电推进系统的相变储能式散热器性能研究

随着通用航空产业的发展,一种以电能为动力的新型飞机应运而生,其电推进系统朝着体积小、集成度高、功率密度大的趋势发展,核心器件IGBT由于过热导致的损坏成为制约电动飞机发展的因素,电推进系统的散热问题成为研究热点。与传统电推进系统散热方式相比,相变储能散热器结构简单,抗热冲击性能强,能够有效的解决散热及热冲击问题,因此对电推进系统的相变储能式散热器的研究具有实际意义。首先,本文针对电推进系统控制器中IGBT功率模块的散热问题展开研究,引入数学积分方法对损耗进行计算,确定电推进系统中IGBT功率模块在起飞爬升和定速巡航两种工况下的损耗;同时建立等效热路模型,给出了相变储能散热器的设计要求。其次,针对相变储能散热器中储能介质的选择问题,本文基于相变储能原理建立相变传热数学模型,确定影响相变材料相变特性的因素为相变潜热和热导率;并搭建相变传热原理实验平台对石蜡和Bi-28Pb-25Sn-6Cd合金两种相变材料进行实验研究,定量分析了不同相变潜热和热导率对相变材料相变特性的影响。最后,针对相变储能散热器作用下IGBT功率模块的温度分布问题,本文采用有限元软件进行仿真,得到了起飞爬升和定速巡航工况下的IGBT模块温度变化,并对相变散热器结构进行优化设计;在设计和分析的基础上,制备相变储能散热器,搭建螺旋桨实验台进行控制器温升实验,并与传统散热器作用下IGBT功率模块的温度变化进行对比,仿真与实验都验证了理论研究的合理性。