Специализированная инженерная система анализа бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004 94л

СОЦИАЛИЗИРОВАННАЯ ИНЖЫЫ'НАЯ С.ИС I ЬМА АНАЛИЗА ПОРТОВОЙ PA/IMOWKTPOHHOI* АППАРАТУРЫ КОГМИЧЯСКОГО АППАРАТА

М. 11. Сухорукое Го.мск-,/й государственный университет систем управления и радиоэлектроники, с. Томск, Россия

.4лно)гаиия - В раооте рассмотрен л система инженерно, го анализа, предназначенная для математического моделирования тепловых н механических режимов функционирования бортовой радиоэлектронном лнищкл >у|1Ы н.< 413ИИК 11|11м*кп 1цшк»н11м. Р;щ1и'и1;1нн;1н run р ми пачицмч in h i иршк-игаии гнршцрн-иых математических моделей представления унифицированных конструкций п уникальных алгоритмов автоматизации процесса моделирования. > прошенные математические модели разработаны на основе :iha:iii<;i «liihinipiihiinнн jimtihi[ihkhchmi фщичегкиv ирикнгпж.

Ключевые слова: математическое моделирование, упрошенные математические модели, тепловой анализ, механический анализ, бортовая радиоэлектронная аппаратура, космический аппарат.

I. Введение

Обеспечение длительного срока активного существования космического аппарата (КА) является вгокнейшей научной, инженерное и экономической задачей, решение которой трссуст глубокого фундаментального подхо-

НИ КГГХ Aim MX (О-СДЛНИ* И :-ЖС11ЛуИ1>111,ИИ ГшрКЖГЙ ]М,;.И(ИЛГК фОННОЙ ¿11111Я]1Я1 У])М (РЭА) [1] ("!|}ЮТГ1 HHCiKOH

задачей обеспечения длительности срока активного существования КА является реализация на всех этапах жизненного цикла оортовок PJA предельно достижимых показателей надежности за счст использования эф-

фгШНКНЫХ KOMII ->Н) irpHKIX ТЕХНОЛОГИИ ИХ lip»r< 1М]Х1К;1НИЧ Г(Ж]ГМГННМГ Д1НТ1ИЖРНИ* к рачкигни кычис лигглк-

ной техники в сочетании с численными методами позволяют вывести калестоо проектируемых промышленных изделии на прннпипкально новый уровень, обеспечивал гарантированную, безаварийную работу в течение заявленного ресурса эксплуатации

Представленные па рынке системы математтпесксго анализа имеют ряд существенных недостатков:

- применение «тя^еловестных» (зинверсалькых) систем (ANSYS, NASTRAN, COMSQL, ABAQUS) требует наличия серьёзных теоретических зпашш в предметной области физгсеи (теплообмен. механика деформггру емогс твёрдого тела, прочность) н опыта владения данными программами:

- частичное пли полнее отсутствие автоматизации процесса моделирования (ручкой процесс подготовки и создания расчетных моделей):

- применение отечественного автоматизированного комплекса АСОНИКА относится к задачам комплексного исследования процессов бортовой РЭА общего к военного назначения:

Решением сложившейся ситуации является разработка специализированной инженерной системы анализа бортовой РЭА КА. которая предназначена для эффективного моделиродаштя теплодых н механических ре>ки мов функционирования бортовей РЭА методом конечных элементов по следующим направлениям:

- стационарный к динамический тепловые анализы;

- модальный анализ:

- анализ па кпазнстатпчесхие (лилейные) нагрузки;

- инииич Н/1 I ирминичп'кук» кипри iHKi к /»данном дияни-яжг чиспог,

- слали 1 па широкополосную случайную вибращпо д заданном диапазоне;

- ИННЛИЧ Н.1 уЦЛрНМГ НО<ДГЙГ1НИЯ

И. АРЯПЕКТУРА СПВД1АЛЮИГ03АШ0Н ШМШШИЮЙ СИСТЕМЫ AI 1АЛША БОГТОООН ГЭА КА Разработанная система построена по модульному принципу и cocicht из централизованного хранилища, прс- и постпроцессоров, а также расчетных ядер теплового и механического анализов (рис. 1).

L

Пре-Продессор

А

*

Пользователе

»«

Централи зо занюе хсаиилине

Виэ/агьная оболэ*<а ш*енерной системы

•а

Посг-Г^зсцессор

Раочэтюе уу;ро тепгового анализа

Расчетное я^ро механического анализа

САПР iSoklWorto. AutoCAD САТ1А.КПМПАС-ЛП>

l'île. 1. Архитектура епсиналтггпэс ванной инженерной системы гналиiа Ъоргсвон ЮА КА

На стадии прспролсссоркон оЬраЬоткн на ссноес данных централизованного хранилища осуществляется подготовка геометрической модели, задание материала и генерация конечно-элементной сеют, о пред с.тек и г физических условий моделирования к автоматическое задание начальных и граничных условий с учетом реальных условий работы 5сртовой РЭАICA. Конечным результатом этапа является конечно- элементная модель, подготовленная для численного решения.

D препроцессор системы включены следующие подмодули:

- подмодуль «ЭРИ« - на основ? импорта данных m механнч-тких гнетем янто^атчянроряннпго прпеж—и-ровання (САПР) и выбранного пользователем типа моделей осуществляет автоматизированное упрощение ЭРИ посредством заимствования их упрощенных математических моделей содержащихся в централизованием хранилище, и последующую трансляцию в общую расчетную модель РЭА:

- подмодуль «Печатная платах - па сспопе импорта дашсых о печатной плате из мехаппческих САПР и выбранного пользователем подхода к упрощению модели осуществляет алтоматнзирозатлюе создание упро щеннон модели печатной плата и последующую трансляцию в сотую расчетную модель 1'ЭА

- снерпцня расчетной сетхи на геометрической модели является основой для составления н решения системы уравнений е матричном виде. В данной chcicmc возможно два способа генерации сетки:

- гвтоматическая генерация сетки с установками по умолчанию при запуске на решение. При этом имеется возможность предварительно просмотреть сетку до запуска на расчет, чтобы опенпть сё соответствие поставленной .чадячг

- генерация сенат с задаваемыми пользователем установками. В этом случае пользователь самостоятельно определяет особенности создаваемой сетки и задает значения необходимых параметров.

Централизованное хранилище предназначено для хранения всей необходимой информации в обеспечение построения упрощенных математических моделей бортовой РЭА. проведения расчета н анализа полученных результатов. Хранилище состоит из служебных таблзщ. описывающих содержимое таблиц данных и связи э них. Управление базой данных осуществляется Microsoft Access через доступ ODBC'

Благодаря постпроцессору возмолаю формирование отчетов в соответствии с ГОСТом и в презентационном варианте. a также возможен вывод результатов в графическом представлес:ш1.

Ш. УПРОЩЕНИЕ МАТПМАШЧЕСКИЕ МОЛИЛИ Подробная (детализированная) математическая модель бортовой ГЭА КА (рис. 2) включает в себя множество геометрических элементов [2]: несущие конструкции 1-го н 2-го уровней, переходные огасрстня. элсктро-радяонзделия и т.д.. что приводит е значительному увеличению временных и вычислительных рсеурсоз при проведенкп анализов.

В сьхзи с ким upemiaiaciui нсиользовань упрощенные чни.енные модели, кшорые лшьоая1 оОесисчигь со-

криш.гннг КМЧИГЛИï ЩЬНМХ ¡Ш'У^КОК [Ч], НГООХС >ДНМ К X Д.1И 1[Х1КГДГНИМ ШИЛИ« рГАИМОК ]1и(хТ1К1 iKIjrOKOH РЭА ЧТО К ЛЬ СЛРДПНИГ 11]1ННГДП к

- возможности проработки большего числа вариантов конструкции:

- уменьшению технического риска отказов электронного оборудования при реализации передовых решений (проектных: конструктивных, технологических), внедрение «системы-на-кристалле» на ранних этапах создания бортовой РЭА:

- сокращению времени проведения расчетов и. как следствие, сокращению сроков разработки бортовой РЭА.

Рис. 2. Детализированная геометрия: а - РЭА КА: 6 - унифицированный электронный модуль

Так применение упрошенных математических моделей при моделировании собственных частот системы автономной навигации позволило сократить число узлов конечно-элементной сетки в 1 68 раза (с 637180 до 379274), элементов, в 1.57 раза (с 33827S до 215464) [4].

Создание упрощенных моделей происходит на стадии препроцессорной обработки благодаря уникальным алгоритмам для автоматизированного построения упрошенных моделей и базируется на общепризнанных методах н подходах [5]. оказывающих влияние на результаты расчетов в допустимых пределах, таких как геометрическое упрощение: физическое упрощение: математическое упрощение.

IV. ВЫВ ОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты работы будут востребованы при разработке, изготовлении и испытаниях бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата на головных предприятиях Российского космического агентства.

Разработанная система включает в себя упрошенные математические модели и уникальные алгоритмы для автоматизированного проведения компьютерного моделирования унифицированных конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата.

Разработанная система обеспечивает: автоматизированную проверку исходных данных и результатов моделирования: согласованное, эффективное управление и хранение огромных массивов расчётных данных: лёгкий структурированный доступ ко всем данным моделирования и анализа

Работа выполнена при поддержке Фонда содействия развитию малых форм предприятий (Договор № 5073 ГУ1/2014 от 26.12.2014 г.).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

L. Сухоруков М. П.. Шиняков Ю. А., Сунцов С. Б. Физические процессы вибрационных воздействий на характеристики измерительных устройств // Известия высших учебных заведений. Физика 2015. Г. 58. № 11. С. 153-158.

2. Сунцов С. Б., Карабан В. М, Сухоруков М П., Морозов Е. А. Численное моделирование напряженно-деформированного состояния унифицированного электронного модуля И Известия высших учебных заведений. Физика 2012. Т. 55, № 9-3. С. 120-125.

3. Сухоруков М. П. Математические модели радиоэлектронной аппаратуры космического аппарата П Доклады ТУСУРа. 2015. № 4 (38). С. 191-194.

4. Сухоруков М„ П. Численное моделирование собственных частот радиоэлектронной аппарату ры космического аппарата .V Вестн Том. гос. ун-та. Математика и механика. 2015 № 4(36). С. 93-100

5. Сунцов С. Б.. Карабан В. М., Сухоруков М. П., Морозов Е. А. Создание упрощенной тепловой модели унифицированного электронного модуля И Известия высших учебных заведений. Физика. 2012.Т. 55. № 9-3. С 114-119