Тепловые режимы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Тепловые режимы

1. Общие сведения

Обеспечение теплового режима работы изделий электронной техники является одной из важнейших проблем конструирования радиоэлектронной аппаратуры.

Основная задача обеспечения необходимого теплового режима заключается в создании таких условий, при которых количество тепла, рассеянного в окружающую среду, будет равным мощности тепловыделения аппаратуры. Тогда температура нагретой зоны в приборе перестанет нарастать и тепловые параметры, при всех прочих равных условиях стабилизируются.

Повышение температуры изделия электронной техники значительно снижает надёжность их работы. Например, если уменьшить рабочую температуру полупроводникового прибора на 20%, то интенсивность отказов снизится в 3 раза. Повышенная температура эксплуатации изделий электронной техники является не только причиной отказов, но и значительно ухудшает их основные параметры.

Тепловой режим РЭА характеризуется двумя факторами: электрическим режимом работы и условиями эксплуатации.

Также различают внутренние и внешние тепловые воздействия на РЭА. Внутренние тепловые воздействия в основном зависят от мощности, рассеиваемой элементами РЭА, внешние - от условий эксплуатации. В зависимости от баланса внутренних и внешних тепловых воздействий система обеспечения теплового режима (СОТР) может либо отводить тепло от РЭА (охлаждение), либо подводить тепло к РЭА (нагревание).

Защита РЭА от тепловых воздействий осуществляется при помощи ряда мероприятий. Одним из основных является использование систем обеспечения теплового режима РЭА (СОТР). СОТР обычно предназначена для поддержания заданного в технических условиях (ТУ) диапазона температур на элементах РЭА, чтобы обеспечить её надёжность при определённых тепловых воздействиях и других специальных требований.

Медленно изменяющиеся тепловые воздействия характерны для радиоэлектронных комплексов, режим которых в значительной степени зависит от температуры окружающей среды. Медленные изменения внешних тепловых воздействий связаны с суточными и сезонными изменениями температуры окружающей среды в определённых климатических зонах нижних слоёв атмосферы, с физико-метеорологическими свойствами верхних слоёв атмосферы.

Изменение температуры окружающей среды является основным (первичным) фактором при оценке влияния условий эксплуатации на тепловой режим РЭА и конструкцию СОТР. Однако имеют место вторичные и третичные факторы при оценке влияния условий эксплуатации на тепловой режим РЭА и конструкцию СОТР.

Вторичными факторами являются: давление окружающей среды и среды внутри кожуха аппарата, наличие невесомости.

Третичными факторами являются: влажность, химический и биологический состав газа в окружающей среде, запылённость газа, воздействие солнечной и искусственной радиации, механические воздействия, изменение физико-химического состава охлаждающих жидкостей.

Расчёт теплового режима радиоэлектронных аппаратов рекомендуется проводить в три этапа.

На первом этапе определяются среднеповерхностные температуры платы с расположенными на них радиодеталями, кожуха и температура воздуха внутри радиоэлектронного аппарата.

На втором этапе, используя результаты первого этапа, определяются среднеповерхностные температуры корпусов элементов.

На третьем этапе определяются максимальные температуры критических зон элементов и их функциональные связи со среднеповерхностной температурой, как корпусов, так и плат.

В настоящее время наибольшее распространение получила весьма плодотворная схематизация процессов теплообмена в РЭА, предложенная Г.Н. Дульневым [3]. Сущность этого метода состоит в том, что плата (пакет плат, шасси) с радиоэлементами принимают за одно тело с изотермической поверхностью (нагретую зону), для которого и проводится тепловой расчёт теплового режима.

Опыт эксплуатации радиоэлектронной аппаратуры показывает, что при её конструировании не всегда обеспечивается оптимальный тепловой режим работы изделий электронной техники. Значительная часть отказов эксплуатируемой аппаратуры обусловлена тепловыми воздействиями на изделия. Эти воздействия объясняются также и результатом неправильной эксплуатации (более жёсткими условиями окружающей среды).

Влияние изменения температуры проявляется не только в изменении электрических параметров и характеристик изделий, но и в зависимости их надёжности от температуры.

Таким образом, при проектировании аппаратуры необходимо учитывать тепловые воздействия как один из факторов, влияющих на надёжность её работы.

Расчёт тепловых режимов элементов нельзя вести независимо от проектирования РЭА, так как эти вопросы тесно связаны между собой. Совсем не обязательно, чтобы конструктор был специалистом в области теплотехники. Однако он должен учитывать важность теплового расчёта и знать методику его проведения.

2. Тепловой расчет

Согласно техническому заданию блок питания охлаждается принудительным воздушным охлаждением. Цель расчёта: определить температуры поверхностей субблоков изделия в работе и удостовериться, что они не превышают максимально допустимые температуры, установленные разработчиками (не более 80°С). В противном случае предпринять дополнительные меры по уменьшению перегрева субблоков.

Расчёт выполнен в соответствии с методикой Спокойного Ю.Е.

Где m₁ - коэффициент, учитывающий величину массового расхода охлаждающего воздуха, m₂ - коэффициент, учитывающий величину площади поперечного к направлению обдува сечения аппарата, m₃ - коэффициент, учитывающий длину аппарата в направлении обдува, m₄ - коэффициент, учитывающий заполнение аппарата.

Проведенный тепловой расчет подтвердил, что заданное принудительное воздушное охлаждение обеспечивает температуры поверхностей субблоков не выше указанных разработчиком.

3. Расчет на механические воздействия

Бурное развитие авиационной и ракетной техники привело к существенному изменению тактических и эксплуатационных характеристик летательных аппаратов. Возросли мощности двигателей, увеличились скорости полета и маневрировании, усложнились факторы механических, климатических и других видов воздействия. В процессе эксплуатации, транспортирования и хранения изделия могут испытывать те или иные механические воздействия, характеризуемые диапазоном частот колебаний, а также амплитудой, ускорением, временем действия.

Причинами механических воздействий могут быть вибрации движущихся частей двигателя, перегрузки при маневрировании, стартовые перегрузки, воздействие окружающей среды (ветер, волны, снежные лавины, землетрясения, обвалы), взрывные воздействия, небрежность обслуживающего персонала и т.д.

Качественно все виды механических воздействий можно разделит на вибрации, удары и линейные ускорения. Количественно все перегрузки можно охарактеризовать спектром гармонических частот и стационарностью процесса.

Устойчивость аппаратуры к механическим воздействиям характеризуется вибропрочностью, виброустойчивостью и удароустойчивостью. Вибропрочность связана с транспортировочной вибрацией (аппаратура выключена), а виброустойчивость - с эксплуатационной (аппаратура включена).

Вибропрочностью называется свойство конструкции противостоять разрушающему действию вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений и продолжать выполнять свои функции после окончания воздействия вибрации. Для этого не должно происходить силовых и усталостных разрушений, соударений частей конструкции.

Виброустойчивостью называется свойство конструкции выполнять функции при воздействии вибрации и ударов в заданных диапазонах частот и ускорений.

Ударостойкость - способность противостоять возникающим при ударах силам и после их многократного воздействия сохранять тактико-технические характеристики в пределах нормы.

Удар - кратковременный процесс воздействия, длительность которого примерно равна двойному времени распространения ударной волны через объект.

Число отказов можно уменьшить следующим образом:

· виброизоляцией аппаратуры с помощью амортизаторов;

· обеспечением механической жесткости и прочности конструкции [5].

Расчет на механические воздействия

В этом разделе дипломного проекта необходимо рассчитать коэффициент запаса прочности для блока формирования команд и обмена информацией при воздействии на него механического удара одиночного действия силой 15g.

В блоке основная нагрузка приходится на четыре горизонтальных уголка каркаса выделенных зеленым цветом (смотри рис. 2.2.1). Так как уголки одинакового сечения и их длины между точками заделки также одинаковы, то можно считать, что вес блока равномерно распределяется между этими четырьмя уголками.

Собственный вес блока 23 кг, с учетом перегрузки от одиночного механического удара с ускорением 15 g сила, действующая на конструкцию равна:

F = 23 + 23*15 = 368 кг

На один угольник действует ј часть этой силы:

F₁ = F/4 = 368/4 = 92 кг

Так как нагрузка на уголки передается в точках крепления каркаса с субблоками, то на каждом уголке по две точки. Поэтому каждый угольник можно считать балкой работающей на изгиб от силы, возникающей при ударе.

Определим максимальный изгибающий момент:

Рассчитаем момент инерции одного уголка относительно нейтральной оси у.

Момент инерции равен сумме моментов инерции прямоугольников, на которые разбита фигура. Поэтому:

Найдем положение центра тяжести сечения. Статистический момент относительно нижнего края горизонтальной полки равен:

Площадь сечения равна:

Расстояние до центра тяжести от нижнего края горизонтальной полки равно:

Момент сопротивления сечения:

тепловой техника электронный продув

Напряжение которое испытывает уголок:

В литературе [6] допустимое напряжение при изгибе при воздействии пульсирующей нагрузки для стали 10 кп у_д = 1000 кг/см.

Коэффициент запаса по прочности:

Результат расчета показал, что разрабатываемый блок удовлетворяет заданным условиям по вибропрочности. Реально запас прочности будет еще больше за счет вертикальных уголков, входящих в состав каркаса блока.

Размещено на Allbest.ru