谷研究 l 看飞机的航空电子设备底盘散热器悄然发生的变化

飞机的现代发动机产生大量的热量,这些热量必须以某种方式从发动机传递出去。散热器提供了一种将热量从这些发动机传递出去的方法。

根据3D科学谷的市场研究,Unison Industries正在开发一种新型的散热器,这种散热器包括第一流体入口的第一歧管和限定第二流体入口的第二歧管。

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这是一种形状十分复杂的散热器,其中,第一组双曲线流动通道包括一组分叉流动通道,其中包括多个鞍形点,在该鞍形点处,该组第一分叉流动通道中的两个沿着一个平面渐近地会聚,然后在正交平面上渐近地发散。第二组双曲线流动通道与第二流体入口流体连通。

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第二组双曲线流动通道也包括一组分叉流动通道,其中包括多个鞍形点,在该鞍形点处,该组第二分叉流动通道中的两个沿着一个平面渐近地会聚,然后在正交平面上渐近地发散。第一分叉流动通道的至少一部分和该组分叉第二流动通道的至少一部分交织在一起。

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根据3D科学谷的市场研究,Unison Industries所开发的这款热交换器是设置在飞机的航空电子设备底盘中。不过其设计原理理论上可以在任何需要或利用热交换器或对流热传递的环境中具有普遍适用性,例如在飞机的涡轮发动机内。此外,还可以拓展到非飞机的应用领域,以及其他移动应用和非移动工业,商业和住宅应用。

其设计的核心理念是通过复杂的几何形状提供了多达50%或更多的散热效率。此外,双曲线,分叉和相互缠绕的几何形状提供更大的传热系数,不仅改善了热交换器的效率,同时使压力损失最小化并改善了传热系数。

无疑,3D打印是实现复杂形状制造的绝佳技术。热交换器可以通过增材制造来制造,例如直接金属激光熔融技术或直接金属激光烧结技术。通过增材制造可以快速准确地制造设计中的阻挡结构。此外,可以将阻塞结构图案化为与特定热交换器组件所需的一样大或小。

类似地,通道的非水平取向可以在增材制造期间提供有效的粉末排空,并且可以最大化构造质量和最小化表面粗糙度。除此之外,还可以改善强度,格子结构或准格子结构在热交换器内提供了改进的强度。另外,具有正交定向的多组分叉流动通道也为热交换器提供了改进的结构完整性。

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在飞机的热交换器的制造方面,可以说市场上已经存在不少案例。根据3D科学谷的市场观察,这其中包括2015年3D Systems公司与America Makes、霍尼韦尔公司、宾州创新材料加工中心的合作,他们与美国空军研究实验室(AFRL)签订了一项价值130万美元的新合同,3D Systems公司的选择性激光熔融技术将用于先进的飞机热交换器制造。当时3D Systems称这将彻底改变喷气发动机的制造,同时还将进一步将3D打印技术带入换热器市场,这是一个数十亿美元的市场机会。3D Systems公司不仅为美国空军提供创新的、高性能热交换器,而且将提供部分强度、耐压性和性能等方面的重要数据。

3D科学谷在《3D打印产业化机遇与挑战白皮书》中提到热交换器将是下一个产业化领域。而究竟3D打印将在热交换器的产业化方面达到怎样的影响力和覆盖面,这不仅仅取决于3D打印设备,材料的价格,还取决于工艺质量是否能够达到一致可控,以及标准与认证的完善,而最重要的是如何从设计端获得以产品功能实现为导向的正向设计突破。

参考资料:US10107555B1heat_exchanger_assembly_unison_industries

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