CC BY
20Решетневские чтения
узлов высоконадежной бортовой РЭА, позволило значительно сократить временные и вычислительные затраты. Также по результатам работы было про-ведено сравнение точности вычислений, проведенных в Icepack и Ansys Workbench, которое показало, что применение специальных инструментов позволяет достичь десятипроцентного увеличения точности расчета.
Библиографические ссылки
1. ANSYS Costumer Portal // ANSYS : сайт. URL: http://www1.ansys.com/customer/content/documentation/ 127/adv_pcb.pdf (дата обращения: 1.09.2012)/
2. Дульнев Г. Н., Тарновский Н. Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Л. : Энергия, 1971.
V. M. Karaban, I. O. Suslov Tomsk State University of Control Systems and Radioelectronics, Tomsk, Russia
THERMAL MODELING CAPABILITIES OF PCB'S IN ANSYS ICEPACK
Due to the increasing integration of CEA, become a pressing task modeling of the thermal regime is not only block as a whole, but also of individual printed circuit assemblies. One of the leading software products applicable for such tasks is Ansys Icepack (Ansys.inc). But the absence of any information in Russian, so far, prevented its application to the design of highly reliable CEA.
© Карабан В. М., Суслов И. О., 2012
УДК 629.7.058.82, 62-716
В. В. Климаков
Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия, Рязань
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОТВОДА ТЕПЛА ОТ ЭЛЕМЕНТОВ СЕРВИСНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ БЕСПЛАТФОРМЕННЫХ ИНЕРЦИАЛЬНЫХ НАВИГАЦИОННЫХ СИСТЕМ С ПОМОЩЬЮ КОНВЕКЦИОННЫХ ПЛАТ И ТЕПЛОВЫХ ТРУБ *
Проведены исследования возможности эффективного отвода тепла от наиболее теплонагруженных элементов БИНС. Разработаны экспериментальные макеты плоских конвекционных плат и теплопередающих панелей на основе тепловых труб, обеспечивающие отвод тепла при минимальном перепаде 0,6 °С.
Отвод тепла от элементов, расположенных внутри современных бесплатформенных инерциальных навигационных систем (БИНС), главным образом осуществляется за счет естественной конвекции. Однако ис-
пользование пассивного конвективного теплообмена в качестве основного механизма при отводе тепла от элементов плат сервисной электроники БИНС недостаточно для надежного функционирования системы.
Рис. 1. Плоская конвекционная плата (1) и теплопередающая панель на основе сборки тепловых труб (2)
Рис. 2. Исследование режима работы конвекционных
плат и тепловых панелей: 1 - конвекционная плата; 2 - теплорассеивающие ребра; 3 - нагреватель; 4 - термодатчики
*Работа выполнена при поддержке «Союза ИТЦ России».
Космическое электронное приборостроение
Иг С
3,
о----
20 30 40 50 60 70 Г,°С
Рис. 3. Зависимость перепада температур от температуры окружающей среды на конвекционной плате при передаваемой мощности 3 Вт
Конструкция БИНС имеет блочную структуру и содержит элементы с источниками тепла заданной мощности. Электронные платы расположены вертикально в салазках боковых стенок, одна за другой, внутри отсека электроники. Проведенные исследования показывают, что перегретые элементы расположены в отсеке сервисной электроники, а причиной перегрева является плотная компоновка плат, затрудняющая естественную конвекцию внутри корпуса моноблока БИНС [1]. Максимальные температуры на платах при температуре окружающей среды +55 °С имеют ПЛИС и процессор 110 оС и 112 оС. Перегрев обусловлен плотной компоновкой плат, затрудняющей естественную конвекцию внутри корпуса моноблока. Поэтому возникает необходимость в поиске технических решений, позволяющих распараллелить процессы теплообмена внутри БИНС без внесения существенных изменений в ее конструкцию [2].
Проблема охлаждения элементов плат сервисной электроники решена путем применения теплоотводя-щих элементов на основе конвекционных плат и тепловых труб (рис. 1).
Режим работы макетов конвекционных плат и теп-лопередающих панелей исследован путем натурного моделирования. Имитация корпуса БИНС, обеспечивающего рассеяние тепловой мощности, осуществлялась с помощью двух медных пластин (рис. 2) установленных на боковых торцах. Подвод тепловой мощности производился с помощью модулей Пельтье 3. Регистрация температур нагревателей и теплорас-сеивающих ребер осуществлялась с помощью термодатчиков 4 типа ЬМ35. Полученные зависимости перепадов температур АТ между нагревателем и тепло-рассеивающими ребрами для конвекционной платы и теплопередающей панели приведены на рис. 3 и 4.
Способ размещения разработанных конструкций в корпусе БИНС и принцип охлаждения элементов плат сервисной электроники иллюстрирует рис. 5. Тепловая мощность, выделяющаяся в радиоэлектронных элементах 7, поглощается конвекционной платой (либо тепловыми трубами) 1 и через несущие элементы 2
АТ° С
° 4 6 Й 10 12 14 16 1в Щ Вт
Рис. 4. Зависимость перепада температур по длине тепловых труб от передаваемой мощности при температуре окружающей среды +25 °С
поступает на стенки корпуса прибора 3, после чего рассеивается в окружающее пространство естественной конвекцией.
Рис. 5. Размещение в корпусе блока сервисной электроники БИНС:
1 - тепловая труба или конвекционная плата; 2 - несущий элемент; 3 - стенка корпуса; 4 - прижимная пластина;
5 - плата; 6 - радиоэлектронные элементы
Результаты разработки и исследований конструкционных решений для отвода тепла от радиоэлектронных элементов сервисной электроники БИНС сводятся к следующему:
- разработанные конструкционные решения не вносят изменений в существующую конструкцию БИНС и дают возможность распараллелить внутренние процессы теплообмена;
- ожидаемый перегрев относительно корпуса БИНС при выделяющейся в радиоэлектронных элементах тепловой мощности 8 Вт в случае теплопере-дающей панели не превысит 0,6 °С, а конвекционной платы - 15 °С;
- конструкция теплопередающей панели на основе тепловых труб более технологична для герметизации в сравнении с конвекционной платой, однако более сложна в изготовлении.
Библиографические ссылки
1. Исследование теплового режима навигационной системы на кольцевых газоразрядных лазерах / В. В. Климаков [и др.] // Вестник РГРТУ. № 39-2. 2012. С. 48-52.
2. Краус А. Д. Охлаждение электронного оборудования. Л. : Энергия, 1971.
Решетневские чтения
V. V. Klimakov
Ryazan State Radio Engineering University, Russia, Ryazan
ANALYSIS OF HEAT REMOVING FROM SINS READOUT ELECTRONICS USING CONVECTION BOARD AND HEAT PIPES
Heat removing abilities are investigated in conformity with high-beat areas of SINS. Breadboard constructions of flat convection boards and heat transfer panels on basis of heat pipes are designed. Heat rejection is provided with temperature difference of 0,6 °C.
© toiHMaKOB B. B., 2012
УДК 681.3
И. В. Козлов ОАО «Ижевский радиозавод», Россия, Ижевск
БОРТОВОЙ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ НЕГЕРМЕТИЧНЫХ ДОЛГОРЕСУРСНЫХ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ
Представлено описание бортового вычислительного комплекса для перспективных платформ космических аппаратов ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», приведена информация о примененных решениях и технических характеристиках разработанного вычислительного комплекса.
Предприятие ОАО «Ижевский радиозавод» (ОАО «ИРЗ») многие годы разрабатывает и выпускает бортовую аппаратуру для ОАО «Информационные спутниковые системы» имени академика М. Ф. Решетнева», в том числе бортовой цифровой вычислительный комплекс (БЦВК). За период с 1999 по 2003 гг. силами коллектива конструкторов ОАО «ИРЗ» был создан БЦВК для космического аппарата «Глонасс-М» и проведена глубокая модернизация комплекса, создан БЦВК используемый в настоящее время в коммерческих проектах.
С началом работ ОАО «ИСС» по созданию перспективной платформы КА возникла потребность в бортовом вычислительном комплексе, значительно превосходящем по характеристикам образцы БЦВК, поставляемые нашим предприятием.
Требования к перспективному бортовому вычислителю, выдвинутые специалистами ОАО «ИСС», невозможно было выполнить путем проведения дальнейшей модернизации БЦВК, возникла необходимость создания бортового вычислительного комплекса (БВК) с улучшенными техническими характеристиками, с более производительным процессором, с большими объемами оперативной и перепрограммируемой памяти.
По архитектуре БВК - это резервированный вычислительный комплекс, реализующий функции управления и контроля КА под управлением БПО и взаимодействующий с бортовой аппаратурой космического аппарата посредством заданного набора интерфейсов.
БВК имеет модульное построение, при этом все модули функционально закончены (рис. 1).
БВК разрабатывается для КА с длительным сроком активного существования (не менее 15 лет). Требуемый уровень надежности и ресурс БВК достигается применением ЭКБ космического уровня качества и резервирование составных частей. Для повышения надежности функционирования и устойчивости к сбоям, вызванным факторами космического пространства, в БВК используется тройное модульное резервирование ответственных функциональных узлов, включая процессор.
Основные технические характеристики БВК для перспективных КА и БЦВК, применяемого в проекте «Глонасс-М», приведены в таблице.
Краткое описание составных частей БВК. Вычислительный модуль (ВМ) работает под управлением БПО, реализует алгоритмы управления и контроля КА, выполняет вычислительные задачи. Вычислительный модуль выполняет обмен с бортовой аппаратурой КА и модулями БВК. ВМ выполняет подсчет временных интервалов от внутреннего или внешнего стабильного генератора, выполняет начальную обработку сигналов прерывания, реализует функции отладки БПО под управлением наземного комплекса отладки. Основным элементом ВМ является процессор архитектуры SPARC V8 (ядро Leon-2FT).
Модуль преобразователей (МП) выполняет функции преобразования сигналов, принимаемых от БА КА в ВМ, и сигналов, формируемых ВМ в БА КА.
Модуль маршрутизатора и защищенной памяти (ММЗП) выполняет функции хранения контекстной информации в защищенной памяти и маршрутизации при обменах по внутренней сети SpaceWire, содержит интерфейсы SpaceWire для подключения внешней бортовой аппаратуры. ММЗП содержит последо-
