drone teknolojisi ilerledikçe, kompakt ve verimli elektronik sistemler talep büyür.Bu küçük cihazlarda ısıyı yönetmek, yenilikçi malzemeler ve çözümleri gerektiren kritik bir zorluktır. Proper termal yönetim en uygun performans, uzun ve drone elektroniklerinin güvenliği sağlar. artan güç kesintileri ile uçuş kontrol modülleri, ESCs, kameralar ve iletişim modülleri, mühendisler sıkı boyutta, ağırlık ve güç içinde sığabilecek gelişmiş malzemelere daha fazla hareket etmelidir.

Kompakt Drones için Termal Yönetimde Meydandaki Zorluklar

Drones, özellikle küçük insansız hava araçları (UAVs), doğal konveksiyon için çok sayıda yüksek performanslı bileşeni sık sık ölçtü. birincil meydan okuma, yüksek ısı flux veİLFLT:2).

  • [FONT:0]Flight kontrolörleri ve işlemciler: Modern ARM Cortex ve STM32 çipleri birkaç watt ayırıyor ve aktif soğutma engelleyicisi ile, eklem sıcaklıkları güvenli sınırları aşabiliyor.
  • [FONT:0)Electronic hız kontrolörleri (ESC): ) PWM geçiş kayıpları ve MOSFET'lerde dirençli ısıtmalar yoğun sıcak noktalar yaratıyor.
  • [FONT:0)Battery paketleri: [Dönder: · [Dönder: 1) Li-Po hücreleri deşarj sırasında ısı üretir ve şarj eder ve yüksek sıcaklıklar bozulmayı hızlandırır.
  • [FONT=0]Camera ve sensör modülleri: [Dönetici: 1) Yüksek çözünürlüklü görüntüleme ve kızılötesi sensörler doğrulama için stabil ısı ortamları gerektirir.

Zorlanmış hava hayranları gibi geleneksel soğutma yöntemleri nadiren kullanılır çünkü ağırlık, enerji tüketiyorlar ve aerodinamik verimlilikten uzak ısınıyor. Ayrıca, yüksek ısı iletkenliği, düşük yoğunluk, elektrikli yalıtım çerçevesini ihlal eden malzemeler bulmaktır.

Bir başka engel, farklı hızlarda genişleyen mekanik strese neden olan, ucuz termal dirençler devam ederken bu suları barındırmalıdır.Uzman olmayan malzemeler, yüksek yük manevraları sırasında bile, farklı malzemeler.

Kullanımda Yenilikçi Malzemeler

Birkaç gelişmiş malzeme, drone elektronikinde termal yönetim için umut verici çözümler olarak ortaya çıkıyor. Her biri belirli termal şişeleri ele alan eşsiz özellikler sunuyor. Aşağıda en etkili kategorilere ayrıntılı bir bakış.

Graphene ve Karbon bazlı Malzemeler

Graphene, karbonun tek bir atom tabakası, tabaka başına 0.77 mg/cm2 bir yoğunlukla, x W/m·K) şeklinde kullanılır; bakırın iki boyutlu yapısı, son derece hafiftir, sadece 0,7 mg/cm2 tabakasının yoğunluğuyla yapılır.

Bir başka karbon bazlı malzeme ise şöyledir:0) Karbon nanotüpler (CNTs)). dikey olarak hizalandığında, CNT dizileri, üretimde 3000 W /m·K'ya kadar ısıtılabilir.

Research atFLT:0)Doğa[[Dönemli köpükler aynı zamanda entegre yapısal destekle hafif ısı batmış gibi hizmet edebilir.

Faz Değişimi Malzemeler (PCMs)

Faz değişikliği malzemeleri faz geçişleri sırasında ısı enerjisini absorbe eder - genellikle sıvıya katından - sıcaklık açısından önemli bir artış olmadan.Bu özellik onları ideal kılar ) ısıtılır ısıtılır[Dönemli sular için ısıtılır[Dönemli sular ve ısıtılır.[Dörtüller için ısıtılır).

Örneğin, bir uçuş kontrolörü ile montaj plakası arasında uygulanan ince bir PCM tabakası, birkaç dakika boyunca ısınabilir. drone daha düşük enerji eyaletlerine döndüğünde, PCM sağlamır ve çevreye depolanmış ısıyı yayınlar.[Döneticisel parafizli PCM'nin latent ısı kapasitesi 200-250 kJ/kg. Bir pratik sınırlama nispeten düşük ısı iletkenliği ( ⁇ W/m·K), bu genellikle eklenerek geliştirilir.

Phase Change Energy Solutions[[DDDD) gibi şirketler, elektronik için tasarlanmış PCM panellerini sunar, ancak drone uygulamaları, kompakt form faktörlerine uygun olarak enkapsülasyon gerektirir.

Metal Matrix Composites (MMCs)

Metal matrix kompozitleri metalik bir temel birleştirir - yaygın alüminyum veya bakır - silikon veya bakır gibi bir seramik takviye ile (SiC), alüminyum nitrit (AlN), veya elmas partikülleri. Sonuç, MMC'ler ile ilgili bir malzemedir:0)enhanced termal iletkenlik) ve aurkan CTE).

  • [DÜDÜ:0)CH silikon (AlSiC): [DÜT:1) Yaklaşık 3.0 g /cm3, termal iletkenlik -200 W /m·K ve CTE, 6-12 ppm /°C arasında ayarlanabilir. Temel plakalar ve ısı yayarlar için ideal.
  • [FONT:0]Copper-diamond kompozitler: Achieve termal iletkenliği 600 W/m·K'nın GaN ve SiC gücü yarı iletkenleri ile birlikte kullanılır.
  • [FONT:0]Copper-molybdenum (CuMo): [CuMo:[Dönetici: 1] İyi termal yönetim ancak daha ağır; havacılık radarlarında tüketici dronelardan daha yaygın.

MMC'ler genellikle toz metalurji veya sıvı infiltrasyon ile üretilir, bu da net-shape üretimine ve işlemeye olanak sağlar. Mekanik güçleri de drone çerçevesinin yapısal bütünlüğüne katkıda bulunur, çok işlevli tasarımı sağlar - aynı bileşen bir ısı batağı ve yük taşıma üyesi olarak hareket edebilir.

Termal olarak Davranışlı Polimerler

Geleneksel plastikler ısıtıcıdır ( ⁇ 0.2 W/m·K), ancak iletken fiberler ile yüklenirken )boron nitride (BN)), düşük yoğunluk avantajları sunar (Al2O3); elektrik yalıtım (örneğin, elektrik yalıtımları) ve yüksek çözünürlükte ısı dağılımını sağlar.

Gelişmiş bir değişken, 0:0) bir bakırın etrafındaki termal bir polimer (LCP)) karbon fiber ile bileşiklenir, 7-10 W /m·K. Başka bir yaklaşım, bakırın etrafındaki bir ısı iletken polimeri oluşturmak, kamera gimbal konutlarında daha yaygın hale gelir.

Diğer Gelişen Malzemeler

Dört ana kategorinin ötesinde, araştırmacılar ince filmler yaparken termal iletkenliği araştırıyorlar. ancak elektrik iletkenliği dikkatli yalıtım gerektirir.DLCT:2).DiamondT:3)Templikeli alaşımlar, 30 W /m·Küresel direncin arttırılması için ısı geçişi olan metal yüzeylerde depolanabilirler. ancak elektrik iletkenliği dikkatli yalıtım gerektirir.

Yenilikçi Malzemelerin Kullanımının Avantajları

Bu malzemeleri uygulamak, doğrudan drone performansını ve güvenilirliğini etkileyen çeşitli avantajlar sunar. Aşağıda, her avantaj ayrıntılı olarak incelenir.

Azlığı ve Ağırlıkını azaltın

Grafik filmleri ve MMC taban plakaları gibi malzemeler, mühendislerin topluca kaldırmasına izin verir, finize ısı bataklığı. 50-100 μm kalınlığı ile bir ölçüm cihazını kapatabilir, bir 500 g drone'da tasarruf gramı, her gram uçan uçuş zamanını yaklaşık 1-2 saniye boyunca uzanır.

Faz değişikliği malzemeleri de ağır aktif soğutma sistemleri için ihtiyacını ortadan kaldırır. 5 g ağırlığında bir PCM paketi sabit bir durumda 10 g bakır ısı lavabosu için 10 g'ye eşdeğer bir ısı pulu absorbe edebilir, ancak sadece geçici çatlaklar sırasında - bu kadar ortalama ağırlık daha düşük.

Geliştirilmiş Verimlilik ve Güvenilirlik

Daha iyi ısı transferi, yüksek sıcaklık aralığı içinde çalışan transistörleri ve işlemcileri tutar, sızıntı akımlarını ve sinyal gürültülerini azaltır. Örneğin, bir ESC'de yayılan verimli ısı, 10-20% ile daha düşük MOSFET direnişini azaltır, I2R kayıpları azaltır.

Kamera sistemlerinde, sabit ısı koşulları görüntü sensörünün sürüklenmesini ve karanlık mevcut gürültüyü azaltmayı önler, daha yüksek kaliteli fotogrammetri ve termal görüntüleme sağlar. Güvenilir termal yönetim özellikle arama ve kurtarmada kullanılan dronelar için kritiktir, tutarlı performans kullanılamaz.

Enerji Tasarrufu ve Pasif Operasyon

Pasif termal malzemeler sıfır ek güç tüketebilir. Aksine, aktif hayranlar 0.5-2 W ve bataryayı 5 dakikalık bir uçuşta, 1 W soğutma fanı, tipik 3000 mAh bataryasından yaklaşık 83 mAh'ı tüketecektir.Bu güç, her bir yük saymak veya ödeme yüküne daha iyi tahsis edilir. PCMs ve yüksek ücretli plastik plastik plastik plastikler, genel sistem verimliliğine katkıda bulunmaksızın ısıtılır.

Durability ve Çevre Direnişi

Gelişmiş malzemeler genellikle sert ortamlarda daha sağlamdır. Metal matrix kompozitler metallerle temas halindeyken daha iyi korozyona karşı dirençlidir.Bu özellikler, yüksek nemlere dayanabilir ve yüksek nemlere dayanabilir. PCMs, düzgün bir şekilde encaplar halinde, çok sayıda termal döngüler bozulmadan hayatta kalır.

Ayrıca, bu malzemelerin çoğu uygun kaplamalar ve metalik bileşiklerle uyumludur, ancak droneların suya karşı mühürlenmelerine izin verir, ancak hala ısıyı etkili bir şekilde bozuyor.

Uygulama ve Ticaret-Örnekleri

Malzemelerin açık avantajları sunarken, mühendisler maliyet dikkate almalıdır, manufacturability ve entegrasyon karmaşıklığı. Graphene filmleri hala büyük alanlarda üretmek için pahalı - tek katmanlı bir ısı makinesi için yayılabilir ve bir drone'un yakınından 1-3 dolara mal olabilir. PCMs bir eritme noktası seçimi gerektirir (genellikle 45-65 °C) ve sızıntıdan kaçınmak için içerir. MMCIC.

Başka bir ticaret elektrik iletkenliğidir. Graphene ve CNTs elektriksel olarak iletkendir, bu yüzden genellikle ısıtıcı malzemelere gerek kalmadan canlı devrelerden elektriksel olarak izole edilmelidirler.

Termal simülasyon yazılımı (örneğin, ANSYS Buzpak, COMSOL) bu çok katmanlı yığınları modellemek ve malzeme yerleştirmesini optimize etmek için gereklidir.Geçmiş ısıtları ve filmleri ile prototipleme, özel kompozitlere yatırım yapmadan önce tasarımları doğrulayabilir.

Future Perspektifleri

Araştırma, termal yönetim malzemeleri alanında ilerlemeye devam ediyor. Hibrit sistemlere birden fazla yenilikçi malzemeyi birleştirmek daha iyi performans sunabilir. drone uygulamaları teslimat, gözetim ve çevresel izleme, etkili termal yönetim çözümlerinin önemi sadece büyümeye devam edecek.

Hybrid Multi Function Structures

Bir umut verici yön şu:0) Ortam ısı yönetimi[D baskı) · PCM veya sıvı metal kanalları ile dolu, yüksek çözünürlükte araştırmacılar: Tasarım Haberleri[DDDDD baskı) ile ısıtılmış 3D yüzeyin tüm hava ile baskı potansiyelini doğrudan plastik parçalara dönüştürmüşlerdir.

AI-Driven Thermal Control

Uzaylı AI'nın havai yönetimi, ısı yüklerinin değiştirilmesine izin verebilir ve makine öğreniminin kullanılması için yük kalıpları izleyebilir, sonra dinamik olarak uçuş parametrelerini (örneğin, elektriksel olmayan sistemlere güç azaltacaktır) PCM gibi malzemeler zaman değiştirmesine izin verir.

Çevrede Sürdürülebilir Malzemeler

drone endüstrisi de yeşil çözümlere doğru ilerliyor. Biyo tabanlı faz değişim malzemeleri (örneğin, Şok yağı, palmiye yağı) petrol bazlı paraffin için yedekler olarak incelenecektir. Geri dönüşüm karbon fiberleri ve grafiklerden geri dönüşüm elde edilir. Low-cost, ölçeklenebilir ısı iletken dolgular küçük drone üreticilerine erişimi demokratikleştirecektir.

Sonuç olarak, yenilikçi malzemeler sadece bir stopgap değil, bir sonraki nesil dronelar için temel bir yığın. Graphene, PCMs, MMCs ve termal olarak iletken polimerler her biri, düzgün bir şekilde entegre edildiğinde, teknolojinin olgunlaştığı zamanlarda, bu malzemeler, daha yüksek güç yoğunluğu, daha uzun uçuş dayanıklılık ve daha büyük güvenilirlik ile droneların rolünü hızlandıracaktır - lojistikten altyapı denetimine kadar uzanan endüstrilerde UAVs rolü hızlandıracaktır.