אתגרי עיצוב תרמי של ציוד צבאי
סביבת העבודה של ציוד צבאי היא מסובכת
גובה, טמפרטורה גבוהה, טמפרטורה נמוכה, לחות, הלם טמפרטורה, קרינה תרמית סולארית, רעידות זעזועים, דובדבן, סביבות קשות שונות (פטריות, מדבר, אבק, פיח וכו') לכולם יש דרגות שונות של השפעה על העיצוב התרמי שלו. בנוסף לתנאי גבול מורכבים, האתגר הגדול ביותר בניהול תרמי של מוצרים אלקטרוניים בתעשייה הביטחונית הוא ההלם התרמי לטווח קצר.
מוצרים אלקטרוניים אלו חשופים לרוב לסביבה תרמית קיצונית. נניח שמטוס קרב חונה בים הקריבי הולך כעת לבצע משימה. המטוס נמצא בשלב זה בגובה פני הים, והטמפרטורה והלחות מתאימות מאוד. כאשר המטוס ממריא, הוא יהיה בגובה רב, בסביבה של טמפרטורות מתחת לאפס, ותנאי הגבול של מוצרים אלקטרוניים ישתנו תוך דקות או אפילו שניות. לכן, המוצרים האלקטרוניים במטוס חייבים להיות מסוגלים לפעול בטווח רחב של טמפרטורות סביבה עבודה.
התמונה הבאה מציגה את תפקידו של עיצוב תרמי במוצר אלקטרוני מצליח ואת השפעת הסביבה עליו. ניתן לראות שגובה, טמפרטורה גבוהה, טמפרטורה נמוכה, לחות, הלם טמפרטורה, קרינה תרמית סולארית, רעידות זעזועים, דובדבן וסביבות קשות שונות (פטריות, מדבר, אבק, פיח וכו') כולם משפיעים בדרגות שונות על עיצוב תרמי.
מעבדים הרבה נתונים ויוצרים יותר חום
בשל אופי המשימות הצבאיות, מוצרים אלקטרוניים אלו יגרמו בהכרח למוצרים אלקטרוניים אלו לבצע כמות גדולה יותר של עיבוד נתונים, ובמקביל ידרשו מהירות עיבוד נתונים מהירות יותר, וצריכת החום של מוצרים אלקטרוניים תגדל בחדות. לכן, התנאים הסביבתיים הקשים וצריכת החום הגוברת במהירות של שבבים גורמים לניהול התרמי של מוצרים אלקטרוניים בתעשייה הביטחונית להתמודד עם אתגרים עצומים. קל משקל ואמינות מושלמת מגדילים את הקושי של עיצוב תרמי
עבור ציוד אלקטרוני בסביבה או בחלל החיצון, משקל הוא מרכיב חשוב מאוד. ככל שהמשקל קל יותר, המוצר ימשיך לעבוד זמן רב יותר, והעלות נמוכה יותר. מן הסתם, בשל המאפיינים הקיימים של מטוסי קרב סילון, טילים, טנקים וכדומה, מוצרים אלקטרוניים נמצאים בסביבה תרמית קשה, ולכן האמינות התרמית של מוצרים אלקטרוניים בתעשייה הביטחונית היא גורם חשוב ביותר.
עיצוב תרמי של ציוד צבאי
בשל צריכת החום הגבוהה של מוצרים אלקטרוניים צבאיים וסביבת העבודה הקשה, הם בדרך כלל מציגים זרימת חום גבוהה יותר. בדומה למוצרים אלקטרוניים אחרים, עליהם להיות בעלי מערכת קירור טובה, ויש להתחשב בגודל החלל, המשקל, צריכת החום וצריכת החום של הציוד. מיגון אלקטרומגנטי ודרישות אחרות.
מערכות אלקטרוניות רגילות נוטות להיות מתוכננות כמארזים סגורים, ורוב המוצרים האלקטרוניים מבודדים ממערכת הקירור ככל האפשר. דמיינו לעצמכם האמר מרצדס-בנץ במדבר. במידה והמוצרים האלקטרוניים אינם אטומים הרמטית, סביבות העבודה השונות כמו חול, פסולת וכדומה, ישתקפו את המוצרים האלקטרוניים.
כיום, מהנדסים רבים מעדיפים להשתמש בשיטות קירור היברידיות לתכנון תרמי של מוצרים אלקטרוניים. רוב השבבים האלקטרוניים משתמשים בפיזור חום מקורר באוויר, והתקני פיזור חום מקוררים במים משמשים למכשירים שצורכים הרבה חום. אבל עבור מכשירים אלקטרוניים בטיסת חלל או בחלל החיצון, סוג זה של שיטת פיזור חום אינה מומלצת, ויש לתכנן מערכת קירור נוזלית קומפקטית יותר.
לדוגמה, שימוש בחומרי מצע עם מוליכות תרמית גבוהה, לוחות טמפרטורה אחידה של VC, צינורות חום, TEC מוטבע בתבנית, קירור סילון או קירור נוזלי טבילה ישיר, כך שניתן להעביר חום לנוזל, ולאחר מכן לקירור הנוזל. מערכת במחליף החום. כפי שמוצג באיור למטה:
