飞发控一体化：面向低空低速恶劣工况的无人机吊舱液冷环控系统换热器参数化设计与流阻特性研究

 

摘要：随着无人机在战场侦察、电子对抗、目标精确定位等领域的广泛应用，无人机外挂电子吊舱的任务载荷功率不断攀升，其密闭空间内电子设备的散热问题日益突出。本文针对无人机平台电子吊舱的环控散热需求，系统分析了无人机吊舱相较于有人战机吊舱在航速、供电能力、挂载重量等方面的特殊约束条件，在此基础上提出了一种冲压风冷却和泵驱液冷回路散热相结合的环控系统设计方法。文章首先对电子吊舱的应用背景与发展趋势进行了系统梳理，并对无人机常规机载吊舱环控方案的分类与适用性进行了详细论述；继而深入阐述了液冷型环控系统的核心构造与工作原理，提出了涵盖飞行剖面分析、设计工况点选取、部组件指标分配与匹配、设计分析校核、系统热力性能预测等环节的系统化设计流程。基于该设计方法，针对某型无人机吊舱任务热载荷要求，开发了一款总散热量不小于3.3 kW的液冷型吊舱环控系统，围绕系统热动力性能指标核算、结构设计、流阻校核等方面开展了详细设计工作。对环控系统散热量包线的核算结果表明，无人机吊舱环控在高空巡航工作点具备最大散热量。最后，依托热动力性能综合测试平台，采用热平衡法对环控系统的性能进行了试验验证，选取飞行高度3000 m、环境温度36 ℃作为测试工况点，测试结果表明系统供液流量、供液温度等关键指标均满足技术要求，验证了设计方法的准确性与工程可行性。本文的研究工作可为后续无人机吊舱环控系统的开发提供理论依据与工程参考。

关键词：无人机；吊舱环控；液冷散热；冲压空气；热平衡试验

 

一、无人机电子吊舱发展趋势与研究分析

1.1 电子吊舱的应用背景与发展趋势

电子吊舱是悬挂于固定翼飞机、直升机、无人机等飞行器机身外部的流线型舱体，其内部集成有雷达、电子对抗设备、通信侦察装置、光电载荷等各类电子设备和功能载荷，旨在拓展或增强载机的作战使用功能。随着机载吊舱技术的不断完善和现代战争对航空装备要求的不断提升，电子吊舱的应用需求和使用频次日益增加，尤其是在瞄准控制、电子对抗、导航跟踪及侦察告警等方面得到了广泛应用。

从发展历程来看，电子吊舱经历了从单一功能向多功能综合化发展的演变过程。早期的电子吊舱功能较为单一，主要承担侦察监视或简单的电子干扰任务；而现代电子吊舱则向着高度集成化、多功能化方向快速发展，在一个吊舱内集成了雷达探测、电子侦察、通信截听、目标精确定位、中继通信等多种功能。这种多功能集成的发展趋势直接导致了吊舱内电子设备数量的增加和单机功耗的显著提升，进而对吊舱环控系统的散热能力提出了更高的要求。与此同时，随着电子设备集成度的不断提高，机载电子吊舱日趋小型化，使得单位体积内的热流密度急剧增加，散热空间却愈发有限，环控系统的设计难度显著增大。

作为电子吊舱重要挂载平台之一的无人机，近年来得到了快速发展。现代无人机主要用于战场侦察和监视、海域巡逻、对地（舰）攻击、电子干扰、通信截听、目标精确定位、中继通信、对敌防空压制等任务。相较于有人战机，无人机具备巡航时间长、装备使用维护成本低的显著优势，但同时也带来了新的技术挑战。在飞行性能方面，无人机的航速通常较低，飞行高度一般在8000～12000 m，飞行速度通常在180～400 km/h。在挂载能力方面，无人机的挂载能力普遍低于固定翼飞机，对外挂吊舱提出了更为严苛的重量要求。为了在保证结构强度的同时实现减重，无人机吊舱大量采用了复合材料，然而复合材料的广泛使用在实现减重目标的同时，也增大了舱体的热阻，进一步加剧了吊舱内电子设备的散热困难。

从热管理角度而言，温度对电子设备的可靠性与寿命具有决定性影响。相关研究表明，在70～80 ℃范围内，温度每升高10 ℃，电子设备的可靠性就降低50%。而与散热相关的集成电路故障占所有集成电路故障的50%以上。由此可见，为降低电子设备因高温引发的故障，必须对电子吊舱密闭空间内的电子设备进行有效的热管理。

 

1.2 无人机吊舱环控方案分类与比较

无人机外挂吊舱作为飞机的外挂载荷，与传统的固定翼飞机外挂吊舱类似，吊舱与载机之间仅存在机械连接和电气连接，无法直接利用载机的环控系统和常规的机载散热解决方案，只能通过单独加装环控系统来解决自身的散热问题。根据环控原理的不同，常规的机载吊舱环控系统可分为自通风式、冲压空气直接冷却、逆升压式空气循环制冷和蒸汽压缩制冷等几种主要类型。

自通风式环控是最简单的散热方式，主要依靠吊舱表面的自然对流和辐射散热，或利用飞行过程中的气流冲刷带走热量。这种方式结构最为简单、重量最轻、无需额外能源消耗，但其散热能力极为有限，仅适用于低功耗、短时工作的吊舱设备，对于现代高功率电子吊舱而言已远远无法满足散热需求。

冲压空气直接冷却是利用飞行过程中产生的冲压空气直接吹过电子设备表面或通过换热器带走热量。这种方式结构相对简单，无需消耗机载电源，但存在两个突出问题：其一，冷却介质（空气）的密度低、比热容小，单位体积空气的携热能力远低于液体，因此需要较大的空气流量和流通截面积，占据空间大，不适合大功率电子吊舱的散热需求；其二，在低空飞行时冲压空气温度较高，导致换热温差小、换热器效率低。

逆升压式空气循环制冷是将冲压空气引入吊舱后，先经过涡轮膨胀降温，再送入吊舱内部进行换热冷却。该方案以冲压空气作为动力源驱动涡轮工作，无需消耗机载电源。其优点是结构简单、体积小、重量轻，在高马赫数飞行条件下能够提供充足的冷量。然而，该方案对飞行速度有较高要求，需要足够的冲压空气压头才能驱动涡轮正常运转。对于航速较低的无人机而言，冲压引气的可用压头和引排气压差较低，无法满足空气制冷循环环控系统中冲压涡轮的启动要求。此外，在低空低速飞行工况下，该方案的制冷量往往不足。

蒸汽压缩制冷（蒸发循环制冷）采用机械压缩式制冷循环，通过制冷剂的相变来实现高效热量传递。该方案的优点是制冷量大、不受飞行速度和高度限制、供液温度稳定可控。但是，蒸汽压缩制冷系统需要消耗较大的机载电力来驱动压缩机和相关附件。由于无人机平台自身特点和作战需求所限，通常不会搭载太高功率的发动机及发电机，电力供应相较于有人飞机相对紧缺，除满足自身供电载荷要求外，无法提供多余电力供蒸发循环制冷方案应用。

综合以上分析可以看出，应用于电子侦察或电子对抗的无人机吊舱功耗通常在1.5 kW以上，且对重量尺寸有严苛要求。自通风式和冲压空气直接冷却方案无法满足大功率散热需求；逆升压式空气循环制冷方案受无人机低航速限制而无法正常工作；蒸汽压缩制冷方案则受限于无人机有限的电力供应。因此，亟需探索一种能够兼顾散热能力、重量尺寸和能源消耗的新型环控方案。

 

1.3 国内外研究现状

国内外学者在机载吊舱环控领域开展了大量研究工作。在环控系统方案研究方面，有学者对目前各种电子设备吊舱所应用的环境控制系统进行了系统梳理，分别分析了各类方案的优缺点，指出动力涡轮驱动的逆升压式空气循环制冷系统是适用于电子设备吊舱冷却的有效方案之一，但必须解决低空低速飞行时的制冷量不足等问题。还有学者对机载吊舱环控空气制冷系统进行了分析与试验研究，指出采用冲压空气作为动力源的逆升压式制冷方案具备结构简单、体积小、重量轻、无需消耗机载电源等优势，在我国机载吊舱环控领域具有良好的应用前景。

在环控系统优化设计方面，吴学群等综合工作包线、热流密度、温度、均温性、体积、重量及能耗等约束条件，基于仿真、计算及模拟试验验证，对电子吊舱环控方法进行了系统分析，最终确定了优化的冲压液冷环控方案。在吊舱内部设备散热方面，吕日毅等对电子吊舱内部设备散热开展了专门研究。在进气口设计方面，司俊珊等详细介绍了采用贴附型漏斗进气口作为引气道的环控系统设计，通过数值计算和仿真分析了环控系统在全飞行包线范围内的制冷性能。

针对无人机平台的特殊性，谢明君等针对小型无人机电源紧张、尺寸小、载重量低、飞行速度低的特点，提出了一种对冲压空气压头进行补偿的新型空液换热子系统，采用6SigmaET软件进行了空液换热仿真，结果表明系统换热量达到1.6 kW，实验验证也证实该子系统增强了环控系统在低空低速区域的制冷能力。

在液冷系统指标匹配方面，有学者对电子吊舱液冷系统展开研究，提出了一种液冷系统指标匹配设计流程及方法，依据循环系统流程设计、管网设置以及设备布局设计，完成供液流量、系统流阻和液体容积等指标分配，通过理论计算与CFD数值仿真相结合的方式对液冷系统指标进行匹配设计。在液冷系统控制方面，有研究针对某无人机的液冷系统，通过研究其控制功能和接口需求，运用机电综合控制技术对其进行控制构型设计、控制逻辑及故障诊断逻辑设计。

在试验验证方面，有研究采用热平衡法对环控系统制冷量进行试验验证。还有学者对电子吊舱温度环境进行了测试分析，在电子吊舱内部不同位置部署高精度温度传感器，采集不同季节、不同飞行工况下的温度数据，为吊舱热管理系统设计提供了实测数据支撑。

然而，目前针对无人机吊舱用液冷环控系统的系统化设计方法尚不成熟。在系统指标论证过程中，配套单位需要与总体单位开展多次论证迭代才能把系统的真实需求和当前的实际技术水平相符合，最终输出系统的确切技术指标和设计要求，设计效率低下，无法满足项目快速研制的需求。因此，亟需建立一套完整的无人机吊舱液冷环控系统设计方法，为后续型号的研制提供理论依据和工程参考。

二、环控散热系统工作原理及设计方法

2.1 液冷型环控系统核心构造

液冷型环控系统是一种以液体作为载冷剂、以冲压空气作为最终热沉的闭式循环散热系统。典型的液冷型环控系统主要包括膨胀水箱（储液罐）、液体泵、过滤器、旁通阀、排气装置、供液接头、回液接头、温度传感器、压力传感器、液位计、换热器、管路、阀门等部组件。除换热器冷边为空气外，系统中所有部组件与被冷却的电子设备共同组成一个闭式循环系统。

各部分的主要功能如下：膨胀水箱（储液罐）用于储存载冷剂、吸收系统内载冷剂因温度变化引起的体积膨胀、并为液体泵提供稳定的吸入压力；液体泵是系统循环的动力源，为载冷剂的循环流动提供所需的压头；换热器是实现热量从液侧向气侧传递的核心部件，载冷剂在换热器热侧流道中流动，冲压空气在冷侧流道中流过，两者通过翅片和隔板进行热量交换；过滤器用于滤除循环载冷剂中的杂质颗粒，防止堵塞电子设备冷板的微通道；旁通阀用于调节系统流量或实现系统部分旁通；排气装置用于排除循环过程中混入的气体，保证系统稳定运行；各类传感器（温度、压力、液位等）用于监测系统运行状态，为控制系统提供反馈信号。

 

2.2 系统工作原理

液冷型环控系统的工作原理可以概括为“液侧闭式循环、气侧开式换热”两个相互耦合的环节。

在液侧，储液罐中的载冷剂经液体泵加压后获得足够的流动动能，首先进入换热器与冷边的冲压空气进行热交换。在换热器中，温度较高的载冷剂将热量通过翅片和隔板传递给温度较低的冲压空气，载冷剂自身温度降低。降温后的载冷剂经由分路器分别进入吊舱内各个装有电子设备的机箱和冷板，通过对流换热的方式带走电子设备产生的热量，对电子设备进行冷却。吸热升温后的载冷剂再由分路器集中，经过过滤器过滤后送回至膨胀水箱，完成一个完整的液侧循环。

在气侧，飞行过程中产生的冲压空气由进气道入口进入环控系统，流经进气道后进入换热器冷侧，与热侧的载冷剂进行热交换后排出舱外。冲压空气在进气道中的流动为绝热非等熵过程，在这个过程中总温不变、总压减小，总压减小量用总压恢复系数来衡量。

液冷散热技术相较于空气冷却具有显著的效率优势。研究表明，液冷散热效率比空气冷却高出100～2000倍。这一巨大优势源于液体远高于气体的密度和比热容：单位体积的液体能够携带的热量远大于同体积的空气，因此在相同的散热功率下，液冷系统所需的流体流量和流通截面积远小于风冷系统。在解决了液冷系统机载环境适应性问题和小型化问题之后，采用冲压空气与泵驱单相液冷循环散热相结合的液冷散热方案成为了无人机电子吊舱环控的最佳解决方案。

 

2.3 环控系统设计方法

液冷型环控系统的设计是一项涉及多学科交叉的系统工程，需要综合考虑气动热力学、流体力学、传热学、结构力学等多个学科的知识。与地面上成熟的液冷源技术方案不同，机载液冷环控系统的风侧采用飞行器飞行过程中产生的冲压空气作为散热热沉，受环境温度、飞行高度、飞行速度等因素影响较大，进而对系统的散热能力和供液温度产生显著影响。因此，环控系统的设计不能仅仅停留在地面工况，必须将飞行包线内的各种工况条件纳入设计考量。

本文提出的液冷环控系统设计方法主要包括以下几个关键环节：

第一，飞行剖面分析与热载荷确定。设计输入包括无人机的飞行任务剖面（飞行高度、飞行速度随任务阶段的变化）、吊舱内任务电子设备的发热量、环控系统自身工作部件的发热量（包括液冷泵、控制器、各类传感器等）、以及系统设计裕度要求。吊舱内的热载荷由三部分构成：任务电子设备的发热、环控系统自身部件的发热、以及飞行气动加热通过舱壁传入吊舱内部的热量。在确定总设计散热量时，需要考虑长期运行可能出现的性能衰减，预留一定的设计裕度。

第二，设计工况点选取与热沉参数确定。基于飞行剖面分析，识别出对环控系统最为不利的工况点——即低空低速飞行工况。在此工况下，冲压空气的温度较高（散热热沉温度高）、冲压空气的压头较小（引气量受限），环控系统的散热条件最为恶劣。选取此工况点作为系统的设计工况点，可以保证系统在全飞行包线内均能满足散热要求。同时，需要确定冲压空气的总压恢复系数，在亚音速情况下一般取σ=0.96～0.98，为确保系统的设计裕量，可取σ=0.7。

第三，部组件指标分配与匹配。根据系统总体的供液温度、供液流量、供液压力等技术指标要求，将总体指标分解到各个部组件。对于液侧部件（液体泵、管路、阀门、冷板等），可根据系统供液技术指标要求开展相对成熟的设计选型工作。膨胀水箱的设计需要特别考虑飞机倒飞、翻滚等特殊姿态下的水泵正常运行。对于换热器这一核心部件，需要根据冷热两侧的边界条件进行详细的传热计算和流阻计算。

第四，设计分析与校核。对关键部组件进行详细的设计分析和性能校核。对于换热器，需要进行传热计算以验证其散热功率是否满足要求，同时进行流阻计算以验证其流动阻力是否在系统允许范围内。对于流阻计算较为复杂的部件（如多流程换热器），可结合局部阻力仿真和沿程阻力理论计算进行分析。

第五，系统热力性能预测。将各部组件的性能参数进行系统集成，预测环控系统在全飞行包线内的热力性能，绘制散热量包线云图，以直观地反映系统在不同飞行工况下的散热能力。

 

三、无人机吊舱液冷环控系统设计

3.1 设计输入与技术要求

基于上述设计方法，对某型无人机吊舱环控系统开展具体设计工作。该吊舱内任务电子设备的发热量为3 kW。除此之外，环控系统还需具备平衡自身工作产生的热载荷的能力，主要包括液冷泵、控制器、温度传感器、压力传感器、压差传感器、液位计等部件的工作发热。为了保证系统能够长期稳定工作并考虑可能的性能衰减，环控系统的总设计散热量需考虑一定的裕度。

根据任务要求，环控装置的供液温度应不大于50 ℃。无人机飞行剖面由总体用户提供，涵盖了从起飞、爬升、巡航、下降到着陆的完整任务阶段。

在气动参数方面，冲压空气由进气道入口进入环控系统，流经进气道为绝热非等熵过程。在这个过程中总温不变、总压减小，总压恢复系数是衡量进气损失的关键参数。在亚音速情况下，一般取总压恢复系数σ=0.96～0.98，为确保系统的设计裕量，本系统取σ=0.7。

3.2 系统热动力性能指标核算

由系统设计指标要求，用于表征环控系统散热性能的换热器设计工况点如下：

从上述指标可以看出，系统总设计散热量为3.3 kW（含裕度），供液温度（即热边出口温度）不超过50 ℃。热边流量要求大于0.48 m³/h，这是保证换热器热侧有足够扰动以强化换热、同时满足各电子设备冷板流量分配要求的最低流量。冷边流量983 m³/h对应于设计工况点下所需的冲压空气量，该流量需要由无人机飞行过程中产生的冲压空气来提供。

3.3 换热器结构设计

根据同类产品的设计经验并结合本项目实际需求，换热器采用逆叉流铝合金板翅式换热器。板翅式换热器具有结构紧凑、传热效率高、重量轻等优点，非常适合航空应用场景。在流道布局方面，热侧采用双流程设计，冷侧采用单流程设计。

热侧双流程设计意味着载冷剂在换热器芯体中往返流动两次，这可以增加载冷剂的流程长度和换热面积，提高换热效果。但双流程设计也带来了流道结构的复杂化——载冷剂需要经过进出芯体以及拐弯结构，流道突变较多，局部阻力损失增大。冷侧单流程设计则相对简单，冲压空气一次性流过换热器芯体。

换热器材料选用铝合金3A21。3A21铝合金具有良好的导热性能、加工性能和耐腐蚀性能，同时密度低，有利于吊舱的减重。此外，3A21铝合金的焊接工艺成熟，适合板翅式换热器的整体加工和焊接成型。

经详细计算，换热器的散热功率大于3.3 kW，换热效率可以满足热侧出口温度不大于50 ℃的要求。

3.4 流阻校核分析

根据换热器设计模型结构对其流阻进行校核。由于换热器热侧为两流程，进出芯体及拐弯结构较为复杂，翅片结构的仿真难度较大，因此采用局部阻力仿真与沿程阻力理论计算相结合的方法对热侧阻力进行分析。

在给定的冷边条件下，设置热边进口流量为0.48 m³/h、出口压力为0.5 MPa，对模型进行流动阻力仿真分析。分析结果表明，换热器热边流体的总压力损失由两部分构成：沿程压力损失为27.3 kPa，转弯、突缩突扩等局部损失共计17.6 kPa，总压力损失为44.9 kPa。该值小于系统要求的热边流阻50 kPa，可以满足系统使用要求。

3.5 飞行包线内散热量分析

将换热器的换热能力与无人机平台的任务剖面相结合，在给定的供液温度约束条件下，可以得到换热器在飞行包线内的散热量云图。

通过上方散热量云图分析可知，低空、低速工况是环控系统的最恶劣工况点。在该工况下，一方面散热热沉的温度较高（低空环境温度高），导致换热器冷热两侧的换热温差减小，传热驱动力下降；另一方面冲压空气的压头小，可引入的冲压空气流量受限。尽管如此，系统在此恶劣工况下的散热量仍不小于3.3 kW，满足设计要求。

在无人机的高空巡航工作点，由于飞行高度高且航速相对较低，气动加热效应可以忽略；同时系统引气温度低（高空大气温度低），换热器冷热两侧的温差大，环控系统的散热量远大于低空设计工况。因此可以保障无人机用电子吊舱设备在全任务剖面及长时间满功率条件下的正常工作。

这一分析结论具有重要的工程指导意义：它表明对于飞行高度较高、航速相对较低的无人机平台而言，高空巡航并非环控系统的限制性工况，真正的设计难点在于低空低速飞行阶段。因此，在环控系统设计中应重点保证低空低速工况下的散热能力。

四、试验验证与分析

4.1 试验方案与测试平台

无人机吊舱液冷环控系统是一种制冷散热设备，采用低于温控目标温度的冲压空气作为热沉对电子设备进行冷却。系统的主要技术指标包括散热量、供液温度、供液压力等。根据以往同类产品的研制经验，采用热平衡法对系统制冷量进行试验验证。

热平衡法的基本原理是：在系统稳定运行状态下，通过测量液侧载冷剂的流量和进出换热器的温差，计算系统实际换热量；同时通过测量模拟热负载的加热功率，验证系统是否满足散热要求。这种方法直接反映了系统的实际散热能力，具有物理意义明确、测试结果可靠的优点。

验证试验依托热动力性能综合测试平台开展。该试验台能够向环控系统提供温度、压力可控的冲压空气，并对环控系统液侧的加热量和回液温度进行调节及测量。试验台的主要技术指标如下：

从试验台的技术指标可以看出，该平台的气侧最大热负荷（40 kW）和液侧最大热负荷（20 kW）均远大于被测环控系统的散热量（3.3 kW），具有良好的测试裕度。气侧温控精度±2 ℃和液侧温控精度±1 ℃也能够满足测试精度要求。

4.2 测试工况与条件

选取飞行高度3000 m、环境温度36 ℃作为系统的测试工况点。这一工况点的选取基于以下考虑：首先，3000 m高度属于低空范围，环境温度较高（36 ℃），能够代表环控系统在恶劣热沉条件下的工作状态；其次，该工况点与飞行包线分析中识别出的低空低速恶劣工况相对应，可以验证系统在最不利条件下的散热能力。

在试验准备阶段，气源空气经加热控温后送入换热器冷侧，模拟无人机飞行过程中的冲压空气。环控系统液侧充注65号冷却液作为载冷剂。65号冷却液具有良好的低温流动性和高温稳定性，适用于航空电子设备的液冷散热。

模拟热负载给定3 kW。这一热负载值对应于吊舱内任务电子设备的实际发热量。在稳定运行工况下，对系统的供液流量、供液温度等关键性能参数进行测量和记录。

4.3 试验结果与分析

在稳定运行工况下，环控系统的供液流量不小于0.48 m³/h，供液温度小于50 ℃。两项关键指标均满足平台散热要求。

从供液流量来看，实测流量达到或超过设计要求的0.48 m³/h，说明液体泵的选型合理、系统管路流阻在设计预期范围内、换热器热侧流阻满足要求。充足的供液流量是保证各电子设备冷板获得足够冷却介质的前提，也是保证换热器热侧有足够湍流强度以实现高效换热的必要条件。

从供液温度来看，实测温度低于50 ℃的设计要求，说明换热器的换热面积和传热系数设计合理，能够在给定的冷边条件（冲压空气温度36 ℃、流量983 m³/h）下将载冷剂冷却到目标温度以下。供液温度的达标直接保证了电子设备的工作温度不超出允许范围。

试验结果验证了设计方法的准确性。通过飞行剖面分析确定的设计工况点、通过传热计算确定的换热器结构参数、通过流阻分析确定的系统阻力特性，均在试验中得到了验证。这说明了本文提出的设计方法具有良好的工程适用性。

4.4 环境适应性考核

除了热动力性能测试外，环控系统还需通过机载应用所要求的环境适应性考核。根据机载应用的相关标准，对环控系统开展了高低温工作试验、功能振动试验、冲击试验等环境适应性考核。

高低温工作试验验证了环控系统在极端环境温度条件下的启动性能和运行稳定性。功能振动试验模拟了无人机飞行过程中的振动环境，验证了系统各部组件的结构完整性和连接可靠性。冲击试验模拟了无人机着陆、弹射等过程中的冲击载荷，验证了系统的抗冲击能力。

所有环境适应性考核结果均符合机载应用的相关标准要求，表明所设计的环控系统不仅具备满足散热需求的热力性能，还具备适应机载恶劣力学环境和温度环境的能力。

 

五、结论与展望

5.1 研究结论

本文针对无人机平台电子吊舱的环控散热需求，开展了冲压风冷却与泵驱液冷回路散热相结合的环控系统设计与试验研究，主要结论如下：

（1）基于某型无人机平台用吊舱环控的散热需求，构建了该型吊舱环控的系统化设计计算方法，包括系统飞行剖面分析、设计工况点选取、部组件指标分配及匹配、设计分析校核、系统热力性能预测等关键环节。该方法可用于指导无人机吊舱环控系统的设计开发工作，为后续型号研制提供了系统的技术路径。

（2）将所提出的设计方法与某型无人机吊舱平台的实际使用工况和散热需求相结合，开展了环控系统的技术指标核算和系统设计工作。对环控系统的飞行剖面进行了计算分析，由于无人机实用升限和航速有限且气动加热效应相对较弱，分析结果表明环控系统在高空高速飞行工况下具备最大散热能力。低空低速工况被确认为环控系统的最恶劣工况点，系统在该工况下仍能满足不小于3.3 kW的散热要求。

（3）采用热平衡法对无人机吊舱环控系统开展了性能测试。利用温度可调的压缩空气模拟冲压空气作为环控系统的散热热沉，对设计工况下的换热量、供液温度、供液压力、供液流量等关键指标进行了测试。试验结果表明，系统供液流量不小于0.48 m³/h、供液温度低于50 ℃，各项指标均满足系统使用要求。同时，环控系统通过了高低温工作、功能振动、冲击等环境适应性考核，符合机载应用的相关标准。

（4）本设计方法的提出和3 kW级环控系统的成功研制，为无人机平台用吊舱环控系统的工程开发积累了宝贵经验。研究工作和试验数据对后续型号的研制和我国无人机平台吊舱环控系统的发展具有重要的指导意义。

 

5.2 未来展望

随着无人机技术的不断发展和作战需求的持续提升，无人机电子吊舱将朝着更高功率、更高集成度、更轻重量的方向持续演进，这对吊舱环控系统提出了更高的要求。展望未来，以下几个方向值得重点关注：

第一，液侧负载的流体分配技术。随着吊舱内电子设备数量的增加和布局的复杂化，如何将冷却介质均匀、高效地分配给各个发热设备，是液冷系统设计中日益突出的问题。后续应进一步优化液侧负载的流体分配技术，提高末端散热能力。这包括流道的优化设计、分流器的流阻匹配、以及基于半实物仿真的流量分配调节技术等。

第二，智能化的热管理控制策略。无人机吊舱的热载荷随任务阶段和设备工作状态的不同而动态变化。开发能够根据吊舱热流密度波动对制冷介质流量和温度进行自动调节的智能控制系统，可以在保证散热效果的同时减少不必要的能量消耗。基于环控计算机和多传感器融合的智能热管理将成为重要发展方向。

第三，更高功率密度的环控系统。随着电子设备功耗的不断提升，环控系统的散热能力也需要相应提高。在有限的吊舱空间和重量约束下，如何实现更高功率密度的散热成为关键挑战。这可能涉及新型高效换热器的开发、微通道冷却技术的应用、以及新型冷却工质的探索等。

第四，系统集成度的进一步提升。将环控系统的各功能部件进行高度集成化设计，减少连接管路和接头数量，不仅可以减小系统体积和重量，还能提高系统可靠性。一体化换热结构设计、泵-箱一体化设计等是值得探索的方向。

第五，多电飞机背景下的能量综合管理。在未来多电/全电飞机架构下，吊舱环控系统将与飞机的能源系统、热管理系统进行更紧密的耦合。如何实现能量的综合优化管理，在满足散热需求的同时提高整体能源利用效率，是一个具有重要研究价值的课题。

综上所述，无人机吊舱液冷环控系统是一个涉及多学科交叉、具有重要工程应用价值的研究方向。本文的研究工作为这一领域提供了有益的理论参考和工程实践经验，期待后续研究能够在此基础上不断深化和完善。

&注：文章部分内容参考文献【谢明君, 张朝, 绳春晨, 等. 无人机吊舱用液冷环控系统设计及试验研究】，文章内使用的图片部分来源于公开网络获取，仅供参考使用，配图作用于文章整体美观度，如侵权可联系我们删除，如需进一步了解公司产品及商务合作，请与我们联系！！

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