室温液态金属的航空航天应用

航空航天领域的热控问题无论是在系统级还是部件级，目前已表现出的发展趋势均为总功率和热流密度同步升高，同时还要尽可能保持系统和部件结构轻量化，这对采用常规工程流体的传统散热技术提出了巨大的挑战。室温液态金属具有远高于传统流体的导热系数，这使其成为一种优秀的散热工质。基于传统流体的散热技术同样适用于液态金属，只是在基本的传热和流动特性上液态金属体现出独有的差异。在缺少适用的传热和流动特性计算关联式的情况下，基于钠钾合金、铅铋合金等实验得出的传热和流动特性计算关联式可临时应用于镓基液态金属的散热系统设计，同时可保证工程上可接受的精度要求。

设计层面的工作可在各航空航天院所以及高校等科研单位完成，甚至包括部分科研型企业单位，这一环节可以看作是产业链的中游部分。鉴于航空航天应用的特殊性，散热系统和散热设备的设计工作在该环节完成，随后交付生产制造单位完成设备加工。液态金属在航空航天领域的热工程应用，作为产业链的下游，可在产品层面按照系统级和部件级进行分类，如图3.8所示。

系统级的应用中，新一代空间站、核动力航天器和地外驻留基地均为大型复杂产热系统，需要综合考虑对流、相变及复合换热技术的应用，由于长期处于微重力环境，液态金属的高密度特性不会成为严重的制约因素。空间太阳能电站和通信卫星作为大功率发热器件，体积紧凑，热量集中，可以充分利用液态金属的高导热特性，通过对流方式在较短的流动距离内实现高热量的转移。天基激光武器和航天器着陆缓冲机构（反推发动机部分）是瞬时高热流密度工作的典型例子，是固液相变技术的典型应用。光学望远镜的光学镜片组对控温精度具有极高的稳定性要求，一般通过半导体制冷片对镜片实施高精度控温，可考虑将液态金属流动回路作为二级散热方式辅助半导体制冷片工作。(www.xing528.com)

图3.8　室温液态金属应用于航空航天散热问题的产业链结构

对于部件级的应用，具有瞬时周期性工作特性的部件可采用相变散热技术作为温控方案，如激光二极管、GHz级电子芯片、微波器件、卫星侧摆相机、信号发射机、探测类传感器和数据存储/传输装置等。液态金属固液相变热控技术适用的工况要求高热流密度的发生（切换）频率不能太高。适合采用液态金属对流散热技术的部件级应用有电加热元件、卫星电源控制器、铷钟控温系统、卫星相控阵天线和天线TR组件阵列等。