Nowe powłoki do samolotowych systemów wysokiego napięcia
Sprawozdanie informacyjne branży aeronautycznej (AIR) pt. "Wytyczne dotyczące projektowania wysokonapięciowych systemów lotniczych", opracowane przez SAE International, stanowi ramy umożliwiające projektowanie podsystemów wysokiego napięcia przeznaczonych do wykorzystania w samolotach bardziej elektrycznych. AIR określa zagrożenia związane z projektowaniem, techniki ich ograniczania oraz metody testowania samolotów bardziej elektrycznych. Pokładowe systemy wysokiego napięcia są narażone na wyładowania elektryczne, które mogą nasilać się za sprawą niskiego ciśnienia, wilgotności i zmian temperatur. Do wyładowań takich należą wyładowania zupełne, niezupełne i śledzące, które powyżej pewnego progu zwiększają prawdopodobieństwo wyładowania elektrycznego mogącego prowadzić do poważnych awarii w wysokonapięciowych systemach elektroniki mocy. W ramach projektu PECOAT (Novel coating systems for power electronics in aerospace environments), finansowanego ze środków UE, naukowcy pracowali nad nowymi powłokami do elektroniki mocy, które byłyby odporne na ekstremalne warunki panujące podczas lotu. Prace koncentrowały się na elektronice pracującej w środowisku otwartym, czyli takim, w którym ciśnienie i temperatura różnią się zależnie od wysokości. Naukowy zbadali polimery, takie jak poliuretan, akryl, parylen i silikon. Testy dowiodły, że wygrzewanie wahadłowe, starzenie cieplne i wystawianie na działanie wilgotności mają niewielki wpływ na napięcia przebicia w stosunku do próbek niepoddanych procesowi starzenia. Wyładowania niezupełne okazały się mieć silniejszy wpływ na powierzchnię powłok, powodując znaczne starzenie i degradację. Do kluczowych rozwiązań konstrukcyjnych mających na celu minimalizację ryzyka wyładowań elektrycznych należy też staranne rozmieszczenie komponentów oraz kontrola procesu produkcji. Uczestnicy inicjatywy PECOAT przygotowali zalecenia dla partnerów przemysłowych dotyczące projektowania układów elektronicznych oraz wytworzyli nowe układy charakteryzujące się zmniejszonymi odległościami między ścieżkami. Nowe wytyczne dotyczące projektowania odstępów między ścieżkami w obwodach drukowanych oraz udoskonalone techniki powlekania powinny umożliwić partnerom przemysłowym zmodyfikowanie procesów produkcji i wytwarzanie układów o mniejszych rozmiarach, zabezpieczonych przed wyładowaniami niezupełnymi przy wyższych wartościach napięcia. Dzięki nowym powłokom systemy elektroniki zasilania będą mogły działać przy zwiększonej gęstości mocy. Wyeliminowanie stosowanych dotychczas szczelnych obudów chroniących elektronikę mocy oznaczać będzie również zmniejszenie masy samolotów.
Słowa kluczowe
Powłoki, samolot, systemy wysokiego napięcia, wyładowania elektryczne, elektronika mocy, PECOAT
