JP3043433B2 - コンパクトなミサイル電子装置の熱管理用カーボンファイバフロッキング - Google Patents
コンパクトなミサイル電子装置の熱管理用カーボンファイバフロッキングInfo
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- JP3043433B2 JP3043433B2 JP9527796A JP52779697A JP3043433B2 JP 3043433 B2 JP3043433 B2 JP 3043433B2 JP 9527796 A JP9527796 A JP 9527796A JP 52779697 A JP52779697 A JP 52779697A JP 3043433 B2 JP3043433 B2 JP 3043433B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の技術的背景］ 本発明は、ミサイル等で使用するための熱管理システ
ム、特にミサイルハウジングとそこに配置されている電
子装置パッケージとの間、およびミサイルハウジングと
ミサイル発射装置との間の熱伝導インターフェイスとし
てカーボンファイバ材料を使用することと、発射装置上
のヒートシンクとして炭化水素の固体液体相変化材料で
飽和されているカーボンファイバ材料を使用することに
関する。
ム、特にミサイルハウジングとそこに配置されている電
子装置パッケージとの間、およびミサイルハウジングと
ミサイル発射装置との間の熱伝導インターフェイスとし
てカーボンファイバ材料を使用することと、発射装置上
のヒートシンクとして炭化水素の固体液体相変化材料で
飽和されているカーボンファイバ材料を使用することに
関する。
本発明の出願人はミサイルシステムなどを設計し製造
している。このようなミサイルシステムは比較的コンパ
クトな電子制御装置、誘導装置、コンピュータシステム
などを含んでおり、これは熱がそこから放散されること
を必要とする。このようなミサイルシステムで使用され
る典型的な電子装置パッケージは“Higth Density Elec
tronics Package Having Stacked Circuit Boards"と題
する1993年10月５日出願の米国特許第5,251,099号明細
書に開示されている。この明細書はヒートシンクを伴っ
た複数の円形回路と回路相互接続を単一容器に収容する
高密度電子装置パッケージを開示している。電子装置パ
ッケージはミサイル内に収納され、ミサイルの誘導シス
テムとして使用されている。本発明はこれらのタイプの
電子装置パッケージを用いるミサイルで使用するために
開発された。
している。このようなミサイルシステムは比較的コンパ
クトな電子制御装置、誘導装置、コンピュータシステム
などを含んでおり、これは熱がそこから放散されること
を必要とする。このようなミサイルシステムで使用され
る典型的な電子装置パッケージは“Higth Density Elec
tronics Package Having Stacked Circuit Boards"と題
する1993年10月５日出願の米国特許第5,251,099号明細
書に開示されている。この明細書はヒートシンクを伴っ
た複数の円形回路と回路相互接続を単一容器に収容する
高密度電子装置パッケージを開示している。電子装置パ
ッケージはミサイル内に収納され、ミサイルの誘導シス
テムとして使用されている。本発明はこれらのタイプの
電子装置パッケージを用いるミサイルで使用するために
開発された。
既存のミサイルシステムを改造する必要性によって種
々の熱管理の制限が課される。少量の改造制限の主要な
ものは、例えばミサイルとその発射チューブとの間の熱
伝導通路の熱流束の制限と利用可能な熱システムの総エ
ネルギの制限である。少量の熱システムは現在、人によ
る携帯が可能な防空ミサイルフォース伝導と、関連する
インターフェイスで有効であり、主にミサイルシステム
の熱管理の役目を行う。発射チューブ摩擦（フライアウ
ト）許容誤差へ臨界的に制御されたミサイルを有する熱
的に絶縁されている発射チューブにぴったりとミサイル
が挿入されているとき、この問題は一層悪化する。
々の熱管理の制限が課される。少量の改造制限の主要な
ものは、例えばミサイルとその発射チューブとの間の熱
伝導通路の熱流束の制限と利用可能な熱システムの総エ
ネルギの制限である。少量の熱システムは現在、人によ
る携帯が可能な防空ミサイルフォース伝導と、関連する
インターフェイスで有効であり、主にミサイルシステム
の熱管理の役目を行う。発射チューブ摩擦（フライアウ
ト）許容誤差へ臨界的に制御されたミサイルを有する熱
的に絶縁されている発射チューブにぴったりとミサイル
が挿入されているとき、この問題は一層悪化する。
ミサイルの長期のデューティサイクルの“オン”時間
システムの必要性は比較的大きな熱エネルギ負荷を発生
する。このような高エネルギレベルは大きな熱容量また
は換言すると大きなヒートシンクを必要とする。人によ
る携帯が可能な兵器システムの総重量を減少するため、
低質量のヒートシンクが必要とされる。
システムの必要性は比較的大きな熱エネルギ負荷を発生
する。このような高エネルギレベルは大きな熱容量また
は換言すると大きなヒートシンクを必要とする。人によ
る携帯が可能な兵器システムの総重量を減少するため、
低質量のヒートシンクが必要とされる。
したがって、本発明の目的は改良された熱管理能力を
示すミサイルシステムを提供することである。本発明の
さらに別の目的は、発射期間中のミサイルシステムから
の放熱を改良するために炭化水素の固体液体相変化材料
を関連したカーボンファイバフロッキング材料を使用す
ることによって改良された熱管理能力を示すミサイルシ
ステムを提供することである。
示すミサイルシステムを提供することである。本発明の
さらに別の目的は、発射期間中のミサイルシステムから
の放熱を改良するために炭化水素の固体液体相変化材料
を関連したカーボンファイバフロッキング材料を使用す
ることによって改良された熱管理能力を示すミサイルシ
ステムを提供することである。
［発明の要約］ 前述の、およびその他の目的を満たすため、本発明は
例えば小さい直径でチューブ反射されるミサイルで用い
るための熱管理構造を提供するために使用される２つの
熱管理技術を提供する。第１の技術は（例えば脆弱な３
次元多重チップモジュール（MCM）回路のような）電子
装置パッケージとミサイルハウジングとの間に熱伝導イ
ンターフェイスとしてカーボンファイバフロッキング
（flocking）材料（毛くずで固めたビロード状の材料）
の使用を行い、さらにミサイル構造から電子装置パッケ
ージの機械的な隔離を行う。
例えば小さい直径でチューブ反射されるミサイルで用い
るための熱管理構造を提供するために使用される２つの
熱管理技術を提供する。第１の技術は（例えば脆弱な３
次元多重チップモジュール（MCM）回路のような）電子
装置パッケージとミサイルハウジングとの間に熱伝導イ
ンターフェイスとしてカーボンファイバフロッキング
（flocking）材料（毛くずで固めたビロード状の材料）
の使用を行い、さらにミサイル構造から電子装置パッケ
ージの機械的な隔離を行う。
カーボンファイバフロッキング材料はまたミサイルと
その発射チューブとの間のインターフェイスとして使用
される。カーボンファイバ材料は低摩擦を与えるように
同じ方向に方向付けされたカーボンファイバを含んでお
り、従って例えば臨界的に制御されたミサイルチューブ
から発射される（フライアウト）ときの摩擦許容度を最
適にする。
その発射チューブとの間のインターフェイスとして使用
される。カーボンファイバ材料は低摩擦を与えるように
同じ方向に方向付けされたカーボンファイバを含んでお
り、従って例えば臨界的に制御されたミサイルチューブ
から発射される（フライアウト）ときの摩擦許容度を最
適にする。
フロッキングされたカーボンファイバは大きな表面面
積を有し、黒色のベルベットのような外観および風合い
の熱伝導性の表面を有する。フロッキング表面の処理は
比較的廉価であり、フロッキング材料は繊維産業で使用
される方法と相違なく連続的なプロセスで応用される。
積を有し、黒色のベルベットのような外観および風合い
の熱伝導性の表面を有する。フロッキング表面の処理は
比較的廉価であり、フロッキング材料は繊維産業で使用
される方法と相違なく連続的なプロセスで応用される。
第２の熱管理技術は発射装置に配置されるカーボンフ
ァイバ含有構造内の飽和材料として炭化水素の固体流体
相変化材料（PCM）を使用することによってミサイルに
対する熱的容量を与える。カーボンファイバ材料と組合
わせた炭化水素の固体流体相変化材料は、顕微鏡的な均
一性の相分散と先天的に非伝導性媒体（ミサイル発射装
置）への熱伝導性を含むワックス相変化材料に関連する
典型的な問題を解決する特別の複合システムを形成す
る。
ァイバ含有構造内の飽和材料として炭化水素の固体流体
相変化材料（PCM）を使用することによってミサイルに
対する熱的容量を与える。カーボンファイバ材料と組合
わせた炭化水素の固体流体相変化材料は、顕微鏡的な均
一性の相分散と先天的に非伝導性媒体（ミサイル発射装
置）への熱伝導性を含むワックス相変化材料に関連する
典型的な問題を解決する特別の複合システムを形成す
る。
それ故、本発明にしたがって、カーボンファイバ材料
と、炭化水素の固体液体相変化材料で飽和されたカーボ
ンファイバ材料は熱源とそのハウジングとの間の熱的に
伝導性のインターフェイスとして熱管理構造として使用
されることができる。カーボンファイバ材料はそこから
の熱源の機械的な隔離を行うために使用される。カーボ
ンファイバ材料で使用されるカーボンファイバは低摩擦
を与えるように同じ方向に方向付けされ、したがって臨
界的に制御された摩擦許容度を最適にする。付加的に、
炭化水素の固体液体相変化材料で飽和されたカーボンフ
ァイバ材料は先天的に熱非伝導性の媒体へ熱を伝達する
ことに使用される。
と、炭化水素の固体液体相変化材料で飽和されたカーボ
ンファイバ材料は熱源とそのハウジングとの間の熱的に
伝導性のインターフェイスとして熱管理構造として使用
されることができる。カーボンファイバ材料はそこから
の熱源の機械的な隔離を行うために使用される。カーボ
ンファイバ材料で使用されるカーボンファイバは低摩擦
を与えるように同じ方向に方向付けされ、したがって臨
界的に制御された摩擦許容度を最適にする。付加的に、
炭化水素の固体液体相変化材料で飽和されたカーボンフ
ァイバ材料は先天的に熱非伝導性の媒体へ熱を伝達する
ことに使用される。
熱特性試験標本が典型的なミサイルの小さい直径の形
態係数でフロッキングカーボンファイバ材料と相変化材
料を用いて構成され、それは本発明の概念を解明するた
めに製造され、取付けられ、試験されるために使用され
た。
態係数でフロッキングカーボンファイバ材料と相変化材
料を用いて構成され、それは本発明の概念を解明するた
めに製造され、取付けられ、試験されるために使用され
た。
［図面の簡単な説明］ 本発明の種々の特徴と利点は添付図面を伴った以下の
詳細な説明を参照してより容易に理解される。同一の参
照符号は同一の構造素子を示している。
詳細な説明を参照してより容易に理解される。同一の参
照符号は同一の構造素子を示している。
図１は本発明の原理にしたがった熱管理概念を用いて
いるミサイルシステムを示している。
いるミサイルシステムを示している。
図２は本発明の原理を解明するために使用されたシミ
ュレートされた電子装置パッケージとミサイルと発射装
置とを示している。
ュレートされた電子装置パッケージとミサイルと発射装
置とを示している。
［好ましい実施例の詳細な説明］ 図面を参照すると、図１は本発明の原理にしたがった
熱管理概念を使用しているミサイルシステム10の一部を
示している。ミサイルシステム10はミサイル発射装置12
（すなわち第１の部材12）と、ミサイル発射装置12から
発射（または滑動或いは噴出）されるミサイル11（すな
わち第２の部材11）を含んでいる。ミサイル11はその本
体13またはミサイルハウジング13内に配置された電子装
置パッケージ20（即ち熱源20）を有する。電子装置パッ
ケージ20は獲得範囲と誘導能力を強化するために小さい
直径のミサイル11を改造して使用するように本発明の出
願人により開発された誘導電子ユニット（GEU）20であ
ってもよい。電子装置パッケージ20の設計は本発明の理
解には臨界的ではないが、図１がより良好に理解される
ように、やや詳細に説明する。
熱管理概念を使用しているミサイルシステム10の一部を
示している。ミサイルシステム10はミサイル発射装置12
（すなわち第１の部材12）と、ミサイル発射装置12から
発射（または滑動或いは噴出）されるミサイル11（すな
わち第２の部材11）を含んでいる。ミサイル11はその本
体13またはミサイルハウジング13内に配置された電子装
置パッケージ20（即ち熱源20）を有する。電子装置パッ
ケージ20は獲得範囲と誘導能力を強化するために小さい
直径のミサイル11を改造して使用するように本発明の出
願人により開発された誘導電子ユニット（GEU）20であ
ってもよい。電子装置パッケージ20の設計は本発明の理
解には臨界的ではないが、図１がより良好に理解される
ように、やや詳細に説明する。
電子装置パッケージ20は複数の積重ねられた回路カー
ド21、22、25、26が配置されているハウジング20aから
なり、複数の重ねられた回路カードはハウジング20aの
内部壁上の円錐表面と、ロックリング31と、ウェッジリ
ング32手段によりハウジング20aに保持されている。第
１、第２の円形回路カード21、22は第１のサブアセンブ
リ24を形成するために第１のヒートシンク23へ結合され
る。円錐角度はハウジング20a上の円錐表面と結合する
第１のサブアセンブル24のエッジに形成される。第３、
第４の回路カード25、26は第２のヒートシンク27に結合
され第２のサブアセンブリ28を形成する。ウェッジリン
グ32は第２のサブアセンブリ28の外側エッジと、ハウジ
ング20aの内部壁との間でくさびとして作用する内角を
有する。電気的に各回路カード21、22、25、26に接続さ
れる電気インターフェイスボード34が設けられている。
外部接続がフラット電気ケーブルまたはワイヤ（図示せ
ず）により行われる。ロックリング31とウェッジリング
32はハウジング20a中に部品を固定している。電子装置
パッケージ20の構造の詳細は発明の技術的背景で説明し
た米国特許第5,251,099号明細書から得られる。
ド21、22、25、26が配置されているハウジング20aから
なり、複数の重ねられた回路カードはハウジング20aの
内部壁上の円錐表面と、ロックリング31と、ウェッジリ
ング32手段によりハウジング20aに保持されている。第
１、第２の円形回路カード21、22は第１のサブアセンブ
リ24を形成するために第１のヒートシンク23へ結合され
る。円錐角度はハウジング20a上の円錐表面と結合する
第１のサブアセンブル24のエッジに形成される。第３、
第４の回路カード25、26は第２のヒートシンク27に結合
され第２のサブアセンブリ28を形成する。ウェッジリン
グ32は第２のサブアセンブリ28の外側エッジと、ハウジ
ング20aの内部壁との間でくさびとして作用する内角を
有する。電気的に各回路カード21、22、25、26に接続さ
れる電気インターフェイスボード34が設けられている。
外部接続がフラット電気ケーブルまたはワイヤ（図示せ
ず）により行われる。ロックリング31とウェッジリング
32はハウジング20a中に部品を固定している。電子装置
パッケージ20の構造の詳細は発明の技術的背景で説明し
た米国特許第5,251,099号明細書から得られる。
本発明に関して、第１の観点では、電子装置パッケー
ジ20とミサイルハウジング13との間に熱伝導性のインタ
ーフェイスとしてカーボンファイバフロッキング材料14
を使用する。特に、フロッキング材料14aの第１の層は
電子装置パッケージ20の外側表面とミサイル11のミサイ
ルハウジング13の内部壁との間に配置されている。さら
にカーボンファイバフロッキング材料14aの第１の層は
ミサイルハウジング13から電子装置パッケージ20を機械
的に隔離する。
ジ20とミサイルハウジング13との間に熱伝導性のインタ
ーフェイスとしてカーボンファイバフロッキング材料14
を使用する。特に、フロッキング材料14aの第１の層は
電子装置パッケージ20の外側表面とミサイル11のミサイ
ルハウジング13の内部壁との間に配置されている。さら
にカーボンファイバフロッキング材料14aの第１の層は
ミサイルハウジング13から電子装置パッケージ20を機械
的に隔離する。
付加的に、カーボンファイバフロッキング材料の第２
の層14bはミサイルハウジング13の外部壁と発射装置12
の内部壁との間に配置されている。カーボンファイバフ
ロッキング材料の第２の層14bを構成しているカーボン
ファイバは低摩擦を与えるように１方向に方向付けさ
れ、従って臨界的に制御されたミサイル発射チューブの
フライアウト摩擦許容度を最適にする。カーボンファイ
バフロッキング材料の第２の層14bはミサイル11が制御
された方法で発射装置12から滑動して発射されることを
可能にする。
の層14bはミサイルハウジング13の外部壁と発射装置12
の内部壁との間に配置されている。カーボンファイバフ
ロッキング材料の第２の層14bを構成しているカーボン
ファイバは低摩擦を与えるように１方向に方向付けさ
れ、従って臨界的に制御されたミサイル発射チューブの
フライアウト摩擦許容度を最適にする。カーボンファイ
バフロッキング材料の第２の層14bはミサイル11が制御
された方法で発射装置12から滑動して発射されることを
可能にする。
カーボンファイバフロッキング材料の第１、第２の層
14a、14bは例えばエネルギ科学研究所により開発された
カーボンファイバフロッキング材料からなる。フロッキ
ングカーボンファイバは大きな表面領域を有し、黒色の
ベルベットのような外観および風合いの熱伝導性の表面
を有する。フロッキング表面の処理は比較的廉価であ
り、フロッキング材料の層14a、14bは繊維産業で使用さ
れる方法と同様に連続的なプロセスで適用される。
14a、14bは例えばエネルギ科学研究所により開発された
カーボンファイバフロッキング材料からなる。フロッキ
ングカーボンファイバは大きな表面領域を有し、黒色の
ベルベットのような外観および風合いの熱伝導性の表面
を有する。フロッキング表面の処理は比較的廉価であ
り、フロッキング材料の層14a、14bは繊維産業で使用さ
れる方法と同様に連続的なプロセスで適用される。
本発明の第２の局面では、軽量のヒートシンク17が発
射装置12の一部として形成される。ヒートシンク17は発
射装置12の１端部に隣接して形成されている空洞17を具
備しており、これは炭化水素の固体液体相変化材料で飽
和されたカーボンファイバ材料16で満たされている。典
型的な炭化水素の固体液体相変化材料は例えば２炭素ノ
ルマルアルカンドトリアコンタンを含んでいる。このよ
うな炭化水素の固体液体相変化材料はエネルギ科学研究
所から入手可能であり、ミサイル応用等で使用するのに
非常に適している。炭化水素の固体液体相変化材料は先
天的に非伝導媒体（ミサイル発射装置12）への顕微鏡的
な均一な相分布と熱伝達を含む一般的なワックス状相変
化に関する典型的な問題を解決する特別な複合システム
を形成する。
射装置12の一部として形成される。ヒートシンク17は発
射装置12の１端部に隣接して形成されている空洞17を具
備しており、これは炭化水素の固体液体相変化材料で飽
和されたカーボンファイバ材料16で満たされている。典
型的な炭化水素の固体液体相変化材料は例えば２炭素ノ
ルマルアルカンドトリアコンタンを含んでいる。このよ
うな炭化水素の固体液体相変化材料はエネルギ科学研究
所から入手可能であり、ミサイル応用等で使用するのに
非常に適している。炭化水素の固体液体相変化材料は先
天的に非伝導媒体（ミサイル発射装置12）への顕微鏡的
な均一な相分布と熱伝達を含む一般的なワックス状相変
化に関する典型的な問題を解決する特別な複合システム
を形成する。
試験装置40が典型的なミサイル11の寸法と熱要求を釣
り合わせるように製造された。図２は本発明の原理を試
験するために使用されるシミュレートされた電子装置パ
ッケージ20′とミサイル11′と発射チューブ12′とを有
する試験装置40を示している。シミュレートされた発射
チューブ12′は6061アルミニウムから機械加工された。
アルミニウムは銅の代わりに使用され、その厚さは391/
167＝2.341だけ増加され、したがって、これは公称上の
厚さを有する典型的な銅発射装置12と同一の熱伝導を示
す。9.0″×0.015″の凹部がシミュレートされた発射チ
ューブ12′の内部で切込まれ、そこに第２のカーボンフ
ァイバフロッキング材料14bからなる0.040″の厚さのガ
スケットがミネソタマイニングマニュファクチュア社に
より製造のNo.2216エポキシを使用して結合された。
り合わせるように製造された。図２は本発明の原理を試
験するために使用されるシミュレートされた電子装置パ
ッケージ20′とミサイル11′と発射チューブ12′とを有
する試験装置40を示している。シミュレートされた発射
チューブ12′は6061アルミニウムから機械加工された。
アルミニウムは銅の代わりに使用され、その厚さは391/
167＝2.341だけ増加され、したがって、これは公称上の
厚さを有する典型的な銅発射装置12と同一の熱伝導を示
す。9.0″×0.015″の凹部がシミュレートされた発射チ
ューブ12′の内部で切込まれ、そこに第２のカーボンフ
ァイバフロッキング材料14bからなる0.040″の厚さのガ
スケットがミネソタマイニングマニュファクチュア社に
より製造のNo.2216エポキシを使用して結合された。
シミュレートされたミサイル11′の外部ハウジング13
もまた6061アルミニウムから機械加工され、112gの質量
を有する。第１のカーボンファイバフロッキング材料14
aを構成する0.030″の厚さのガスケットが、シミュレー
トされるインターフェイスとして用いられる外部ハウジ
ング13の内部に取付けられ、これもミネソタマイニング
マニュファクチュア社により製造されているNo.2916エ
ポキシを使用して結合された。
もまた6061アルミニウムから機械加工され、112gの質量
を有する。第１のカーボンファイバフロッキング材料14
aを構成する0.030″の厚さのガスケットが、シミュレー
トされるインターフェイスとして用いられる外部ハウジ
ング13の内部に取付けられ、これもミネソタマイニング
マニュファクチュア社により製造されているNo.2916エ
ポキシを使用して結合された。
シミュレートされた電子装置パッケージ20′の形態は
実際の電子装置パッケージ20の95J/Kの熱容量と整合す
るように選択された。シミュレートされた電子装置パッ
ケージ20′の質量は96.9gであり、86.8J/Kの熱容量を有
していた。ヒータ33がシミュレートされた電子装置パッ
ケージ20′の中心に配置され、15.6gの質量を有してい
たが、その組成は不確定であった（ヒータ33はステンレ
ス鋼、セラミック、その他の材料から作られている）。
ヒータ33が約2/3であると想定すると、アルミニウムの
熱容量は約9J/Kの熱容量に生じ、従って総熱容量は実際
の電子装置パッケージ20の実際値におおよそ一致する。
実際の電子装置パッケージ20の95J/Kの熱容量と整合す
るように選択された。シミュレートされた電子装置パッ
ケージ20′の質量は96.9gであり、86.8J/Kの熱容量を有
していた。ヒータ33がシミュレートされた電子装置パッ
ケージ20′の中心に配置され、15.6gの質量を有してい
たが、その組成は不確定であった（ヒータ33はステンレ
ス鋼、セラミック、その他の材料から作られている）。
ヒータ33が約2/3であると想定すると、アルミニウムの
熱容量は約9J/Kの熱容量に生じ、従って総熱容量は実際
の電子装置パッケージ20の実際値におおよそ一致する。
シミュレートされた電子装置パッケージ20′の外側表
面はカーボンファイバフロッキング材料の0.020″の厚
さの第１の層14aにより被覆された。この層14aの面積は
67.18cm2であり、シミュレートされたミサイル11′のハ
ウジング13の内部表面上に配置されたカーボンファイバ
フロッキング材料14aの別の層14cと一致する。カーボン
ファイバフロッキング材料の２つの隣接する層14aと14c
間の公称のギャップは少なくとも0.032″であり、した
がって２つの材料層14aと14cの相互貫通は少なくとも0.
012″で行われた。ベルベット材料の付加的な相互貫通
は２つの材料層14aと14c間の結合ラインの実効的な厚さ
とそれぞれの基体（シミュレートされた電子装置パッケ
ージ20′の外部表面とシミュレートされたミサイル11′
の内部表面）により実際に達成される。
面はカーボンファイバフロッキング材料の0.020″の厚
さの第１の層14aにより被覆された。この層14aの面積は
67.18cm2であり、シミュレートされたミサイル11′のハ
ウジング13の内部表面上に配置されたカーボンファイバ
フロッキング材料14aの別の層14cと一致する。カーボン
ファイバフロッキング材料の２つの隣接する層14aと14c
間の公称のギャップは少なくとも0.032″であり、した
がって２つの材料層14aと14cの相互貫通は少なくとも0.
012″で行われた。ベルベット材料の付加的な相互貫通
は２つの材料層14aと14c間の結合ラインの実効的な厚さ
とそれぞれの基体（シミュレートされた電子装置パッケ
ージ20′の外部表面とシミュレートされたミサイル11′
の内部表面）により実際に達成される。
軽量のヒートシンク17は空洞容積45.81cm3を有する空
洞15′として形成された。空洞15′は0.100g/cm3の密度
を有するカーボンファイバ材料16で充満されており、こ
れは例えばエネルギ科学研究所から入手可能であり、約
５％の割合のファイバパッキングに対応する。空洞15′
は付加的に炭化水素の固体液体相変化材料で充満されて
いる。カーボンファイバ材料16は炭化水素の固体液体相
変化材料の熱伝導率を約1Wm-1K-1へ増加するのに効果的
であり、溶融相変化材料の位置を制御するためのウィッ
クとしての役目を行う。使用された相変化材料は99％の
純度の32カーボンノルマルアルカンドトリアコンタン
（C32H66）であった。相変化材料の溶融範囲は68−70℃
であり、これは約257kJ/kgの潜熱を有する。相変化材料
は全体で7.70kJの潜熱容量を提供するため30.9gの総質
量を有し、空洞15中へ負荷された。試験アーティクルの
金属部分の熱容量は約0.40kJ/Kであった。
洞15′として形成された。空洞15′は0.100g/cm3の密度
を有するカーボンファイバ材料16で充満されており、こ
れは例えばエネルギ科学研究所から入手可能であり、約
５％の割合のファイバパッキングに対応する。空洞15′
は付加的に炭化水素の固体液体相変化材料で充満されて
いる。カーボンファイバ材料16は炭化水素の固体液体相
変化材料の熱伝導率を約1Wm-1K-1へ増加するのに効果的
であり、溶融相変化材料の位置を制御するためのウィッ
クとしての役目を行う。使用された相変化材料は99％の
純度の32カーボンノルマルアルカンドトリアコンタン
（C32H66）であった。相変化材料の溶融範囲は68−70℃
であり、これは約257kJ/kgの潜熱を有する。相変化材料
は全体で7.70kJの潜熱容量を提供するため30.9gの総質
量を有し、空洞15中へ負荷された。試験アーティクルの
金属部分の熱容量は約0.40kJ/Kであった。
電子ユニット20の長期のデューティサイクルの“オ
ン”時間システムの要求は約90kJの電子ユニット20の熱
エネルギ負荷を発生する。このエネルギレベルは発射装
置11の大きな熱容量または換言すると大きなヒートシン
ク17を必要とする。人による携帯が可能な兵器システム
の総重量を減少するため、低質量のヒートシンク17が必
要とされる。固体液体相変化材料は過酷な重量ペナルテ
ィーを生じることなく溶融熱容量の熱を提供する。現在
入手可能な炭化水素（ワックス）相変化材料は化学的に
安定であり、システムの溶融点温度の要求と整合するよ
うに容易に配合されることができる。直接的な低伝導性
相変化材料への実効的な熱伝導はフロッキングカーボン
ファイバ材料16を使用して達成される。強力な毛管力
（capillary force）はカーボンファイバ材料16のカー
ボン繊維における材料の相変化を保持する。相変化材料
内の熱分布は非常に均一であり、従って相変化材料を使
用して製造された典型的な容器で起こるような非均一な
凝固が非常に大きく生じた時の大きな機械的応力を防止
する。
ン”時間システムの要求は約90kJの電子ユニット20の熱
エネルギ負荷を発生する。このエネルギレベルは発射装
置11の大きな熱容量または換言すると大きなヒートシン
ク17を必要とする。人による携帯が可能な兵器システム
の総重量を減少するため、低質量のヒートシンク17が必
要とされる。固体液体相変化材料は過酷な重量ペナルテ
ィーを生じることなく溶融熱容量の熱を提供する。現在
入手可能な炭化水素（ワックス）相変化材料は化学的に
安定であり、システムの溶融点温度の要求と整合するよ
うに容易に配合されることができる。直接的な低伝導性
相変化材料への実効的な熱伝導はフロッキングカーボン
ファイバ材料16を使用して達成される。強力な毛管力
（capillary force）はカーボンファイバ材料16のカー
ボン繊維における材料の相変化を保持する。相変化材料
内の熱分布は非常に均一であり、従って相変化材料を使
用して製造された典型的な容器で起こるような非均一な
凝固が非常に大きく生じた時の大きな機械的応力を防止
する。
試験装置40を用いて得られた試験結果は本発明の原理
を立証した。試験結果は、カーボンファイバ材料14と飽
和されたカーボンファイバ材料16が電子装置パッケージ
20とミサイルハウジング13との間に熱伝導性のインター
フェイスを設け、電子装置パッケージ20をミサイル11か
ら機械的に隔離をし、カーボンファイバが低摩擦を生じ
るように一方向に方向付けされ、それによって例えば臨
界的に制御されたミサイルチューブのフライアウト摩擦
許容度を最適にすることが示された。付加的に、炭化水
素の固体液体相変化材料で飽和されたカーボンファイバ
材料16はミサイル11から熱をミサイル発射装置12へ伝達
するために使用されることが決定された。
を立証した。試験結果は、カーボンファイバ材料14と飽
和されたカーボンファイバ材料16が電子装置パッケージ
20とミサイルハウジング13との間に熱伝導性のインター
フェイスを設け、電子装置パッケージ20をミサイル11か
ら機械的に隔離をし、カーボンファイバが低摩擦を生じ
るように一方向に方向付けされ、それによって例えば臨
界的に制御されたミサイルチューブのフライアウト摩擦
許容度を最適にすることが示された。付加的に、炭化水
素の固体液体相変化材料で飽和されたカーボンファイバ
材料16はミサイル11から熱をミサイル発射装置12へ伝達
するために使用されることが決定された。
以上、ミサイルシステム等で使用するためのカーボン
ファイバ材料を用いた熱管理構造を説明した。前述の実
施形態は本発明の原理の応用を表した多数の特別な実施
態様の単なる数例にすぎないことが理解されよう。明ら
かに多数および他の装置が本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなく当業者によって容易に考察されることができ
る。
ファイバ材料を用いた熱管理構造を説明した。前述の実
施形態は本発明の原理の応用を表した多数の特別な実施
態様の単なる数例にすぎないことが理解されよう。明ら
かに多数および他の装置が本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなく当業者によって容易に考察されることができ
る。
フロントページの続き (72)発明者 ドレイク、 ピーター・ジェイ アメリカ合衆国、アリゾナ州 85747、 タクソン、イースト・サバンナ 631 (72)発明者 ノウレス、 ティモシー・アール アメリカ合衆国、カリフォルニア州 92121、サン・ディエゴ、ナンシー・リ ッジ・ドライブ 6888、 エナジー・サ イエンス・ラボラトリーズ・インコーポ レーテッド内 (72)発明者 メロアー、 ティモシー・ビー アメリカ合衆国、アリゾナ州 85719、 タクソン、イースト・ホーソーン 2316 (56)参考文献 特開 昭59−189300（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−60500（ＪＰ，Ａ) 実開 平５−4583（ＪＰ，Ｕ) 実開 平６−30700（ＪＰ，Ｕ) 実開 平４−106100（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F42B 15/00 - 15/38
Claims (9)
- 【請求項１】ミサイル発射装置（12）と、 ミサイル発射装置（12）内で滑動可能なミサイル（11）
と、 ミサイル（11）内に配置された熱源（20）と、 熱源（20）とミサイル（11）の内壁との間に配置されて
いる熱伝導性のインターフェイスを構成するカーボンフ
ァイバフロッキング材料の第１の層（14a）とを具備し
ていることを特徴とするミサイルシステム。 - 【請求項２】前記熱源（20）は電子装置パッケージ（2
0）であり、 この電子装置パッケージ（20）とミサイルのハウジング
（13）との間に前記熱伝導性のインターフェイスを構成
するカーボンファイバフロッキング材料の第１の層（14
a）が配置されている請求項１記載のシステム。 - 【請求項３】ミサイル（11）の外部壁とミサイル発射装
置（12）の内壁との間に配置されているカーボンファイ
バフロッキング材料の第２の層（14b）をさらに具備し
ている請求項１または２記載のシステム。 - 【請求項４】カーボンファイバフロッキング材料の第２
の層（14b）を構成するカーボンファイバは低摩擦にす
るために単一方向に方向付けされている請求項３記載の
システム。 - 【請求項５】カーボンファイバフロッキング材料の第１
の層（14a）は熱源（20）とミサイル（11）との機械的
な隔離を行っている請求項１乃至３のいずれか１項記載
のシステム。 - 【請求項６】ヒートシンク（17）が、カーボンファイバ
材料（16）で充満されているミサイル発射装置（12）上
に配置された空洞（15）によって構成されており、この
カーボンファイバ材料（16）は炭化水素の固体液体相変
化材料で飽和されている請求項１乃至４のいずれか１項
記載のシステム。 - 【請求項７】前記空洞（15）が発射装置（12）の１端部
に隣接して設けられている請求項６記載のシステム。 - 【請求項８】炭化水素の固体液体相変化材料が32カーボ
ンノルマルアルカンドトリアコンタンである請求項６ま
たは７記載のシステム。 - 【請求項９】ミサイル発射装置（12）内で滑動可能なミ
サイル（11）において、 ミサイルハウジング（13）と、 このミサイルハウジング（13）内に配置された熱源を構
成している電子装置パッケージ（20）と、 電子装置パッケージ（20）とミサイルハウジング（13）
との間に配置されている熱伝導性のインターフェイスを
構成するカーボンファイバフロッキング材料（14a）の
第１の層とを具備していることを特徴とするミサイル。
Applications Claiming Priority (7)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US1084396P | 1996-01-30 | 1996-01-30 | |
| US60/010,843 | 1996-01-30 | ||
| US10,843 | 1997-01-27 | ||
| US08/789,111 US6119573A (en) | 1997-01-27 | 1997-01-27 | Carbon fiber flocking for thermal management of compact missile electronics |
| US789,111 | 1997-01-27 | ||
| US08/789,111 | 1997-01-27 | ||
| PCT/US1997/001433 WO1997028044A1 (en) | 1996-01-30 | 1997-01-30 | Carbon fiber flocking for thermal management of compact missile electronics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10507824A JPH10507824A (ja) | 1998-07-28 |
| JP3043433B2 true JP3043433B2 (ja) | 2000-05-22 |
Family
ID=26681658
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9527796A Expired - Fee Related JP3043433B2 (ja) | 1996-01-30 | 1997-01-30 | コンパクトなミサイル電子装置の熱管理用カーボンファイバフロッキング |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP0824451B1 (ja) |
| JP (1) | JP3043433B2 (ja) |
| DE (1) | DE69718104T2 (ja) |
| IL (1) | IL121863A (ja) |
| WO (1) | WO1997028044A1 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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| US6713151B1 (en) * | 1998-06-24 | 2004-03-30 | Honeywell International Inc. | Compliant fibrous thermal interface |
| US6436506B1 (en) | 1998-06-24 | 2002-08-20 | Honeywell International Inc. | Transferrable compliant fibrous thermal interface |
| CN1170882C (zh) | 2000-03-09 | 2004-10-13 | 拜尔公司 | 含有接枝橡胶的聚碳酸酯模塑组合物 |
| US6698647B1 (en) | 2000-03-10 | 2004-03-02 | Honeywell International Inc. | Aluminum-comprising target/backing plate structures |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3013745A (en) * | 1958-02-25 | 1961-12-19 | Short Brothers & Harland Ltd | Method for cooling missile electronic packages |
| US5150748A (en) * | 1990-06-18 | 1992-09-29 | Mcdonnell Douglas Corporation | Advanced survivable radiator |
| US5251099A (en) * | 1992-08-14 | 1993-10-05 | Hughes Aircraft Company | High density electronics package having stacked circuit boards |
| US5464172A (en) * | 1994-05-26 | 1995-11-07 | Lockheed Missiles & Space Company, Inc. | Deployable mass and sensor for improved missile control |
-
1997
- 1997-01-30 JP JP9527796A patent/JP3043433B2/ja not_active Expired - Fee Related
- 1997-01-30 IL IL12186397A patent/IL121863A/en not_active IP Right Cessation
- 1997-01-30 DE DE69718104T patent/DE69718104T2/de not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-30 EP EP97904064A patent/EP0824451B1/en not_active Expired - Lifetime
- 1997-01-30 WO PCT/US1997/001433 patent/WO1997028044A1/en active IP Right Grant
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
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| IL121863A0 (en) | 1998-02-22 |
| IL121863A (en) | 2001-09-13 |
| JPH10507824A (ja) | 1998-07-28 |
| WO1997028044A1 (en) | 1997-08-07 |
| EP0824451B1 (en) | 2002-01-02 |
| EP0824451A1 (en) | 1998-02-25 |
| DE69718104D1 (de) | 2003-02-06 |
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