Математическая модель блока имитаторов

Для решения систем уравнений задаются граничные условия. Для peшeния указанной задачи иcпользуютcя кpитepиальныe уpавнeния тeоpии подобия и уpавнeния тeплоообмена, метод узловых потенциалов для фоpмиpования математической модели тепловых пpоцессов в виде системы обыкновенных дифференциальных уравнений или системы нелинейных алгебраических уравнений.

Для решения системы обыкновенных дифференциальных уравнений используется метод формул диффеpенциpования назад, для решения системы нелинейных алгебраических уравнений используется метод простых итераций, а для решения систем линейных алгебpаических уpавнений, к которым сводятся системы обыкновенных дифференциальных уравнений и системы нелинейных алгебраических уравнений, метод LU-pазложения с символьной фактоpизацией и учетом pазpеженности матpицы тепловых проводимостей.

В отличие от других видов моделей топологические модели тепловых процессов позволяют в простой форме задавать граничные условия различных родов и их комбинаций по объемам и поверхностям конструкции РЭС при помощи соответствующих компонентов графа (ветвей, источников заданной температуры и (или) источников с заданной тепловой мощностью).

Тепловые процессы в перфорированных блоках отличаются от тепловых процессов в герметичных блоках. При наличии перфорации окружающий блок воздух поступает через перфорационные отверстия в блок. Воспринимая тепловую энергию, рассеиваемую элементами блока, воздух повышает свое теплосодержание. Его плотность уменьшается, и под действием вынужденной силы воздух выносится через верхние перфорационные отверстия корпуса блока. Его место замещает воздух из окружающей среды, воспринимает тепловую энергию от элементов блока и вновь выносится через верхние отверстия, т.е. осуществляется естественная конвекция. Количество вынесенной тепловой энергии из блока зависит от того, на сколько повысил свою температуру воздух, проходя через соответствующую часть блока.

Математическая модель тепловых процессов блока имитаторов с установленными платами, диодами с тепловой мощностью Р на каждом печатном узле и температурой окружающей среды Т, представлена на рисунке 9.



Рис. 9. Математическая модель тепловых процессов блока имитаторов.

Размеры блока: длина - 482,6 мм, ширина - 235265,8 мм, высота - 265,8 мм. Толщина стенок блока - 2 мм. Коэффициент теплопроводности материала корпуса блока - 230 Вт/м·К, коэффициент черноты - 0. Коэффициент облученности 0,8.

Для построения модели тепловых процессов, конструкции блока имитаторов в соответствии с принципами построения топологических моделей, разбиваем ее на составляющие элементы. Выделяем основные элементы: левая стенка, верхняя стенка, передняя стенка, нижняя стенка, задняя стенка, правая стенка. Вводим узлы, обозначающие окружающую среду и воздух внутри блока.

Каждый узел конструкции имеет свой номер: 1 -левая стенка, 2 - верхняя стенка, 3 - передняя стенка, 4 - нижняя стенка, 5 - задняя стенка, 6 - правая стенка, 7 - окружающая среда, 8-воздух внутри, 9-плата, 10-блок имитаторов, 11-диоды.

Далее узлы соединяются ветвями для определения тепловых связей между элементами конструкции. Типы ветвей, используемые в математической модели тепловых процессов блока имитаторов, представлены в таблице 6.

Таблица 6

Типы ветвей, используемые в математической модели

№ п./п	Обозначение ветви в топологической модели	Пояснение
1		Кондукция
2		Излучение
3		Естественная конвекция
4		Контактный теплообмен
5		Источник с заданной температурой, °С
6		Источник с заданной мощностью, Вт

Узлы 1, 2, 3, 4, 5, 6 взаимодействуют с окружающей средой посредством излучения и естественной конвекции (ветви 1-7, 2-7, 3-7, 4-7, 5-7, 6-7).

Заданная температура окружающей среды моделируется включением в узел 7 источника температуры.

Узлы 1-6 взаимодействуют между собой (ветви 1-2, 2-3, 3-4, 4-5, 5-6), а с узлами 2 и 4 путем контактного теплообмена. Узлы 9 и 11 взаимодействуют с левой стенкой блока имитатора .

Основными тепловыделяющими элементами, являются резисторы закрепленные на плате (узла 9).

Результаты расчета тепловых процессов, конструкции блока имитаторов для стационарного режима, приведены в таблице 7 .

Таблица 7

Результаты расчета тепловых процессов конструкции блока

№ Узла	Имя узла	Температура, °C
1	Левая стенка	54.4
2	Верхняя стенка	48.1
3	Передняя стенка	49.1
4	Нижняя стенка	67.4
5	Задняя стенка	67.3
6	Правая стенка	49.8
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.9
9	Плата	60
10	Блок имитаторов	69
11	диоды	57.9

2.7 Тепловая модель платы блока имитаторов

Создаем проект платы блока имитаторов. При импорте модели из импортируемого файла полная условная запись ЭРИ берется по позиционному обозначению.

Варианты установки для каждого класса ЭРИ, определены в справочной базе данных. При импорте вариант установки ЭРИ, выбирается согласно приоритету при его наличии в полной условной записи ЭРИ в базе данных. Вариант установки ЭРИ, при его отсутствии в импортируемом файле, определяется в отдельности по каждому классу ЭРИ. При импорте модели создаются группы ЭРИ. ЭРИ с одинаковой полной условной записью, независимо от варианта установки, объединяются в одной группе. Проект платы блока имитаторов, представлен на рисунке 10.

После того как модель импортирована, назначаем параметры ЭРИ, входящие в состав платы блока имитаторов.

Для выбора ЭРИ из базы данных необходимо:

1) Выбрать класс ЭРИ.

2) Выбрать полную условную запись ЭРИ.

3) Выбрать вариант установки ЭРИ (при его отсутствии в импортируемом файле).

Назначение параметров ЭРИ, отсутствующих в базе данных, осуществляем в ручную, при помощи подпрограммы «Расчет параметров ЭРИ».

При входе в подпрограмму «Расчет параметров ЭРИ», появляется диалоговое окно, рисунок 11. Выбираем близкую по параметрам модель элемента из базы данных, вводим данные, необходимые для расчета, в верхнюю таблицу. После ввода исходных данных и нажатия кнопки «Расчет параметров», автоматически рассчитываются оставшиеся параметры ЭРИ, и формируется изображение.

На рисунке 12, представлен расчет резистора С2-33н-0,125, который используется в плате блока имитаторов.

Рис. 10. Проект платы блока имитаторов

Рис. 11 . Подпрограмма «Расчет параметров ЭРИ»



Рис. 12 . Расчет параметров резистора С2-33н-0,125.

Аналогичным образом мной самостоятельно были описаны ЭРИ:

Резисторы С2-33Н-0,125-2кОм, С2-33н-0,125-1кОм, С2-33н-0,125-499 Ом, С2-33н-0,5-2.74 кОм, С2-33н-0,125-140 Ом. После того, как параметры всех ЭРИ назначены, получаем модель платы блока имитаторов.

Модель платы блока имитаторов, представлена на рисунках 13 и 14.

Рис. 13. Плата блока имитаторов, первая сторона.

Рис. 14. Плата блока имитаторов, вторая сторона.

Далее задаем тепловые граничные условия, используя для этого подпрограмму «Тепловое граничное условие», рисунок 15.



Рис. 15. Подпрограмма «Тепловое граничное условие»

Тип тепловых граничных условий и их параметр, определенны по результатам математического моделирования блока имитаторов, представлен в таблице 8.

Таблица 8

Типы тепловых граничных условий и их параметры

№ п/п	Тип теплового граничного условия	Параметр	Значение
Первая сторона
1	Естественная конвекция в окружающую среду и излучение с плоской неразвитой поверхности на соседний КЭ	Температура окружающего воздуха, єС	57.9
		Давление воздуха, мм. рт. ст.	750

Так как плата блока имитаторов, представляет собой односторонний печатный узел, то тепловые граничные условия задаются для одной стороны платы.

Графическое изображение тепловых граничных условий для одной стороны платы блока имитаторов, представлено на рисунке 16.

Рис. 16. Естественная конвекция в окружающую среду и излучение с плоской неразвитой поверхности на соседний КЭ.

После того, как все параметры определены, проводим тепловое моделирование платы блока имитаторов. Для моделирования запускаем стационарный тепловой расчет, используя соответствующую команду в меню «Анализ».

Результаты моделирования, представлены в «Карте тепловых режимов работы ЭРИ» (таблица 9) и на рисунках 17, 18,19.

Таблица 9

Результаты моделирования платы БИ.

КАРТА ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭРИ
(при стационарном тепловом воздействии)
Обозначение ЭРИ	Сторона	Температура ЭРИ	Коэффициент тепловой нагрузки, относит.единиц	Перегрев, °C
		Расчетная, °C	Максимальная допустимая по ТУ, °C
R123	1	66,57	85,00	0,78	-
R124	1	66,57	85,00	0,78	-
R125	1	66,47	85,00	0,78	-
R130	1	66,41	85,00	0,78	-
R131	1	66,41	85,00	0,78	-
R135	1	66,35	85,00	0,78	-
R120	1	66,34	85,00	0,78	-
R114	1	66,29	85,00	0,78	-
R128	1	66,28	85,00	0,78	-
R126	1	66,27	85,00	0,78	-
R140	1	66,27	85,00	0,78	-
R122	1	66,21	85,00	0,78	-
R121	1	66,20	85,00	0,78	-
R137	1	66,16	85,00	0,78	-
R160	1	66,16	85,00	0,78	-
R111	1	66,12	85,00	0,78	-
R110	1	66,11	85,00	0,78	-
R138	1	66,03	85,00	0,78	-
R133	1	66,02	85,00	0,78	-
R105	1	66,02	85,00	0,78	-
R106	1	66,02	85,00	0,78	-
R107	1	65,91	85,00	0,78	-
R127	1	65,91	85,00	0,78	-
R108	1	65,85	85,00	0,77	-
R109	1	65,78	85,00	0,77	-
R112	1	65,76	85,00	0,77	-
R117	1	65,72	85,00	0,77	-
R136	1	65,50	85,00	0,77	-
R129	1	65,46	85,00	0,77	-
R119	1	65,45	85,00	0,77	-
R132	1	65,45	85,00	0,77	-
R118	1	65,43	85,00	0,77	-
R116	1	65,37	85,00	0,77	-
R170	1	65,33	85,00	0,77	-
R134	1	65,30	85,00	0,77	-
R115	1	65,20	85,00	0,77	-
R139	1	64,99	85,00	0,76	-

Рис. 17. Температура участков платы БИ первая сторона.(2D)

Рис. 18. Температура участков платы БИ первая сторона (3D)

Рис. 19. Температура участков платы БИ вторая сторона.

Выводы

Была разработана математическая модель блока имитаторов, которая предназначена для обеспечения испытаний аппаратуры КПА ПИ и программного обеспечения.

В результате моделирования, определены тепловые граничные условия, необходимые для моделирования платы блока имитаторов. Также, проведено тепловое моделирование платы блока имитаторов.

На основании моделирования, можно сделать вывод:

- моделирование БИ, проведено успешно и с адекватными результатами, поскольку моделирование тепловых процессов, проводилось в системе «АСОНИКА», которая на протяжении длительного времени подтверждает свой высокий уровень.

Разработка математической модели блока имитаторов, показала нам, что результаты расчета тепловых процессов конструкции блока в норме. И соответстуют требованию качества и надежности согласно ОСТ 92-5100-2002.

Максимальный коэффициент тепловой нагрузки 0,78, т.е. не превышает допустимый коэффициент 0,8, что соответствует безотказной работе ЭРИ.

А минимальный коэффициент запаса 36%, т.е. превышает минимально допустимый 30%, что тоже соответствует безотказной работе ЭРИ.

Отсюда следует, что мы исключаем создание экспериментальных образцов составных частей в частности БИ, тем самым, мы снижаем стоимость на создание автоматизированного комплекса пневмоиспытаний РБ, за счет моделирования и создания математической модели БИ.

Часть. 3 Экспериментальные исследования математической модели блока имитаторов

3.1 Исследование тепловых режимов с помощью математической модели

Исследуем, тепловые режимы с помощью математической модели тепловым моделированием.

Испытание тепловым моделированием, заключается в том, чтобы заменить реальные тепловые нагружения на испытания тепловым моделированием. Для того чтобы нам заменить реальные тепловые испытания, нам нужно показать, что тепловая математическая модель, соответствует реальным тепловым нагружениям при работе блока. В РКК «Энергия», большое количество успешных приборов проходят испытания: доказано, что результаты реальных испытаний совпадают с результатами испытаний тепловым моделированием с низкой погрешностью.

Для того чтобы мы не нарушили технические характеристики платы и не привели ее перегреву, что приведет к тому что блок имитаторов выйдет из строя. Мы проводим исследования тепловых режимов с помощью математической модели. Поскольку блок имитаторов, является составной частью контрольно-проверочной аппаратуры (КПА ПИ), то любые сбои в его работе могут привести к катастрофическим последствиям при испытаниях разгонного блока (РБ).

Для исследования тепловых режимов узлов БИ и платы блока имитаторов, используем во 2-ой части математическую модель блока имитаторов. Поскольку источники мощности от времени, выбираем нестационарный тип моделирования. Параметры моделирования представлены на рисунке 20, 21.



Рис. 20. Параметры моделирования.

Рис. 21. Параметры моделирования



После того, как все параметры определены, проводим тепловое моделирование. Для моделирования запускаем нестационарный тепловой расчет, используя соответствующую команду в меню «Анализ».

Результаты моделирования, представлены в «Карте тепловых режимов работы ЭРИ» таблице 10,11 и рисунке 22,23.

Рис. 22. Тепловое моделирование температура участков платы

Рис. 23. График температур во времени

Таблица 10

Результаты моделирования платы блока БИ

КАРТА ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ЭРИ
(при нестационарном тепловом воздействии)
Обозначение ЭРИ	Сторона	Температура ЭРИ	Коэффициент тепловой нагрузки, относит. единиц	Перегрев, °C
		Время, с	Максимальная расчетная, °C	Максимальная допустимая по ТУ, °C
R108	1	400,00	65,47	85,00	0,77	-
R117	1	400,00	65,47	85,00	0,77	-
R128	1	400,00	65,46	85,00	0,77	-
R111	1	400,00	65,46	85,00	0,77	-
R126	1	400,00	65,35	85,00	0,77	-
R124	1	400,00	65,31	85,00	0,77	-
R107	1	400,00	65,31	85,00	0,77	-
R110	1	400,00	65,27	85,00	0,77	-
R121	1	400,00	65,26	85,00	0,77	-
R127	1	400,00	65,20	85,00	0,77	-
R106	1	400,00	65,17	85,00	0,77	-
R140	1	400,00	65,14	85,00	0,77	-
R112	1	400,00	65,14	85,00	0,77	-
R137	1	400,00	65,11	85,00	0,77	-
R123	1	400,00	65,09	85,00	0,77	-
R130	1	400,00	65,07	85,00	0,77	-
R134	1	400,00	64,97	85,00	0,76	-
R136	1	400,00	64,79	85,00	0,76	-
R139	1	400,00	64,68	85,00	0,76	-
R129	1	400,00	64,66	85,00	0,76	-
R133	1	400,00	64,62	85,00	0,76	-
R135	1	400,00	64,61	85,00	0,76	-
R132	1	400,00	64,46	85,00	0,76	-
R118	1	400,00	64,44	85,00	0,76	-
R120	1	400,00	64,40	85,00	0,76	-
R119	1	400,00	64,40	85,00	0,76	-
R115	1	400,00	64,32	85,00	0,76	-
R114	1	400,00	64,31	85,00	0,76	-
R125	1	400,00	64,21	85,00	0,76	-
R116	1	400,00	64,18	85,00	0,76	-
R109	1	400,00	64,12	85,00	0,75	-
R138	1	400,00	64,05	85,00	0,75	-
R105	1	400,00	63,98	85,00	0,75	-
R113	1	390,00	63,61	85,00	0,75	-
R122	1	390,00	63,60	85,00	0,75	-
R131	1	390,00	63,47	85,00	0,75	-

В таблице 11, представлена карта тепловых режимов блока имитаторов при «нестационарном» тепловом расчете, во времени интервалов, каждые 10с на протяжении 400с.

Таблица 11

Результаты моделирования блока имитаторов при «нестационарном» тепловом расчете

№ Узла	Имя узла	Температура, °C
	Время 0 сек
1	Левая стенка	30
2	Верхняя стенка	30
3	Передняя стенка	30
4	Нижняя стенка	30
5	Задняя стенка	30
6	Правая стенка	30
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	30
9	Плата	30
10	Блок имитаторов	30
11	диоды	30
	Время 10 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 20 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 30 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 40 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 50 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 60 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 70 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.98
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 80 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 90 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 100 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.98
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 110 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 120 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.84
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 130 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 140 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 150 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 160 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 170 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 180 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 190 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 200 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 210 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.98
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 220 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 230 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 240 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 250 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.84
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 260 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 270 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 280 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 290 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 300 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 310 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 320 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 330 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 340 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 350 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.98
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 360 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 370 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 380 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.07
4	Нижняя стенка	67.44
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.98
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 390 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89
	Время 400 сек
1	Левая стенка	54.43
2	Верхняя стенка	48.11
3	Передняя стенка	49.06
4	Нижняя стенка	67.43
5	Задняя стенка	67.29
6	Правая стенка	49.85
7	Окружающая среда	30
8	Воздух внутри	57.89
9	Плата	59.97
10	Блок имитаторов	69.04
11	Диоды	57.89

Выводы

На основании проведенного моделирования, можно сделать выводы:

- происходящие тепловые процессы скоротечны, и не приводят к перегреву конструкции блока имитаторов и отдельных его элементов;

- температуры в узлах соответствующих ключевым элементам, являющихся основными источниками мощности при работе блока имитаторов, не превышают 85єC, максимально допустимого значения рабочей температуры для этих элементов по техническим условиям (ТУ).

- максимальный коэффициент тепловой нагрузки ЭРИ 0,77 (рисунок 24), что говорит о нормальной надежности, т.к. для такой надежности, коэффициент не должен превышать допустимый коэффициент 0,8, что соответствует безотказной работе ЭРИ.

Из показателей исследования тепловым моделированием, представленным на рисунках 22, 23, 24 и таблицах 10, 11, мы видим, что результаты тепловых режимов блока имитаторов и платы БИ в норме. Отсюда следует, что мы можем заменить реальные тепловые нагружения БИ, на испытания тепловым моделированием.

Анализ работы блока имитаторов показал, что возникающие при работе температуры ЭРИ и температуры узлов, не оказывают серьезного влияния на стабильность работы элементов блока имитаторов.

Рис. 24. Зависимость коэффициента тепловой нагрузки от времени



4. Перечень принятых сокращений

АК АРМ АФУ	-автоматизированный комплекс - автоматизированное рабочее место - антенно-фидерное устройство
БИ БП	- блок имитаторов бортовой ЭПА - блок проверок
БР	- блок режимов работы
БКИ	- блок коммутации и измерений
БСКП БЦВМ ГСО	- бортовые средства контроля параметров - бортовая цифровая вычислительная машина - геостационарная орбита
ДД ЖРД	- датчик давления - жимдкостный ракетный двимгатель
ЗИП	- запасные инструменты и приборы
ЗЭМ	- завод экспериментального машиностроения
ЗО ИЗ ИЭ КА КЗ	- защитные операции - изделие - инструкция по эксплуатации - космическая аппаратура - короткое замыкание
КПА КРС	- контрольно-проверочная аппаратура - космической радиосвязи
КДИ	-конструкторско - доводочные испытания
КИС МД НКС НПО	- контрольно-испытательная станция - маршевый двигатель - наземная кабельная сеть - научно-производственным объединением
ПГС	- пневмогидравлическая система (схема)
ПИ ПМО ПСИ ПрИ	- пневмоиспытания - программно - математическое обеспечение - приемно - сдаточные испытания - предъявительские испытания
ПЭВМ ОТК	- персональная электронно-вычислительная машина - отдел технического контроля
РБ РН РКН РКК РКТ РМ РМО	- разгонный блок - ракета - носитель - ракета космического назначения -ракетный космический комплекс (ракетно - космическая корпорация) - ракетно-космическая техника - рабочее место проведения испытаний - рабочее место оператора
РЭА СБИ СД СУ	- радиоэлектронная аппаратура - система бортовых измерений - сигнализатор давления - система управления
ТУ	- технические условия
ТЗ	- техническое задание
ТК	- технический комплекс
ТО	- техническое описание
ЭПА	- электропневмоавтоматика объекта испытания
ЭПК	- электропневмоклапан
ЭК ЭРИ	- контроллер ЭК-2000 - электрорадиоизделия



Заключение

В диссертационной работе, разработан обзор основных направлений по автоматизированным комплексам пневмоиспытаний изделий ракетно-космической техники. Были изучены и исследованы требования к функциональному назначению и конструкции блока имитаторов АРМ КПА ПИ, также представлена структурная схема АРМ КПА ПИ.

Разработана математическая модель блока имитаторов, тепловая модель платы блока имитаторов. Исследованы и представлены, результаты тепловых режимов БИ.

В процессе решения задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие основные результаты:

Исследованы, основные направления по автоматизированному комплексу пневмоиспытаний, разработана математическая модель блока имитаторов, который предназначен для обеспечения испытаний аппаратуры и программного обеспечения (ПМО) АРМ КПА ПИ.

Проведено, математическое моделирование блока имитаторов в подсистеме АСОНИКА-Т, с целью исследования тепловых режимов. Проведен, анализ результатов математического моделирования тепловых режимов электрорадиоизделия.

Исходя из исследований диссертационной работы доказано: что исследования подтвердили снижение стоимости автоматизированного комплекса пневмоиспытаний разгонного блока.

Это осуществилось за счет того, что мы исключили экспериментальные образцы составных частей, в частности блок имитаторов, и создали математическую модель блока имитаторов. И, где из показателей исследования тепловым моделированием мы видим, что результаты тепловых режимов блока имитаторов и платы БИ в норме, отсюда следует, что мы можем заменить реальные тепловые нагружения БИ, на испытания тепловым моделированием.

В диссертационной работе проведено тепловое моделирование платы блока имитаторов, являющегося составной частью блока имитаторов контрольно-проверочной аппаратуры пневмоиспытаний. Моделирование платы, проведено в подсистеме АСОНИКА-ТМ.



Список литературы

1. Инструкция по эксплуатации (КН11С861-03-242.5000-0 ТО) КПА ПИ: РКК «Энергия».

2. Журнал космонавтики - семейство РБ. №06 (281), 2006

http://novosti-kosmonavtiki.ru

3. Технические условия (КН11С861-03-242.5100-0ТУ), ОСТ 92-5100-0.

4. Летные испытания ракет и космических аппаратов: Учебное пособие, для

технических вузов/ Е.И. Кринецкий, Л.Н. Александровская, А.В. Шаронов, А.С.Голубков; Под ред. Е.И. Кринецкого. -- М.: Машиностроение, 1979.

5. Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов/ В.А B.C. Барсуков, М.Я. Гофин, Ю.В. Захаров, А.Н. Стрельченко, Н.П. Под редакцией Н.В. Холодкова. -- М.: Изд-во МАИ, 1994.

6. Автоматизированные системы управления космическими аппаратами, Кравец В.Г. - М.: Машиностроение, 1995.

7. Проектирование космических разгонных блоков с ЖРД под ред. Хохулин В.С. Чумаков В.А., Изд-во МАИ, 2000.

8. Основы устройства ракетно-космических комплексов: Учебное пособие. - СПб, Федоров А.В., Аникейчик Н.Д., 2012.

9. Программно-техническое обеспечение автоматизированной системы технологической подготовки производства ракетно-космической техники. Научно-технический журнал: "Информационные технологии в проектировании и производстве". №1. 2005 под редакцией В.Н. Сычев, В.Д. Костюков, Е.Д. Лобов.

10. Автоматизация техпроцессов: преимущества, особенности, трудности

http://ta22.ru/public/public_avt/

11. Козлов В.В. Основы проектирования ракетно-космических комплексов. М.: Издательство ВИКУ им. А.Ф.Можайского, 1999.

12. Кожухов В.С., Соловьев В.Н. Комплексы наземного оборудования ракетной техники. М.: АСКОНТ, 1988.

13. Колесников К.С. Динамика ракет. Учебник для вузов - М.: Машиностроение, 1980 г

14. Паничкин Н.И., Слепушкин Ю.В. и др. Конструкция и проектирование космических летательных аппаратов. М., Машиностроение, 1986.

15. Корнеев Н.М., Неустроев В.Н. Генеральный конструктор В.П.Бармин.М,:1999.

16. Добровольский М.В. Жидкостные ракетные двигатели. Основы проектирования / Под ред. Д.А. Ягодникова - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана , 2006 .

17. Курсовая работа «Автоматизированный комплекс пневмоиспытаний разгонного блока типа ДМ»: Смотров А.А. МИЭМ НИУ ВШЭ 2015.

Размещено на Allbest.ru