Разработка метода комплексного макромоделирования бортовых радиоэлектронных устройств с учетом теплоаэродинамических и механических факторов

• Автор: Желтов, Роман Леонидович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 247 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, ПРОТЕКАЮЩИХ В БОРТОВЫХ РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ
1.1. Проблемы, возникающие при проектировании без учета комплексного характера протекающих физических процессов в бортовых радиоэлектронных устройствах
1.2. Обзор существующих методов и программных средств, применяемых для моделирования физических процессов в радиоэлектронных устройствах
1.3. Постановка задач диссертационной работы
1.4. Выводы по главе
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА КОМПЛЕКСНОГО МАКРОМОДЕЛИРОВАНИЯ БРЭУ С УЧЕТОМ ТЕПЛОАЭРОДИНАМИЧЕСКИХ
И МЕХАНИЧЕСКИХ ФАКТОРОВ
2.1. Основные понятия моделирования и макромоделирования

2.2. Требования к методу комплексного макромоделирования
БРЭУ с учетом тепл оаэрод и нам и ч ес к их и мехацических факторов
2.3. Описание метода комплексного макромоделирования БРЭУ с учетом теплоаэродинамических и механических факторов
2.4. Разработка алгоритма метода комплексного макромоделирования БРЭУ с учетом теплоаэродинамических и механических факторов
2.5. Математическое обоснование перехода от исследуемой конструкции к комплексной макромодели конструкции БРЭУ
2.6. Основные правила построения комплексных теплоаэромехани-ческих макромоделей конструкций БРЭУ
2.7. Разработка макромоделей тепловых, аэродинамических, механических и комплексных процессов в БРЭУ
2.8. Выводы по главе
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ПОДСИСТЕМЫ КОМПЛЕКСНОГО МАКРОМОДЕЛИРОВАНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В БРЭУ (ПОДСИСТЕМА “ПИЛОТ”)
3.1. Требования к подсистеме комплексного макромоделирования физических процессов в БРЭУ
3.2. Разработка структуры подсистемы “ПИЛОТ”
3.3. Входные и выходные данные подсистемы “ПИЛОТ”
3.4. Программная реализация подсистемы “ПИЛОТ”

3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИЧЕСКОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ КОМПЛЕКСНОГО МАКРОМОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ, ТЕПЛОВЫХ, АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ И МЕХАНИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В БРЭУ
4.1. Разработка методики комплексного макромоделирования разнородных физических процессов в БРЭУ
4.2. Расчетная проверка точности разработанного метода и методики комплексного макромоделирования БРЭУ
4.3. Обеспечение надежности БП51-1 и БЦВМ
4.4. Экспериментально-расчетное исследование и идентификация параметров механической макромодели печатного узла
4.5. Комплексное теплоаэродинамическое макромоделирование
блока цифровой обработки сигналов
4.6. Использование информационно-логической модели процесса
проектирования БРЭУ при раздельном и комплексном теплоаэро-
механическом макроделировании БРЭУ
4.7. Внедрение результатов работы
4.8. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
Приложение 1. Акты внедрения
Приложение 2. Описание интерфейса графического редактора
ІлЬтакег
Приложение 3. Описание интерфейса графического редактора
БЬетешакег
Приложение 4. Описание программы “Менеджер макромоделей”
Приложение 5. Описание функционального назначения и конструкции БЦВМ
Приложение 6. Моделирование электрического режима работы
ИВЭПБП
Приложение 7. Макром'одель диода
Приложение 8. Макромодели, применяемые при моделировании
тепловых процессов в БРЭУ
Приложение 9. Макромодели, применяемые при моделировании
аэродинамических процессов в БРЭУ
Приложение 10. Макромодели, применяемые при моделировании
механических процессов в БРЭУ
Приложение 11. Пример комплексного макромоделирования
физических процессов, протекающих в БРЭУ
ВВЕДЕНИЕ
Важной задачей современного этапа научно-технического прогресса является создание ^высоконадежных новых радиоэлектронных устройств (РЭУ) в сжатые сроки с повышенными показателями качества и надежности. Это особенно актуально для ответственных радиоэлектронных систем и средств народнохозяйственного и оборонного назначения, к которым, в частности, относятся конструкции БРЭУ (бортовые радиоэлектронные устройства, различные радиоэлектронные модули в составе блоков). Это аппаратура, устанавливаемая на вертолетах, беспилотных летательных аппаратах, дозвуковых и сверхзвуковых самолетах, космических объектах, подводных лодках и др. Проектирование таких систем требует значительных затрат времени. Так, на некоторых предприятиях -разработчиках процесс проектирования БРЭУ длится от двух до семи лет. Кроме того, имеют место значительные доработки, направленные на устранение недостатков, дефектов, предпосылок к отказам.
По сути, бортовое радиоэлектронное устройство представляет собой радиоэлектронное средство (РЭС) в виде функционально законченной сборочной единицы, которая выполнена на несущей конструкции и реализует функции приема, преобразования и передачи информации или решает техническую задачу на их основе. В диссертационной работе рассматриваются различные объекты БРЭУ, которые по конструктивной сложности относятся к несущим конструкциям второго уровня (НК 2). На НК 2 строятся радиоэлектронные блоки или рамы, которые включают в себя как ячейки или кассеты (несущие конструкции первого уровня (НК1)), так и изделия электронной техники (ИЭТ) с электротехническими изделиями (ЭТИ), которые относятся к несущим конструкциям нулевого уровня (НКО). Кроме того, блоки или рамы, которые относятся к НК 2, входят в состав несущих конструкций третьего уровня (НКЗ - стойка, шкаф).
При разработке БРЭУ возникают трудности, связанные с комплексным характером протекания электрических, тепловых, аэродинамических, механических и других физических процессов. В настоящее время отладка проектов в этом направлении осуществляется в основном экспериментальным путем, что требует значительных материальных и временных затрат. Так, при определении мест установки датчиков конструкторы используют свою интуицию и опыт разработки предыдущих конструкций.
Много времени тратится на согласование необходимых для расчетов данных между различными подразделениями конструкторских отделов, а также на проведение самих расчетов.
Кроме того, для проведения комплексных испытаний различных режимов работы БРЭУ его необходимо одновременно подвергать нагре-

4. Использовать макромодели для трех процессов: аэродинамических, тепловых и механических, объединенных комплексной теплоаэро-механической макромоделью.
5. Повысить надежность и качество проектируемых БРЭУ на основе детального комплексного исследования электрических, тепловых, аэродинамических и механических процессов в БРЭУ и принятия обоснованных проектных изменений.
6. Обеспечить точность, достаточную для решения инженерно-технических задач.
2.3. Описание метода комплексного макромоделирования БРЭУ с
учетом теплоаэродинамических и механических факторов
При моделировании физических процессов в БРЭУ часто используют метод конечных разностей или метод конечных элементов. При этом тепловые, механические или аэродинамические макромодели строятся с помощью специальных программ-препроцессоров автоматически, на основе исходных данных на моделирование (геометрические размеры исследуемого объекта и физические параметры элементов конструкций и граничные условия). Так можно моделировать разнообразные типовые конструкции БРЭУ, к которым относятся типовые шкафы, стойки, блоки, модули, печатные узлы, функциональные ячейки, гибридные интегральные модули и др.
Структуру исходных данных для моделирования этих типовых конструкций можно легко формализовать.
Разработанный в диссертационной работе метод комплексного макромоделирования предназначен для совместного макромоделирования электрических, тепловых, аэродинамических и механических процессов, протекающих в БРЭУ для конструкций как с простой, так и со сложно-формализованной структурой, для которых применяются модели и макромодели, построенные вручную и сложно применить программы-препроцессоры, с помощью которых моделируются типовые конструкции.
На рис. 2.1 представлена схема метода комплексного макромоделирования БРЭУ с учетом теплоаэродинамических и механических факторов.
Математические модели (макромодели) электрических, тепловых, аэродинамических и механических процессов являются основой метода комплексного макромоделирования БРЭУ с учетом теплоаэродинамических и механических факторов.
Математические модели тепловых, аэродинамических и механических процессов, протекающих в БРЭУ, построены по аналогии с математической моделью электрических схем, поэтому методы решения этих моделей основаны на методах решения модели электрических схем. Однако тепловой, аэродинамический и механический процессы имеют свои