Интенсификация теплообмена в инерциальных навигационных системах на лазерных гироскопах

• Автор: Климаков, Владимир Владимирович
• Шифр специальности: 05.11.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Рязань
• Количество страниц: 179 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ТЕПЛООБМЕНА В ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ НА ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПАХ»
выполненной Климаковым Владимиром Владимировичем на кафедрах «Электронные приборы» и «Промышленная электроника» в ФГБОУ ВПО «Рязанский государственный радиотехнический университет» по специальности 05.11.14.—
«Технология приборостроения»
В диссертационной работе рассмотрена проблема обеспечения стабильного функционирования БИНС на лазерных гироскопах вблизи верхней границы температурного диапазона. В результате выполненных исследований решены следующие задачи:
- экспериментально исследован тепловой режим БИНС;
- проанализированы источники нестабильности характеристик лазерных гироскопов в условиях естественного теплообмена;
- предложен и апробирован аналитический аппарат для расчета устройств на основе тепловых труб с учетом специфики их функционирования в условиях БИНС;
- доказана эффективность применения тепловых труб для интенсификации теплообмена внутри БИНС;
- обоснованы совместимость гибких контурных тепловых труб с системой амортизации БЧЭ и возможность их использования в условиях возбуждения механических колебаний кольцевых лазеров (вибрационная подставка).
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и четырех приложений. Работа изложена на 179 страницах основного текста, содержит 125 рисунков, 11 таблиц и список литературы из 117 наименований.
Ключевые слова: лазерный гироскоп, бесплатформенная инерциальная навигационная система, тепловой режим, термосифон, тепловая труба.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ПРЕЦИЗИОННЫХ БИНС И ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА (обзор литературы)
1.1. Особенности конструкций БИНС
1.2. Характеристики прецизионных БИНС и инерциальных датчиков
1.2.1. Лазерные гироскопы с вибрационной частотной подставкой
1.2.2. Кварцевые акселерометры
1.3. Надежность инерциальных датчиков и проблема температурных зависимостей
их характеристик
1.3.1. Условия функционирования навигационных приборов на борту летательного аппарата
1.3.2. Влияние температуры на точность лазерных гироскопов
1.4. Способы охлаждения элементов и узлов бортовой навигационной аппаратуры
в герметичном корпусе
1.4.1. Основные механизмы отвода тепла
1.4.2. Оценка температуры кольцевых лазеров, размещенных внутри БИНС
1.4.3. Перспектива применения тепловых труб для выравнивания температурного поля
1.5. Постановка задачи
ГЛАВА 2. ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ БИНС НА ЛАЗЕРНЫХ ГИРОСКОПАХ
2.1. Экспериментальное исследование температурного поля в системе БИНС-СП..
2.1.1. Установка для регистрации температурного поля
2.1.2. Динамика выхода БИНС на стационарный тепловой режим
2.1.3. Стационарные температуры элементов БИНС
2.1.4. Распределение мощности, выделяющейся на основных элементах сервисной электроники
2.2. Тепловая модель бесплатформенной инерциальной навигационной системы
на лазерных гироскопах
2.3. Температура и «факторы риска» для кольцевого лазера
2.3.1. Механические напряжения в соединениях электродов с ситалловым моноблоком
2.3.2. Смещения оптической оси в кольцевом резонаторе
2.4. Возможности интенсификации теплообмена на границе «внешний корпус -окружающая среда»
2.4.1. Оценка влияния глубины и расстояния между ребрами на условия теплоотдачи
2.4.2. Поиск путей повышения эффективности теплопередачи от оребренной поверхности внешнего корпуса БИНС в окружающую среду
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ПАССИВНЫХ ТЕПЛООТВОДЯЩИХ УСТРОЙСТВ В УСЛОВИЯХ БИНС
3.1. Оценка эффективности применения однофазных термосифонов
3.1.1. Результаты испытаний разработанных образцов теплопередающих 101 панелей на основе термосифонов
3.2. Анализ теплопередающих элементов на основе тепловых труб
3.2.1. Расчет составной капиллярной структуры
3.2.2. Технология изготовления и результаты испытания теплопередающей
панели на основе тепловых труб
3.3. Размещение теплопередающих панелей в отсеке сервисной электроники
3.4. Выводы
ГЛАВА 4. ОТВОД ТЕПЛОВОЙ МОЩНОСТИ ОТ БЛОКА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ
ЭЛЕМЕНТОВ С ПОМОЩЬЮ ТЕПЛОВЫХ ТРУБ
4.1. Особенности тепловой трубы для отвода тепла от блока чувствительных 120 элементов
4.1.1. Требования к капиллярной структуре гибкой контурной тепловой трубы
4.1.2. Анализ упругих свойств транспортного участка тепловой трубы
4.2. Конструкция и технология сборки макета тепловой трубы
4.2.1. Гибкий транспортный участок
4.2.2. Сборка макета теплопередающего устройства
4.3. Экспериментальные исследования макета тепловой трубы
4.3.1. Влияние конструкции теплопередающего устройства на механические характеристики колебаний кольцевых лазеров
4.3.2. Теплопередающие свойства тепловой трубы в условиях вибраций
4.4. Расположение тепловых труб в отсеке БЧЭ
4.5. Выводы
Заключение
Список использованных источников
Приложения

а, 10'71/°С А НА

-70-60-50-40-30-20-10 0 10 20 ЗО 40 50 60 70 80 Т, °С
Рис. 1.15. Температурная зависимость коэффициента теплового линейного расширения а ситалла CO-115М (1) [62] и отношения приращения длинны периметра 280 мм резонатора к длине волны(А=0,6328 мкм) Д 1/А (2).
а, 10'71/°С М/А

-4
-70-60-50-40-30-20-10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Г, °С
Рис. 1.16. Температурная зависимость коэффициента теплового линейного расширения а ситалла СО-ЗЗМ (1) [62] и отношения приращения длины периметра 280 мм резонатора к длине волны (А=0,6328 мкм) А//А (2).