Оценка предельной температуры кольцевых лазеров в условиях конвективного теплообмена внутри бесплатформенной инерциальной навигационной системы

Климаков В.В.; Улитенко А.И.; Чиркин М.В.; Молчанов А.В.

Решетневские чтения

Форма напряжения на входе выходного фильтра квазирезонансного преобразователя

Форма напряжения на входе выходного фильтра классического импульсного преобразователя

Rl

L$ C1

L1

Ьс - собственная индуктивность конденсатора

С1 - межвитковя емкость дросселя Яс - эквивалентное сопротивление конденсатора

Ян - сопротивление нагрузки

Яь- сопротивление обмотки дросселя

б

Ce

RC

Lc

Рис. 1. Сигналы напряжения через ключевой элемент для понижающего ПН с разными режимами работы

ио„

дБ

Lm, дБ .

-1601-

1x105

Пе рва J я га рмон шка т а If

f Г Т ........ИИ»

1

Y

f,Гц 1x108

б

Рис. 2. ЛАЧХ выходного фильтра (а) и относительная спектральная характеристика напряжения КЭ (б), где fk частота коммутации соответствующая первой гармонике

A. S. Karzhaev, N. N. Goryashin Siberian State Aerospace University named after academician M. F. Reshetnev, Russia, Krasnoyarsk

ABOUT SPECTRAL EVALUATION METHOD OF ELECTROMAGNETIC NOISE PRODUCED BY SWITCHING POWER CONVERTERS

The spectrum evaluating analysis of signals in switching power converter operated under zero-current-switching mode in comparison with conventional hard switching pulsed-width modulated converter is presented.

УДК 629.7.054.82

В. В. Климаков, А. И. Улитенко, М. В. Чиркин Рязанский государственный радиотехнический университет, Россия, Рязань

А. В. Молчанов

Московский институт электромеханики и автоматики, Россия, Москва

ОЦЕНКА ПРЕДЕЛЬНОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ КОЛЬЦЕВЫХ ЛАЗЕРОВ В УСЛОВИЯХ КОНВЕКТИВНОГО ТЕПЛООБМЕНА ВНУТРИ БЕСПЛАТФОРМЕННОЙ ИНЕРЦИАЛЬНОЙ НАВИГАЦИОННОЙ СИСТЕМЫ

Выполнены оценки предельной температуры кольцевых лазеров вблизи верхней границы температурного диапазона эксплуатации бесплатформенная инерциальная навигационная система (БИНС).

Поддержание точности и надежного функционирования БИНС включает задачу ограничения предельных температур моноблоков кольцевых лазеров, изготовленных из стеклокерамики. От ее успешного решения зависит возможность понизить нестабильность масштабного коэффициента лазерного гироско-

па до уровня 1 ppm, для чего необходимо предотвратить переключения кольцевого лазера на соседние продольные моды при тепловом расширении [1]. В настоящей работе проведен сравнительный анализ эффективности отвода тепла от лазерных гироскопов в производимых БИНС с целью поиска путей для реа-

t

а

20

100

1x10

а

Системы управления, космическая навигация и связь

лизации приемлемого теплового режима кольцевых лазеров.

Оценка температуры кольцевых лазеров выполнена с учетом особенности конструкций БИНС, в которых блок чувствительных элементов подвешен на амортизаторах внутри оребренного внешнего корпуса. Такое решение сопровождается скачками температуры на границах воздушного зазора между блоком чувствительных элементов и внешним корпусом. Расчеты проведены при температурах окружающей среды +55 и +80 °С, типичных для длительного и кратковременного воздействий, соответственно.

Тепловые потоки Q, отводимые от стенки внешнего корпуса и блока чувствительных элементов, связаны с характеристиками их поверхностей соотношениями:

2 2 дг = 1,7-а! -V3 .(ГКорП -^) + Е1 • Со • V3 • ^ори, (1)

( „ „ ч л

Q

БЧЭл

а - а - l

■ F

БЧЭ

'(^БЧЭ T

корп

1(aj +а2 )+Ô-a1 -a

) + e2 - C0 - ^БЧЭ -(TI

БЧЭ TK ,

лообмена обеспечить тепловой режим кольцевых лазеров, приемлемый для надежного функционирования БИНС, при температуре окружающей среды выше +50 оС.

2. Ограничение температуры моноблоков кольцевых лазеров величиной +70 оС, допускающей автоматическое регулирование периметра кольцевого резонатора без межмодовых переключений [2], достижимо, если уменьшить на порядок температурные скачки на внутренних границах раздела. Возможность решения проблемы перегрева кольцевых лазеров заключена в интегрировании в конструкцию БИНС тепловых труб [3].

(2)

где аь а2 - коэффициенты теплоотдачи; 8Ь 82 - коэффициенты черноты; Со - константа Стефана-Больцмана; V - объем БИНС; X - теплопроводность воздуха; 5 - воздушный зазор между блоком чувствительных элементов и корпусом БИНС; ^бчэ - площадь поверхности стенки блока чувствительных элементов.

В формулах (1), (2) учтены конвективная теплоотдача на границах «стенка-воздух» и тепловое излучение. Множитель 1,7 в правой части выражения (1) отражает увеличение площади теплообмена с учетом оребрения внешнего корпуса. Коэффициент теплоотдачи для естественной конвекции соответствует верхней оценке его величины 7 (Вт/м2-К), а коэффициент черноты 8 принят равным 0,39 (для материала Д16).

Результаты теоретических оценок температуры моноблоков кольцевых лазеров в БИНС иностранного и отечественного производства [2] отражает рисунок. Значительный вклад (около 20 оС) в перегрев моноблоков кольцевых лазеров и окружающей среды вносят скачки температуры на внутренних границах раздела.

Выполненные исследования условий отвода тепла приводят к следующим выводам:

1. Скачки температуры на внутренних границах раздела не позволяют в условиях конвективного теп-

1980

1985

1990

1995

2000

2005 2010 годы

Оценки температуры кольцевых лазеров при температурах окружающей среды 80 °С (о) и 55 °С (о) для производимых БИНС [1]

Библиографические ссылки

1. Кузнецов А. Г. Инерциальные навигационные системы разработки ОАО «МИЭА». Результаты внедрения и перспективы развития // Устройства измерения, сбора и обработки сигналов в информационно-управляющих комплексах : тез. докл. 1 Всерос. науч.-практ. конф. (6-10 сентября 2011, г. Ульяновск). Ульяновск : УлГТУ, 2011. С. 4-15.

2. Запотылько Н. Р., Катков А. А., Недзвецская А. А. Пьезокорректор для компенсации тепловых вариаций длинны оптического пути резонатора лазерного гироскопа // Оптический журнал. 2011. № 10(78). С. 10-12.

3. Улитенко А. И., Климаков В. В., Молчанов А. В., Чиркин М. В. Выравнивание температурного поля в бесплатформенной инерциальной навигационной системе на лазерных гироскопах // Радиотехника. 2012. № 3. С. 171-176.

V. V. Klimakov, A. I. Ulitenko, M. V. Chirkin Ryazan State Radio Engineering University, Russia, Ryazan

A. V. Molchanov

Moscow Institute of Electromechanics and Automatics, Russia, Moscow

RING LASER LIMITING TEMPERATURE ESTIMATION INSIDE SINS WITH CONVECTIVE HEAT REMOVAL

The limiting thermal regime of ring lasers is estimated under conditions of SINS operation in the close to of the upper limit environment temperature.