CC BY
12
Секция
«МЕХАНИКА КОНСТРУКЦИЙ РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ»
УДК 004.94, 001.891.53
ИССЛЕДОВАНИЯ ТЕПЛОВОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ РЕГУЛЯТОРА ЧАСТОТЫ В РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКЕ И САМОЛЁТАХ
1*
Н. Н. Асташков Научный руководитель - Е. Д. Крылов2
1Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газеты «Красноярский рабочий», 31
2000 «Научно-производственное предприятие «Автономные аэрокосмические системы - ГеоСервис» Российская Федерация, 660079, г. Красноярск, ул. Электриков, 156/1 E-mail: n1k1ta.a.stash0vv@gmail.com
Рассмотрено воздействие теплового потока транзисторов на регулятор частоты и его комплектующие. Данное устройство применяется в ракетной технике и авиации для обеспечения вращения аэродинамических рулей, а также для корректной работы насосов, перекачивающих различные среды, в летательных аппаратах и некоторых видах турбонасосных агрегатов. Приведены результаты экспериментальных исследований при воздействии теплового потока транзисторов на корпус устройства, комплектующие, и окружающую среду.
Ключевые слова: Тепловой поток, регулятор частоты, системы автоматизированного проектирования.
STUDIES OF THE THERMAL EFFECTS OF THE FREQUENCY CONTROLLER IN SPACE ROCKET TECHNOLOGY AND AIRCRAFT
N. N. Astashkov1* Scientific supervisor - E. D. Krylov2
:Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarskii rabochii prospekt, Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation 2Chief Designerin "Autonomous aerospace systems" Ltd 156/1, Elektrikov Str., Krasnoyarsk, 660079, Russian Federation *E-mail: n1k1ta.a.stash0vv@gmail.com
The effect of the heat flux of transistors on the frequency regulator and its components is considered. This device is used in rocketry and aviation to ensure the rotation of aerodynamic rudders and also for the correct operation of pumps pumping various media in aircraft and some types of turbo-pump units. The results of experimental studies are given under the influence of the heat flux of transistors on the device case components and the environment.
Keywords: Heat flow, frequency controller, computer aided design systems.
Авиационные силовые установки современных летательных аппаратов достигли высокой степени технического совершенства. Они позволяют получать при работе на расчетном
режиме необходимую тягу (эквивалентную мощность) при относительно низких значениях удельной массы и удельного расхода топлива. Однако для улучшения характеристик силовых установок на нерасчетных режимах при различных окружающих условиях, а также по мере расширения диапазона скоростей и высот полета летательных аппаратов, возникает потребность в управлении все большим числом параметров рабочего процесса, в усложнении программ управления и в повышении их точности. Положительное решение поставленных задач возможно с помощью средств автоматики - систем автоматического управления (САУ).
САУ представляет собой совокупность объекта регулирования и регулятора. Регуляторы выполняют в системах автоматического управления две функции: управление режимом работы системы автоматического управления и стабилизации режима работы в системах автоматического управления [1].
Для обеспечения необходимого качества электрической энергии совместно с ее источниками функционирует регулирующая аппаратура, которая стабилизирует параметры электрической энергии. Так, совместно с генераторами постоянного тока работают регуляторы напряжения, а с генераторами переменного тока - еще и регуляторы частоты [2].
Объектом исследования является устройство регулирования частоты. Для разрабатываемого беспилотного летательного аппарата в ООО НПП «АВАКС - ГеоСервис» была разработана конструкция регулятора частоты (рис. 1). Частотный регулятор имеет корпус, состоящий из верхней крышки 1 и нижней крышки 2. На верхнюю крышку при помощи винтов устанавливает вентилятор 3. Внутри устройства на плате 4 располагается восемнадцать транзисторов 5. Между верхней крышкой и транзисторами укомплектована теплопроводящая прокладка 6.
Рис. 1. Регулятор частоты
Исследование проводится с целью определения теплового потока, возникающего в корпусе устройства и необходимостью использования принудительной системы охлаждения - кулера. Геометрическая модель создана в учебной версии системы автоматизированного проектирования (САПР) SolidWorks 2020.1, исследование проведено в пакете вычислительной гидро- газодинамики SolidWorks Flow Simulation.
В процессе работы, транзисторы, расположенные на плате, выделяют тепловую энергию, измеряемую в ваттах (Вт). Во время длительной работы возможен перегрев устройства, способный привести к поломке (перегоранию) его и близлежащих устройств. В связи с этим решены две задачи:
- получение теплового потока без использования принудительной системы охлаждения, мощность излучения одного транзистора 2 Вт;
- получение теплового потока с использованием принудительной системы охлаждения, мощность излучения одного транзистора 2 Вт.
Разработана упрощённая модель для проведения теплового анализа конструкции (рис. 2).
Актуальные проблемы авиации и космонавтики - 2020. Том 1
В процессе исследования было определено, что при длительной работе, температура внутри корпуса устройства способна подняться до 140 0С (рис. 3, 4), что неприемлемо для дальнейшей его эксплуатации в системе с другими устройствами. Также при полученной температуре произойдёт расплавление платы - максимальная рабочая температура 130оС [3]. Следовательно, необходимо использовать принудительную систему охлаждения (рис. 5, 6) для поддержания длительной работы регулятора частоты при перекачивании сред в летательных аппаратах.
Рис. 2. Упрощённая модель регулятора частоты
Рис. 3. Тепловой поток без принудительной системы охлаждения
Рис. 4. Температура нагревания платы без принудительной системы охлаждения
1 9.98 25.61 91.24 96.97 42.50 49.19 Температура (текшая среда) ["С]
20.64 26.1 4 31.64 37.1 4 42 63 48 13 Температура (твердое тело) [''"]
Рис. 5. Тепловой поток с использованием принудительной системы охлаждения
Рис. 6. Температура нагревания платы с использованием принудительной системы охлаждения
Таким образом, объект исследования прошёл проверку на тепловое воздействие. В конструкцию устройства при его длительной эксплуатации необходимо интегрировать принудительную систему охлаждения.
Библиографические ссылки
1. Автоматика и регулирование авиационных двигателей и энергетических установок. Часть 1. Теория автоматического управления. Линейные системы / А.Г. Гимадиев, А.Н. Крючков, А.Б. Прокофьев и др. // Учебное пособие - Самарский государственный аэрокосмический университет. - Самара, 2002, - 139 с.
2. Авиационные преобразователи электрической энергии [Электронный ресурс] URL: https://info.wikireading.ru/83219 (Дата обращения: 29.03.2020).
3. Материалы и оборудование для производства печатных плат [Электронный ресурс] URL: http://v-intech.ru/catalogue/laminates/vt-47/ (дата обращения: 31.03.2020).
© Асташков Н. Н., 2020
