Luft- und Raumfahrt sowie Verteidigung

Die Luft- und Raumfahrt- sowie die Verteidigungsbranche stellen außerordentlich strenge Anforderungen an die Leistung, Zuverlässigkeit und Haltbarkeit von Geräten, einschließlich kritischer Komponenten wie flugzeug-Elektroniksysteme, Radar-Kommunikation, Navigation und Steuerung, Leistungsumwandlung, Satellitennutzlasten  und militärische Computer. Diese Systeme arbeiten häufig unter anspruchsvollen Bedingungen wie großen Höhen, Vakuumumgebungen, extremen Temperaturschwankungen, intensiven Vibrationen und elektromagnetischen Störungen. Geprägt durch hohe Leistungsdichte und konzentrierte thermische Belastungen wirkt sich das Thermomanagement-Design direkt auf die Stabilität der Ausrüstung und den Missionserfolg aus. Effiziente, zuverlässige und leichte Lösungen für das Thermomanagement sind ein entscheidender Bestandteil des Designs von Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsausrüstungen.

Das thermische Management von Luft- und Raumfahrtgeräten steht vor mehreren Herausforderungen. Der extrem niedrige atmosphärische Druck in großen Höhen oder im Weltraum eliminiert nahezu die natürliche Konvektion, wodurch die Wirksamkeit herkömmlicher, auf Luftkühlung basierender Systeme erheblich reduziert wird. Daher sind äußerst effiziente Lösungen für die Wärmeableitung durch Leitung und Strahlung unerlässlich. Flugzeuge und Satelliten sind sehr gewichtsempfindlich, was die Notwendigkeit leichter Kühlkörperkonstruktionen mit sich bringt. Materialien wie aluminiumbasierte Legierungen mit hoher Wärmeleitfähigkeit oder Kupfer-Aluminium-Verbundstoffe werden ausgewählt, um das Gewicht zu minimieren, ohne dabei die thermische Leistung zu beeinträchtigen. Elektronik im Verteidigungsbereich erfordert außergewöhnliche Zuverlässigkeit. Kühlkörper müssen extremen thermischen Zyklen, Stößen, Vibrationen und elektromagnetischen Umgebungen standhalten, um einen langfristigen, fehlerfreien Betrieb sicherzustellen.

Zu den gängigen Wärmemanagement-Lösungen für Luft- und Raumfahrt- sowie Verteidigungsanwendungen gehören Heatpipes, Wärmeleiter, flüssigkeitsgekühlte Kühlplatten und strahlende Dissipationssysteme. Heatpipes und Wärmeleiter verteilen lokal auftretende hohe Temperaturen rasch auf größere Flächen und verbessern so die Strahlungseffizienz. Bei Satelliten und Raumsonden leiten Wärmesenken die Wärme oft zu externen Abstrahlflächen weiter, über die thermische Energie mittels Infrarotstrahlung in den Weltraum abgegeben wird. Für leistungsstarke Wärmequellen wie luftgestützte Radarsysteme, Leistungsverstärker und Bordstromversorgungen werden häufig flüssigkeitsgekühlte Platten in Kombination mit Pumpen-Zirkulationssystemen eingesetzt, um eine effiziente Wärmeabfuhr und Temperaturschwankungen zu steuern. Bestimmte Waffensysteme nutzen zudem Phasenwechselmaterialien oder aktive Temperaturregelungstechnologien, um nach kurzzeitigen, leistungsintensiven Betriebsphasen eine schnelle Abkühlung kritischer Bauteile sicherzustellen.

Strukturell werden Luft- und Raumfahrt-Kühlkörper typischerweise durch Strangpressen, Kaltumformen, CNC-Präzisionsbearbeitung und Löten hergestellt, um hohe Festigkeit, Wärmeleitfähigkeit und dimensionsgenaue Konsistenz zu gewährleisten. Bei den Oberflächenbehandlungen kommen überwiegend Eloxieren, Schwarzlassen oder Hochstrahlungsbeschichtungen zum Einsatz, um die Effizienz der Wärmeabstrahlung zu erhöhen und korrosiven Umwelteinflüssen standzuhalten.