一种一体化设计的星载相控阵和微通道冷板的制作方法

本发明涉及航空技术领域，具体涉及一种一体化设计的星载相控阵和微通道冷板。

背景技术：

大功率星载相控阵部分主要包括数目众多的星载相控阵t/r组件和星载相控阵天线阵列，相控阵热耗主要在每个t/r组件的元器件上，总体形成一个规模巨大的多热源矩阵，随着航天技术的不断发展，相控阵天线热耗已上升至千瓦两级甚至更高，其单机尺寸也在发展过程中逐渐小型化，单机功率密度及整机热耗不断增大。且组件中高功率放大器等电子元器件对温度敏感，阵面温度分布不均会导致t/r组件的相位不一致，从而影响相控阵性能，因此热设计时相控阵设计的关键问题。目前应用于星载相控阵的散热方式主要有单相流体回路散热系统冷却和热管传热两种。

上述单向流体回路散热方式通常采用热管加流体回路冷板的串联方式进行散热，该方式的散热方法需要采用热管将单机热源集中值至热交换面，通过在热交换面布置流体回路冷板将热量传导至散热面完成散热。使用该方式进行散热需要使用热管将热量集中，这对单机热控设计提出了一定的需求，增加单机的设计复杂性，且对于热流密度较大的场合不适用使用热管进行传热。此外，由于需要增加冷板进行热量收集、传递，对重量、资源消耗过大。

使用热管串联的方式进行散热与上述方式相同，采用单机内置热管将热量收集后使用热管传导至散热面。该种散热方式由于多层热阻的叠加，不适用于大功率器件的散热。此外，由于航天器发展趋势的限制，受限于星内安装尺寸、热管转弯半径、热管无法在轨展开以及卫星本体尺寸散热面的限制，该种散热方法的已经不能够完全满足现阶段星载大功率相控阵单机的散热需求。

随着近些年航天技术的飞速发展，星载相控阵单机热耗以及功率密度不断增加，传统的散热方式已经不能满足现阶段的需求。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供换热效率高的一体化设计的星载相控阵和微通道冷板。

为了实现本发明之目的，本申请提供以下技术方案。

在第一方面中，本申请提供一种一体化设计的星载相控阵和微通道冷板，所述星载相控阵包括t/r组件和天线组件，所述微通道冷板包括紧贴且固定的上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板之间设有工质流道，所述下盖板的底部与t/r组件直接接触，所述上盖板的顶部安装有天线组件。

在第一方面的一种实施方式中，所述工质流道包括垂直于上盖板和下盖板接触面的进口及出口、平行于上盖板和下盖板接触面的流体通道，所述流体通道的一端与进口连接，另一端与出口连接，所述下盖板的顶面设有槽道，所述槽道的顶部被上盖板的底面覆盖并共同形成所述流体通道。

在第一方面的一种实施方式中，所述流体通道呈之字形分布，且在转折处设有扰流块。

在第一方面的一种实施方式中，所述上盖板和下盖板上设有贯穿的t/r组件安装沉孔、连接电缆安装通孔，所述t/r组件安装沉孔用于固定t/r组件和微通道冷板，所述连接电缆安装通孔用于放置电缆，所述电缆用于连接t/r组件和天线组件，所述上盖板设有用于安装天线组件的螺纹孔。

在第一方面的一种实施方式中，所述t/r组件安装沉孔、连接电缆安装通孔以及螺纹孔与流体通道的距离≥3mm。

在第一方面的一种实施方式中，所述上盖板和下盖板通过钎焊的方式固定。

在第一方面的一种实施方式中，所述下盖板设有减重槽。

在第一方面的一种实施方式中，所述下盖板和t/r组件之间填充有导热材料。

在第一方面的一种实施方式中，所述微通道冷板设有主动热控制组件，所述主动热控制组件用于加热所述工质流道内的工质。

在第一方面的一种实施方式中，所述下盖板的底部设有加固支撑杆，所述加固支撑杆垂直于下盖板的底面，且在安装时，所述加固支撑杆插入t/r组件内。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

(1)本发明的冷板和热源直接接触，不需要二次传热，换热效率高，换热量大；

(2)将t/r组件、天线组件以及冷板进行一体化设计，能够减轻整体的质量和体积；

(3)结构简单、便于拆卸，且工质漏率低、寿命长、可靠性高，适用于航天器。

附图说明

图1为本发明冷板的整体结构示意图；

图2为本发明冷板的俯视结构示意图；

图3为本发明冷板的内部管道及部件安装示意图；

图4为本发明上盖板和下盖板接触面的结构示意图。

在附图中，1为上盖板，2为下盖板，3为t/r组件安装沉孔，4为螺纹孔，5为连接电缆安装通孔，6为工质流道，7为加固支撑杆，8为入口，9为流体通道，10为扰流块，11为出口，12为减重槽，13为主动热控制组件，14为t/r组件，15为天线组件。

具体实施方式

除非另作定义，在本说明书和权利要求书中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属技术领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本文中列举的所有的从最低值到最高值之间的数值，是指当最低值和最高值之间相差两个单位以上时，最低值与最高值之间以一个单位为增量得到的所有数值。

以下将结合附图描述本发明的具体实施方式，需要指出的是，在这些实施方式的具体描述过程中，为了进行简明扼要的描述，本说明书不可能对实际的实施方式的所有特征均作详尽的描述。在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明的实施方式进行修改和替换，所得实施方式也在本发明的保护范围之内。

随着近些年航天技术的飞速发展，星载相控阵单机热耗以及功率密度不断增加，传统的散热方式已经不能满足现阶段的需求。因此，在单相流体回路散热技术的基础上提出一种回路冷板与相控阵基板一体化的设计方法，该方法对相控阵组件安装基板进行流道以及结构设计，在不增加额外冷板以及管路的情况下，利用安装基板作为工质散热流道对单机进行散热，该方法热量传递过程中热阻小，结构可靠、力学性能好，对整星热控、结构以及减重都有良好的效果。

在一种具体实施方式中，本申请提供一种一体化设计的星载相控阵和微通道冷板，所述星载相控阵包括t/r组件和天线组件，其中相控阵热耗主要在每个t/r组件的元器件上，总体形成一个规模巨大的多热源矩阵；所述微通道冷板包括紧贴且固定的上盖板和下盖板，所述上盖板和下盖板之间设有工质流道，所述下盖板的底部与t/r组件直接接触，所述上盖板的顶部安装有天线组件。本发明所述的一体化设计，主要体现在以下两方面：微通道冷板一方面作为星载相控阵的承力结构板，一侧安装星载相控阵t/r组件，另一侧安装星载相控阵天线阵列；另一方面，相控阵发热模块的巨大热量通过导热传递到微通道冷板上，微通道冷板内部的冷却流体工质通过流动将热量带走，从而维持相控阵的温度在要求范围内并改善其温度均匀性，使之能够正常工作。本申请结构紧凑，且微通道冷板和热源直接接触，不需要二次传热，换热效率高，换热量大。

在一种具体实施方式中，所述工质流道包括垂直于上盖板和下盖板接触面的进口及出口、平行于上盖板和下盖板接触面的流体通道，所述流体通道的一端与进口连接，另一端与出口连接，所述下盖板的顶面设有槽道，所述槽道的顶部被上盖板的底面覆盖并共同形成所述流体通道。

在一种具体实施方式中，所述流体通道呈之字形分布，且在转折处设有扰流块，通过使用扰流部件进行扰流，确保整版无工质死区，保证换热充分性。

在一种具体实施方式中，所述上盖板和下盖板上设有贯穿的t/r组件安装沉孔、连接电缆安装通孔，所述t/r组件安装沉孔用于固定t/r组件和微通道冷板，所述连接电缆安装通孔用于放置电缆，所述电缆用于连接t/r组件和天线组件，所述上盖板设有用于安装天线组件的螺纹孔。

在一种具体实施方式中，所述t/r组件安装沉孔、连接电缆安装通孔以及螺纹孔与流体通道的距离≥3mm，该设置便于后期安装孔机加工过程中对微通道冷板密封性不产生影响。

在一种具体实施方式中，所述上盖板和下盖板通过钎焊的方式固定，且上盖板和下盖板留有足够的结构余量，保证冷板的结构刚度以及安装孔位置。

在一种具体实施方式中，所述下盖板设有减重槽，该设置能进一步减轻结构的重量。

在一种具体实施方式中，所述下盖板和t/r组件之间填充有导热材料，该设置可加快热量传递。

在一种具体实施方式中，所述下盖板内设有主动热控制组件，所述主动热控制组件用于加热所述工质流道内的工质。一般来说，主动热控制组件设置在在有流体工质通过但是无器部件安装区域，因此可以使用主动加热方式对流体回路进行主动温度控制，防止单机在轨存储时温度过低。本申请采用的主动热控制组件为常见加热组件，如电加热组件等。

在一种具体实施方式中，所述下盖板的底部设有加固支撑杆，所述加固支撑杆垂直于下盖板的底面，且在安装时，所述加固支撑杆插入t/r组件内，通过该结构使得微通道冷板与卫星本体双面安装(即t/r组件)，加强结构强度。

实施例

下面将结合附图对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

实施例1

一种一体化设计的星载相控阵和微通道冷板，其结构如图1～图4所示，微通道冷板主要由加固支撑杆7、下盖板2、上盖板1、t/r组件安装沉孔3、螺纹孔4、连接电缆安装通孔5、工质通道6组成，其中，t/r组件14通过螺钉固定安装在下盖板2的底面，该螺钉固定在t/r组件安装沉孔3中，t/r组件14与下盖板2之间直接接触，以热传导的方式将t/r组件14的热量传导至内部工质，经过换热后流体工质通过在工质通道6内流动，最终热耗通过空间辐射器辐射至空间环境进行耗散。上盖板1的顶部固定有天线组件15，该天线组件15的底部固定在螺纹孔4中。t/r组件14和天线组件15之间通过电缆连接，该电缆通过连接电缆安装通孔5贯穿上盖板1和下盖板2,。具体参见图1、图3。

上盖板和下盖板接触面的结构示意图如图4所示，主要包括：工质流道的入口8、流动管道9、扰流块10、工质流道的出口11以及减重槽12。在设计过程中，需要对微通道冷板进行流动分析及传热分析，确保整板的流动以及温度的均匀性。在一些实例中，扰流块20的主要作用为对流体工质进行扰流作用，保证进行每条流体通道内的流体工质为湍流流动，增强系统换热。

另外，在本实施例的上盖板中设有主动热控制组件13，可以使用主动加热方式对流体回路进行主动温度控制，防止单机在轨存储时温度过低。

上述对实施例的描述是为了便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本申请。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改，并把在此说明的一般原理应用到其它实施例中而不必付出创造性的劳动。因此，本申请不限于这里的实施例，本领域技术人员根据本申请披露的内容，在不脱离本申请范围和精神的情况下做出的改进和修改都本申请的范围之内。