✍ مدیریت حرارتی الکترونیک هدایت و رایانه‌های پرواز در سامانه‌های موشکی / بخش اول

🔹️ در سامانه‌های موشکی، مدیریت حرارت تجهیزات الکترونیکی یکی از چالش‌های مهم در طراحی مجموعه هدایت و کنترل محسوب می‌شود. رایانه‌های پرواز (Flight Computer)، واحدهای هدایت و کنترل (Guidance & Control)، مبدل‌های توان و ماژول‌های فرکانس رادیویی (RF) در فضای محدود داخلی فعالیت می‌کنند و باید در برابر شتاب، ارتعاش، شوک مکانیکی و تغییرات شدید دمایی، عملکرد پایدار و قابل‌اطمینانی داشته باشند.

🔹️ تفاوت اصلی این سامانه‌ها با تجهیزات الکترونیکی متعارف، محدودیت هم‌زمان جرم، حجم، توان مصرفی و شرایط محیطی است. در چنین شرایطی، استفاده از سامانه‌های خنک‌کاری معمول همیشه امکان‌پذیر نیست و به همین دلیل، طراحی حرارتی باید تا حد امکان با ساختار مکانیکی و معماری الکترونیکی یکپارچه شود.

🔹️ در سطح معماری، اصل اساسی این است که مقاومت حرارتی میان منبع تولید گرما و مسیر انتقال آن به محیط کاهش پیدا کند. گرمای تولیدشده در پردازنده‌ها و قطعات توان، ابتدا از طریق بسته‌بندی قطعه (Package) و سطوح تماس حرارتی منتقل می‌شود و سپس به صفحات پخش‌کننده حرارت، شاسی و در صورت وجود مسیر مناسب، پوسته بیرونی می‌رسد. هرچه مقاومت حرارتی این مسیر بیشتر باشد، دمای قطعه برای دفع مقدار مشخصی از گرما بالاتر خواهد رفت و حاشیه اطمینان حرارتی کاهش پیدا می‌کند.

🔹️ رابطه پایه در این زمینه به‌صورت ΔT = Q × Rθ بیان می‌شود که در آن Q توان حرارتی برحسب وات و Rθ مقاومت حرارتی برحسب K/W است. برای مثال، اگر یک مجموعه الکترونیکی 20 W گرما تولید کند و مقاومت حرارتی مسیر آن 1.5 K/W باشد، اختلاف دمای دو انتهای این مسیر به حدود 30°C خواهد رسید. این مسئله نشان می‌دهد که حتی در صورت استفاده از مواد دارای هدایت حرارتی بالا، کیفیت اتصالات، سطح تماس و هندسه مسیر انتقال گرما همچنان اهمیت زیادی دارند.

🔹️ در طراحی مکانیکی، شاسی و صفحات گرماگیر می‌توانند علاوه بر تحمل بارهای سازه‌ای، وظیفه انتقال و توزیع حرارت را نیز بر عهده بگیرند. مس به دلیل هدایت حرارتی بالا و آلومینیوم به دلیل نسبت مناسب هدایت حرارتی به جرم، از جمله موادی هستند که در طراحی اجزای حرارتی مورد استفاده قرار می‌گیرند. البته انتخاب ماده نهایی به محدودیت جرم، استحکام، شرایط محیطی و الزامات اتصال بستگی دارد.

🔹️ از طرف دیگر، اتصال مستقیم دو سطح فلزی لزوماً به معنای ایجاد یک مسیر حرارتی ایده‌آل نیست؛ زیرا زبری سطح و وجود فاصله‌های میکروسکوپی می‌تواند مقاومت تماس را افزایش دهد. به همین دلیل، مواد واسط حرارتی (Thermal Interface Materials یا TIM) در بسیاری از مجموعه‌های الکترونیکی برای کاهش مقاومت حرارتی میان قطعه و صفحه گرماگیر مورد استفاده قرار می‌گیرند. با این حال، پایداری این مواد در برابر چرخه‌های حرارتی، ارتعاش و تنش‌های مکانیکی نیز باید در ارزیابی نهایی لحاظ شود.

🔹️ در مجموع، مدیریت حرارتی در این بخش صرفاً به انتخاب یک هیت‌سینک یا صفحه فلزی محدود نمی‌شود؛ بلکه باید کل مسیر انتقال گرما، از محل تولید حرارت در تراشه تا ساختار دفع‌کننده نهایی، به‌صورت یک مجموعه پیوسته بررسی شود

#تخصصی

@DSSIRAN
☫ تحقیقات راهبردی دفاعی ایران ☫