Модели и комплекс программ связанного электрического и теплового анализа электронных устройств космического аппарата

• Автор: Белоусов, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 146 с. : ил.

Содержание
Введение.
Глава 1. Анализ задачи теплового проектирования электронных устройств КА, выполненных вне термоконтейнера.

1.1 Конструктивные особенности электронных устройств космического аппарата.

1.2 Методы и комплексы программ анализа тепловых режимов электронных устройств.

1.2.1 Метод конечных разностей.

1.2.2 Метод конечных элементов.

1.2.3 Использование моделей макроуровня

1.2.4 Существующие комплексы программ

1.3 Основные результаты и выводы .

Глава 2. Алгоритм расчета тепловых режимов и модели элементов конструкций электронных устройств.
2.1 Алгоритм расчета тепловых режимов электронного устройства
2.2 Модель теплопроводности.
2.2.1 Алгоритм дискретизации выделенных областей.
2.2.2 Модель кондуктивной теплопередачи
2.3 Модель теплообмена излучением.
2.4 Модели источников тепловыделения и температуры
2.5 Тепловая модель ЭРИ.
2.6 Формирование эквивалентной схемы тепловой модели устройства
2.7 Связанный электрический и тепловой анализ.
2.7.1 Электрические модели ЭРИ.
2.7.2 Алгоритм формирования циклограммы электрических
потерь.
2.8 Основные результаты и выводы
Глава 3. Разработка программного комплекса.
3.1 Определение требований к программному комплексу
3.2 Структурная схема программного комплекса.
3.3 Выбор инструментальных средств и технологий реализации
3.4 Входные и выходные данные программного комплекса.
3.5 Интерфейс программы ИРиЭС
3.6 Интерфейс программного модуля Потери
3.7 Направления развития программного комплекса.
3.8 Основные результаты и выводы
Глава 4. Расчет тепловых режимов электронных устройств
4.1 Тестирование программного комплекса.
4.2 Расчет поля температуры по конструкции КАС системы электроснабжения КА Глонасс.
Заключение
Список использованной литературы


Разработать модели тепловых нагрузок, элементов конструкции и ЭРИ ЭУ КА. Сформировать библиотеки тепловых моделей ЭРИ. Разработать методику автоматического формирования эквивалентной схемы тепловой модели ЭУ по ЗЛ-модели устройства. Разработать методику связанного теплового и электрического анализа по заданной циклограмме электрических режимов работы ЭУ КА. Разработать программное обеспечение для проведения анализа тепловых режимов ЭУ КА, выполненного вне г ермоконтейнера. Тепловые модели могут быть представлены математическими моделями микро- или макроуровня [1,2,,,, ]. Модель микроуровня описывается дифференциальным уравнением теплопроводности в частных производных вместе с краевыми условиями, и реализована в методе конечных элементов (МКЭ) и методе конечных разностей (МКР) [4-9, ]. Число совместно исследуемых различных сред в практически используемых моделях микроуровня не может быть большим из-за сложности вычислений. Математическими моделями макроуровня являются системы алгебраических и обыкновенных дифференциальных уравнений. Исходными данными для формирования моделей макроуровня служат компонентные и топологические уравнения. Компонентными уравнениями описываются свойства элементов (компонентов), а топологическими - их взаимосвязи в анализируемой системе. Одинаковая форма записи математических соотношений, которыми описываются электрические и тепловые процессы, обусловливает формальную аналогию их компонентных и топологических уравнений и эквивалентных схем. Это дает возможность, задав коэффициенты перехода, исследовать тепловые режимы с помощью пакета схемотехнического моделирования и проводить связанный электрический и тепловой анализ ЭУ в одном пакете, что на данный момент не реализовано в пакетах, использующих компонентно-топологические модели [-]. При создании тепловой модели устройства принимаются допущения, основанные на конструктивных особенностях ЭУ, выполненных вне термоконтейнера. На основе моделей микро- и макроуровня реализовано множество комплексов программ [-], которые необходимо проанализировать на возможность решения задач анализа тепловых режимов ЭУ КА и связанного электрического и теплового анализа. В настоящей главе приведен обзор конструктивных особенностей ЭУ КА, выполненных вне термоконтейнера; обзор основных методов, моделей микро- и макроуровня, комплексов программ, применяемых для анализа тепловых режимов ЭУ; а также тип выбранной тепловой модели ЭУ, на основе которой реализован программный комплекс. В настоящее время конструкции ЭУ космического назначения выполняются вне гермоконтейнера. Отказ от систем воздушного охлаждения позволил снизить массу и габариты таких устройств. Учитывая, что они эксплуатируются в условиях циклических изменений внешних тепловых воздействий и режимов работы, задача обеспечения нормального теплового режима устройств остается нерешенной. Конструкции ЭУ КА выполняются в соответствии с принципом блочно-иерархического подхода, заключающегося в декомпозиции описаний сложных объектов и соответственно средств их создания на иерархические уровни и аспекты, такие, как функциональные (разработка принципов действия, структурных, функциональных, принципиальных схем), конструкторские (определение форм и пространственного расположения компонентов изделия), алгоритмические (разработка алгоритмов и программного обеспечения) и технологические (разработка технологических процессов) [3,]. Типовая конструкция блока состоит из одного или двух печатных узлов и металлического основания, выполняющего функции выравнивания поля температуры по конструкции и теплоотвода, а также обеспечивающего необходимую механическую прочность, рисунок 1. Платы крепятся к основанию методом прессования, что позволяет получить достаточно прочное сцепление этих деталей друг с другом с наименьшим тепловым сопротивлением контакта []. Входящие в печатный узел ЭРИ устанавливаются на печатную плату с учетом наименьшего переходного теплового сопротивления при достаточной механической прочности крепления элемента к плате [].