直接喷雾可最大限度地提高机载平台上的环境隔离度和灵活性

军用嵌入式系统会遇到恶劣和崎岖的环境。近年来，这些系统中部署的电子设备的功率水平一直在迅速上升。恶劣环境与电子产品不断上升的热负荷相结合，迫使供应商开发更有效的封装技术。同时，直接喷雾冷却被证明是空气和传导冷却的可接受替代方案，可提供出色的环境隔离，并降低终身拥有成本。诺斯罗普·格鲁曼公司（NG）的机载信号情报有效载荷（ASIP）上提出了一个案例研究，其中包括直接喷雾冷却多平台外壳（MPE）的配置，并出现在NG的载人U-2高空侦察机和全球鹰无人机上。

在军用嵌入式系统上运行的现有和新兴应用需要不断增长的计算能力和通信带宽。例如，运行信号智能系统或执行实时图像处理的无人机正在推动电路板、机箱和平台级令人印象深刻的功率密度。更令人印象深刻的是雷达处理系统的需求，系统级功耗在几十千瓦。同时，平台集成商需要更小、更轻、更高效的板级和机箱级产品。因此，平台集成商被迫寻找替代的冷却解决方案。

存在许多基于液体的冷却方法。最终用户最熟悉的是传导冷却系统。此外，液体流过（LFT）冷却方法正在出现，该方法通常使用聚Α烯烃（PAO）作为冷却剂，但与传导冷却不同，方法是将冷却剂输送到安装在电子设备上组件上的液冷板。直接喷雾越来越多地被视为空气和传导冷却的可接受替代品，可提供出色的环境隔离，并降低生命周期拥有成本。以下关于机载信号情报有效载荷（ASIP）的案例研究说明了这些原理，该有效载荷将安装在所有Block 30全球鹰飞机上。

美国空军机载信号情报有效载荷 （ASIP）

ASIP由诺斯罗普·格鲁曼公司（NG）为美国空军开发，是下一代信号情报传感器。该系统检测、识别和定位雷达和其他类型的电子和现代通信信号。该传感器于2005年首次在全球鹰上飞行，最近在U-2高空侦察机上完成了广泛的资格飞行。

环境隔离

ASIP 的外壳是直接喷涂冷却 MPE 的配置，旨在从环境中隔离敏感的电子设备并提供必要的热管理。在U-2或无人机上飞行，安装在飞机未加压区域的有效载荷受到极端环境条件的影响：海平面温度高达+70¬∞C，70，000英尺处为-65¬∞C。

直接喷涂系统实现的电子封装允许NG用于商业级电子产品。即使在恶劣的环境中，商用级电子设备也能成功地在机载平台的严苛环境中生存下来。全坚固电路板的典型额定值超过 10 Grms，可高达 20 Grms。全球鹰的振动曲线为 2.5 Grms。许多电子设备的额定值仅为 2.7 Grms 和 5.1 Grms 正弦曲线，分别为 15-2，000 Hz，用于操作和耐久性配置文件。根据车辆的轮廓，加固肋骨可以添加到商业卡中。由于全坚固电路板的成本通常是商业级电子产品的两倍，因此使用不太坚固耐用的卡可以节省大量的生命周期成本。

直接喷涂外壳的另一个固有灵活性是接受不同的热密度。在 ASIP 中，不同的卡组用于外壳功率范围为 600 至 1，700 W 的应用，但所有用例之间的存储模块都是相同的。对于不同的热负荷，外部热交换器很容易随着功率密度而扩展。散热选项包括燃料、PAO、EGW、RAM 空气、环境空气或表皮/船体。由于直接喷淋外壳和热交换器在加压或非加压环境中充当独立系统，因此消除了对平台基础设施冷却选项的依赖。

一些 ASIP 卡是调谐到 20 到 3，000 MHz 之间的射频接收器卡，而其他卡的范围高达 18 GHz。对于风冷系统，最靠近空气供应的电子设备最冷，而靠近排气口的电子设备运行温度更高。传导卡还会创建从存储模块中间到第一个和最后一个插槽的热梯度。由于RF电子器件的温度敏感性，通常需要在外壳中的卡之间进行补偿。NG利用直接喷雾的固有能力，在20插槽系统中将温度梯度限制在2¬∞C以下，每板功率密度范围为30至60 W。在 ASIP 外壳中，电子设备保持在 +30 ¬∞C 和 +50 ¬∞C 之间，而环境温度范围为 -65 ¬∞C 到 +71 ¬∞C。

此外，在裸片处理器（如 1.8 GHz 奔腾 M）上可以找到高达 50 W/cm2 的热通量，并且与 ASIP 中使用的热通量相似。使用70¬∞C的进液，直接喷涂能够将模具温度保持在90¬∞C以下。这比传导冷却外壳至少低10¬∞C。对于电子产品，人们普遍认为，温度每升高10¬∞C，可靠性就会降低50%。通过将 20 个 6U 卡的可靠性提高一倍，可以轻松克服泵、阀门和控制器对可靠性的影响。

高效的技术更新意味着更低的拥有成本

集成商面临着在同一架飞机上集成风冷板和传导板的挑战。传统上，由于电路板和外壳设计的限制，不可能在同一外壳中混合使用电子设备。对于ASIP传感器，NG通过将专有板，商用级风冷SBC和其他商用射频（RF）接收器卡组合到外壳中，能够做到这一点。外壳由 20 个用户插槽组成，具有固有的灵活性，可在平台上的无调节空间和加压位置混合和匹配电子设备。

这种电子封装技术可实现更小、更轻、高能效的系统，这些系统可以在几个月内完成技术更新，而不是几年，从而在项目的整个生命周期内显著降低总拥有成本。

直接喷涂外壳满足当今的需求

直接喷涂外壳已经过全面评估，可在恶劣环境中实现性能、可靠性和可维护性。在极端高度、温度和振动下保护敏感电子设备的能力已经在U-2和Global Hawk等平台上得到了证明。选择电子设备的固有灵活性增强了传统平台和开发飞机上直接喷涂外壳的实用性，从而降低了拥有成本。

审核编辑：郭婷