监控散热装置的工作情况。
38.而在具体的散热过程中，当飞机飞行时，与航向平面平行的冷气流23流过左鸭翼9和右鸭翼8后，利用左鸭翼9和右鸭翼8的上表面及下表面，则将冷气流23一分为二，分为上层冷气流231和下层冷气流232，上表面的上层冷气流231的流速大于下表面的下层冷气流232的流速，而上表面的上层冷气流231的压强小于下表面的下层冷气流232的压强，下表面的下层冷气流232则形成有一股垂直于航向方向向上的的升力233，所述升力233作用于鸭翼底板的底面，让下层冷气流232能更好地与鸭翼底板的底面进行热交换。同时，在飞机飞行时，高速流动的冷气流23在左鸭翼9的上、下表面流动方向为斜向左后方，而冷却液18在左鸭翼空腔901内流动方向为顺时针；高速流动的冷气流23在右鸭翼8的上下表面流动方向为斜向右后方，冷却液18在右鸭翼空腔801内流动方向为逆时针；作用于左鸭翼9的左气流流动方向913及作用于右鸭翼8的右气流流动方向803与相应的冷却液18的液体流动方向22相反，具体流动方向如图5所示。由于气流的流动方向与液体的流动方向相反，有利于热量交换，通过左鸭翼9和右鸭翼8的鸭翼蒙皮和鸭翼底板的底面，利用高速流动的冷气流23能进一步增加热量交换，并通过上层冷气流231及下层冷气流232将热量迅速吹走。
39.在具体装配过程，其中左鸭翼9装配过程为：先在加强肋904中的开孔处安装金属导管21；并在金属导管21与开孔处相连接处形成有第三结合面914，先在所述第三结合面
914处涂上耐高温密封胶，然后用氩弧焊将金属导管21固定在加强肋904上。左鸭翼蒙皮911与左鸭翼底板902的所有结合面上都垫一层厚度为1mm左右的密封垫圈，先装上在鸭翼蒙皮911预结合，在左鸭翼蒙皮911和左鸭翼底板902的底面912及其前墙908、翼梁907、后墙905、翼肋906、加强肋904上钻孔并攻螺纹，用在螺纹上涂有密封胶的沉头螺丝紧固左鸭翼蒙皮911和左鸭翼底板902。而产生的铝屑则可以从加强肋904中的开孔处所安装的金属导管21排出。而右鸭翼8用同样的方法装配即可。
40.综上所述，采用本实用新型所述的散热装置，以飞机的左鸭翼9和右鸭翼8为散热板，充分利用飞机的左鸭翼9和右鸭翼8的表面与高速流动的冷气流进行热量交换，实现为电子设备进行散热降温，在不改变飞机鸭翼气动布局的前提下，不仅可为飞机的机身节省宝贵的空间，还能够极大地提高散热效率，具有结构简单，操作及使用方便，其适用性强，特别适合推广应用。
41.以上所述仅为本实用新型的优选实施方式，并不用以限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，可以有各种更改和变化，凡利用本实用新型所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。