Elektronika dla środowisk ekstremalnych
Jednostki sterowania silnikami, montowane zwykle w obudowie wentylatora silnika, zapewniają bezpieczne i optymalne funkcjonowanie silnika niezależnie od wysokich temperatur, w jakich pracuje. Przeniesienie ich do rdzenia silnika przyniesie jednak wiele korzyści. Dotyczą one mniejszego skomplikowania i masy układu, uproszczenia montażu i konserwacji, a także poprawy aerodynamiki gondoli. Typowe temperatury pracy panujące w rdzeniu silnika są zwykle znacznie wyższe w porównaniu z występującymi w obudowie wentylatora. W takich środowiskach dzisiejsze elektroniczne jednostki sterowania wykazywałyby się gorszymi parametrami, obniżoną niezawodnością i bardzo krótkim okresem eksploatacji. W ramach finansowanego przez UE projektu HITME (High temperature electronics) położono podwaliny pod opracowanie mających kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa elektronicznych układów sterowania zdolnych sprostać temperaturom przekraczającym 300 stopni Celsjusza. Kluczowym celem było udoskonalenie najnowocześniejszych elementów elektronicznych. Skoncentrowano się na elementach opartych na procesorach z krzemem na izolatorze, rozszerzającym zakres stosowania konwencjonalnego przetwarzania w układach krzemowych na niesprzyjające środowiska. Ponadto naukowcy przyjrzeli się elementom opartym na węgliku krzemu, które mogą pracować przez długi czas w temperaturach przekraczających 300 stopni Celsjusza. Częstsze stosowanie układów elektronicznych w niesprzyjających środowiskach oraz wzrost upakowania i mocy elementów elektronicznych pociąga za sobą konieczność opracowania odpowiednich rozwiązań w zakresie odprowadzania ciepła. Zespół projektu zaproponował dla materiałów półprzewodnikowych (matryca), metalowych obudów oraz podłoża podejścia oparte na aktywnym chłodzeniu i izolacji. Ponadto badacze sprawdzili możliwość zastosowania inteligentnych układów elektronicznych do zabezpieczenia bardziej wrażliwych elementów i zmniejszenia wewnętrznego wytwarzania ciepła. Innym głównym obszarem aktywności mających na celu osiągnięcie celu projektu było opracowanie awangardowych materiałów dla obudów i połączeń. Parametry dotychczas stosowanych materiałów, opartych na metalach lub ceramice, w temperaturach przekraczających 250 stopni Celsjusza nie są dobrze znane. Naukowcy odkryli, że kleje nieprzewodzące są bardziej niezawodne od przewodzących. Ponadto kleje na bazie cyjanoestru wykazały się lepszymi właściwościami w zakresie magazynowania ciepła niż związki epoksydowe. Zespół projektu HITME pomyślnie opracował dwa pojazdy demonstracyjne, które umożliwiły przetestowanie koncepcji opracowanych w trakcie realizacji programu. Pierwszy posłużył do oceny funkcji obwodów w wysokich temperaturach, drugi — do oceny integralności, montażu i połączeń małego autonomicznego zespołu wymiennego na szczeblu użytkownika.
Słowa kluczowe
Środowiska ekstremalne, jednostki sterowania silnikami, elektronika dla wysokich temperatur, krzem na izolatorze, odprowadzanie ciepła
