飛行測試儀器（FTI）數據采集系統（DAS）使用分布在整個飛機上的數據采集單元（DAU），通常在狹小的空間內，這推動了對小型底盤的需求。與此同時，對更高DAU性能的需求正在上升，導致更多的發熱組件更緊密地封裝在一起。由于機箱充當內部組件的散熱器，因此較小的機箱提供較少的金屬來從組件中吸取熱量。

為了正確理解飛行測試儀器（FTI）測量的準確性，設計人員需要了解電子設備溫度的測量精度。預計在更極端溫度下運行的電子設備將在一定范圍內進行測試和認證（對于堅固的航空航天電子設備，通常為 -40 °C 至 85 °C）。因此，最好檢查制造商聲稱的準確性的詳細信息，因為引用的最佳情況規范可能與實際條件下的性能不匹配。

熱量也會老化硬件。即使系統按照目標規格運行，如果它們運行得很熱，其有效壽命也會縮短。近似估計是，溫度升高10°C會使組分的使用壽命減半（通過阿倫尼烏斯方程，反應速率的溫度依賴性公式）。實際上，雖然系統故障比組件的使用壽命更復雜，但它仍然很重要，尤其是在涉及高溫時。應考慮有效壽命，因為從長遠來看，如果物品需要更頻繁的更換，較低的初始數據采集單元 （DAU） 成本最終可能會更昂貴。

飛行測試儀器中的熱量增加

由于DAU機箱充當內部組件的散熱器，因此較小的機箱意味著更少的金屬將熱量從組件中帶走。這種情況因通道密度較高的趨勢而更加復雜。更重要的是，吞吐量和通道數的增加需要將更多功率吸入機箱，從而產生更多的熱量。如今，許多飛機在機身中使用復合材料，其導熱性明顯低于金屬。例如，玻璃纖維的導熱系數 （k） 為 ~ 0.04 vs. 鋁的 236（以 SI 單位瓦特/米開爾文 （W·m?1·K?1）在0°C）。這意味著DAU無法像以前那樣有效地使用傳導冷卻;K值越低，材料導熱越差。

［表1 |DAU和飛機中使用的一些常見材料的導熱系數。

FTI 系統中的散熱

現有FTI系統中使用哪種散熱方法通常取決于安裝的年齡和飛機的大小。例如，較舊的DAU往往相對較大，并且在主要由金屬制成的飛機中用螺栓固定在金屬上，這使得DAU和（假設設計良好）從DAU中的組件到更大的金屬底盤具有良好的傳導冷卻。也可能有一些開放空間可以實現體面的對流冷卻。

［圖1 |DAU散熱通常使用傳導，對流和輻射來實現。

一些DAU放置在使用被動或強制風冷的機架中（通常僅在大型飛機中提供）。這些受益于良好的對流冷卻以及機架中的一些傳導。位于狹小空間（有時位于復合材料結構上）的小型底盤的趨勢使得DAU組件的散熱變得越來越困難。這一現實使得正確理解和實施DAU中的良好熱設計決策以滿足當前和未來的FTI DAU要求至關重要。

最佳散熱設計

通常，DAU組件安裝在印刷電路板（PCB）上。為了獲得最佳操作，應遵循幾個熱設計決策：在高層次上，重要的是要確保熱量可以快速從組件中傳遞出去，并且熱量不會集中在任何一個地方。

飛行測試 DAU 通常由底盤和模塊組成。重要的是，有一種很好的方法可以將熱量從模塊中移開，以幫助機箱將熱量從組件中移開。這樣，機箱本身充當散熱器。此功能的有效性取決于幾個因素，例如機箱的構造方式、機箱與其模塊之間的熱接觸質量以及機箱中的電源使用方式。構建機箱通常有兩種方法，要么使用堅固的底盤和單獨的模塊，要么使用“面包片”設計。

堅固的機箱具有可以插入模塊的插槽，類似于將磁盤驅動器插入錄像機。在面包片方法中，沒有單獨的底盤。相反，機箱由采集卡本身構成，將多個采集卡連接在一起，并通過鎖定機制固定它們。

堅固的底盤的優點是它是一大塊連續的金屬，使熱量能夠迅速從較熱的區域流向較冷的區域。實心機箱的缺點是插入和拆卸模塊使得難以在模塊和機箱之間建立完美的熱接觸。面包片方法的優點是能夠將PCB非常緊密地連接到機箱，因為機箱是模塊的一部分。這種方法的缺點是很難在模塊之間形成完全導電的密封。

無論選擇哪種底盤設計，它都可能由金屬制成，通常是鋁或鋼。鋼比鋁更便宜、更堅固，因此底盤壁可以更薄一點，材料成本也會更低。然而，鋁似乎是更好的選擇，因為它是一種明顯更好的導熱體（k = 236 與 15），并且更輕，更容易銑削。在實踐中，成品鋼制底盤幾乎沒有成本節省，因為任何尺寸差異都是微不足道的，鋁的優越熱性能有助于將熱量從底盤轉移到周圍環境中。

還有一些設計決策可以幫助DAU更好地使用電源。DAU通常為模塊提供多個電壓，因為模塊操作、傳感器激勵等有不同的電壓要求。為了避免在黑色或棕色熄火時丟失數據，電源中使用了電源保持電容器。降低電源電壓可減少所需的保持電容器數量。這減少了消耗的功率和產生的熱量，以及電源尺寸。相反，可以在模塊上執行電壓轉換。

將熱量帶走

Axon DAU是如何設計功耗和熱效率高的緊湊型數據采集單元的一個例子。雙側軌系統用于將 Axon 模塊與機箱緊密耦合，同時仍然可以無損地拆卸模塊。堅固的底盤，由一塊鋁銑削而成，最大限度地減少了可能導致熱點的任何間隙;鋁的出色熱性能可確保快速傳熱，無需更昂貴或更奇特的材料。機箱的作用類似于連接到 PC 中微處理器的散熱器。在機箱內，使用單個電壓軌允許使用單個保持電容器。這消耗的功率更少，確保DAU能夠有效處理常見的電源電壓變化或中斷。

［圖3 |這種設計最大限度地提高了每個階段的散熱，以保持組件足夠冷卻，而無需外部散熱器或強制通風。

對于模塊，使用大接地層來幫助將熱量吸入模塊側軌。對于傳統的DAU，DAU可以縮小到容納單個模塊的尺寸是有限制的;機箱還必須容納發射器卡（通過以太網、IRIG 106 第 4 章 PCM 或 IRIG-106 第 7 章發送數據）和電源。

Axon DAU背板為每個提供數據和電源線的模塊使用串行點對點鏈路，這為特別狹窄或炎熱的位置（如機翼或發動機短艙）提供了獨特的解決方案：Axonite底盤，它容納了一個模塊。軸突石通過串行背板使用單根電線連接到軸突機箱。對于Axon機箱，該模塊似乎是內部集成的，但可以位于最遠10米外的專用Axonite機箱中。Axon DAU 將用于熱監控的 I2C 溫度傳感器集成到所有部件中，包括頂塊、模塊、電源單元等。傳感器提供對熱元素如何形成的洞察，這對于故障排除和數據完整性保證非常有用。

審核編輯：郭婷