автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Исследование тепловых режимов элементов и устройств бортовых систем управления космического назначения методом электротепловой аналогии

На правах рукописи

Белоусов Александр Владимирович

Исследование тепловых режимов элементов и устройств бортовых систем управления космического назначения методом электротепловой аналогии

Специальность 05.13.05 - элементы и устройства вычислительной техники и систем управления Специальность 01.04.14 - теплофизика и теоретическая теплотехника

Автореферат диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Томск-2004

Работа выполнена в Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники и Федеральном государственном унитарном предприятии "Научно-производственный Центр "Полюс".

Научные руководители:

доктор физико-математических наук, профессор Несмелое Николай Сергеевич, кандидат технических наук, доцент Алексеев Валерий Павлович.

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Малышенко Александр Максимович, кандидат технических наук, доцент Зайченко Татьяна Николаевна.

Ведущая организация:

Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-производственное объединение прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева», г. Железногорск.

Защита диссертации состоится 22 апреля 2004 г. в 9.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.268.03 при Томском государственном университете систем управления и радиоэлектроники, по адресу: 634050, г. Томск, пр. Ленина 40, аудитория 230.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники.

Автореферат разослан 18 марта 2004 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета " ^^^^ Курячий М.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Состояние вопроса

Разработка любого устройства, в особенности бортового устройства космического назначения, сталкивается с большими трудностями, которые связаны с ограничением массы и габаритов, обеспечением теплового режима, выбором системы терморегулирования и т.д., а также отсутствием достоверных методик анализа эксплуатационных режимов.

Проектирование устройств космического назначения связано со сложностью обеспечения нормального теплового режима в условиях как внешних (окружающая среда), так и внутренних (тепловыделения в электрорадиоэлементах (ЭРЭ)) тепловых воздействий. Нормальный тепловой режим таких устройств это такой, при котором температура каждого из элементов устройства не превышает допустимую, а общая надежность его будет не ниже заданной.

Наиболее теплонагруженными устройствами на борту космического аппарата (КА) являются комплексы автоматики и стабилизации (КАС), а также блоки автоматики и стабилизации (БАС) системы электроснабжения, управляющие потоками электрической энергии между источником (солнечными батареями), накопителем (аккумуляторами) и нагрузкой (бортовой аппаратурой). В состав КАС входят элементы и устройства вычислительной техники, силовые энергопреобразующие устройства, системы экстремального регулирования мощности солнечных батарей и стабилизации напряжения питания бортовой аппаратуры.

Характерной особенностью работы КАС на борту КА является работа в динамических режимах, когда в зависимости от орбитального положения КА (в тени Земли или на освещенном участке орбиты) попеременно работают зарядные или разрядные силовые энергопреобра-зующие устройства. Соответственно изменяется мощность тепловыделения и температурные поля в узлах и блоках КАС.

Наличие в узлах и блоках КАС большого количества тепловыделяющих ЭРЭ, а также конструктивных элементов, выполненных из материалов с разными теплофизическими характеристиками, приводит к усложнению системы дифференциальных уравнений, которой описывается его теплофизическая модель. Кроме этого, необходимо моделировать и согласовывать начальные и граничные условия на границах неоднородностей теплофизических характеристик элементов конструкции.

В исследовании стационарных и динамических тепловых режимов устройств широкое применение получили численные методы решения дифференциальных уравнений

РОС. НАЦИОНАЛЬНАЯ I | БИБЛИОТЕКА |

Решение системы таких уравнений представляет собой сложную теплофизическую и математическую задачу, которую необходимо сформулировать и решить для частного конструкторско-технологического исполнения того или иного узла, конструктива, блока и прибора в целом.

Имеющиеся в настоящее время пакеты прикладных программ (ППП), такие как Ansys, Nastran, Flow3D, не позволяют с заданной точностью проводить исследования тепловых режимов и температурных полей по конструкции и элементам устройств космического назначения и требуют создания математических моделей. Для создания математических моделей необходима классификация конструктивных решений размещения и крепления тепловыделяющих ЭРЭ к элементам конструкции, а также количественных характеристик теплопроводности среды, которая воспринимает тепло от силовых блоков БАС и передает суммарный тепловой поток на излучатель системы терморегулирования.

Актуальность работы

С повышением требований к надежности, долговечности, увеличению удельных мощностей приборов, работающих в динамическом режиме, к массогабаритным параметрам (с учетом применения новых материалов) и экономическим показателям космических устройств возникла- необходимость детальной проработки вопросов, связанных со схемотехническими и конструкторскими решениями на различных этапах проектирования.

Тепловыделение КАС задано в технических требованиях и подлежит постоянному уточнению по мере получения новой информации в процессе разработки, вплоть до установления значений, измеренных по результатам испытаний конкретного образца КАС.

В ходе проектирования КАС должны быть проведены тепловые анализы отдельных узлов, блоков и КАС в целом с выпуском соответствующих документов.

В настоящее время развитие ЭВМ позволяет проводить расчет тепловых режимов и температурных полей по конструкции устройства с учетом различных воздействующих факторов с наименьшими трудозатратами.

Имеющиеся численные методы расчета тепловых режимов и температурных полей по конструкции не учитывают особенности устройств космического назначения.

Поэтому одной из важных задач исследования, обеспечивающих ускорение научно-технического прогресса при проектировании устройств космического назначения любого конструктивного исполнения, является, пррработка вопроса обеспечения требуемой надежности, раз-

работка научного подхода и эффективной методики, позволяющей проводить анализ конструкций устройства на соответствие нормальному тепловому режиму.

Цель работы

Разработка научных подходов, методов, алгоритмов и программ анализа теплового режима элементов и устройств систем управления ботового электроснабжения с целью улучшения их качественных и эксплуатационных показателей.

Для достижения поставленной цели решены следующее задачи:

1. Проведен анализ и классификация существующих методов исследования тепловых режимов элементов и устройств с учетом их современного состояния и тенденций развития.

2. Разработаны алгоритмы программ и методики расчета теплового режима устройства, основанные на методе электротепловой аналогии.

3. Доработан метод электротепловой аналогии введением в классическую электротепловую модель теплоиндуктивности.

4. Синтезированы математические модели для описания реальных тепловых процессов элементов с учетом особенностей космических устройств.

5. Разработаны компьютерные программы расчета теплового режима элементов и устройств космического назначения.

Научная новизна

1. Разработана классификация типовых конструктивных решений по характеристикам теплопроводности от тепловыделяющих ЭРЭ для кондуктивного способа отвода тепла в бортовой аппаратуре космического аппарата.

2. Впервые предложено использовать математический аппарат программ схемотехнического моделирования (MicroCAP, Electronics Workbench, OrCad) для расчета тепловых режимов элементов и устройств систем управления космического назначения.

3. Разработана методика для исследования тепловых режимов элементов и устройств космического назначения с применением метода электротепловой аналогии.

4. Впервые предложена интегрированная электротепловая схема, в которой учитываются теплофизические свойства конструкции и способы теплообмена.

5. Впервые введено понятие "теплоиндуктивности" для совершенствования теоретической базы алгоритмов и программ анализа тепловых режимов элементов систем управления бортового электроснабжения методом электротепловой аналогии.

Достоверность результатов

Теоретические исследования подтверждены экспериментальными исследованиями температурных полей конкретных образцов аппаратуры в условиях пониженного атмосферного давления до 10-4 мм рт. ст.

Практическая ценность работы

Разработана методика исследования тепловых процессов, которая позволяет проводить расчет и анализ температурных полей узлов и блоков аппаратуры космического аппарата, размещенной как в герметичном контейнере и охлаждаемой газом, так и внегермоконтейнера с использованием кондуктивиого способа отвода тепла. Использование пакетов прикладных программ при анализе тепловых режимов позволило существенно снизить трудоемкость теплового моделирования.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Применение метода электротепловой аналогии в сочетании с использованием пакетов схемотехнического моделирования позволяет рассчитывать нестационарные тепловые режимы элементов и устройств космического назначения с учетом неоднородности теплофизи-ческих параметров элементов конструкции.

2. Метод электротепловой аналогии, дополненный понятием «те-плоиндуктивности», позволяет учесть инерционность элементов тепловой системы и проводить анализ динамических нестационарных тепловых режимов энергопреобразующей аппаратуры.

3. Применение интегрированных электротепловых схем в исследовании тепловых режимов элементов и устройств космического назначения позволяет реализовать системный подход к проектированию аппаратуры.

Внедрение результатов работы

Результаты диссертационной работы внедрены в НПЦ «Полюс» (Росавиакосмос) при создании тепловых моделей и проведении тепловых анализов комплекса автоматики и стабилизации системы электроснабжения (СЭС) КА «Глонасс-М» и блока автоматики и стабилизации СЭС КА «Гонец-М».

Теоретические результаты использованы на кафедре конструирования и производства радиоаппаратуры Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники в соответствующих лекционных курсах. Разработанные алгоритмы и программы, применены в лабораторном практикуме по конструированию радиоэлектронных средств.

Апробация работы

Основные результаты доложены на: городской научно-технической конференции по приборостроению, посвященной сорокалетию полета Гагарина Ю.А. в космос (Томск, ТПУ, 2001 г.); технологическом конгрессе «Современные технологии при. создании продукции военного и гражданского назначения» (Омск, 2001 г.); международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи» (Томск, ТПУ, 2001 г.); 7-й международной научно-практической конференции «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (СИБРЕСУРС-7-2001)» (Барнаул, 2001 г.); Всероссийской научно-практической конференции, посвященной 40-летию ТУСУРа (Томск, ТУСУР, 2002 г.); VIII международной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «СТТ'2002» на русском и английском языках (Томск, ТПУ, 2002 г.); Международной научно-практической конференции «САКС 2002» (Красноярск, 2002 г.).

Публикации

По материалам диссертационной темы опубликовано том числе полных текстов докладов - 3 , тезисов докладов рованных статей - 2.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, пяти разделов, заключения, списка литературы и 3 приложений. Работа содержит 148 страниц основного текста с рисунками, 2 страницы приложений, список литературы из 78 источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и научная новизна диссертации. Определены суть проблемы, цель диссертационной работы и основные задачи исследования, сформулированы положения, выносимые на защиту.

В первой разделе дан обзор и анализ литературных и других источников информации.

Дана классификация конструктивных решений размещения и крепления тепловыделяющих ЭРЭ к элементам конструкции с позиции теплового проектирования. Рассмотрены системы охлаждения для устройств, выполненных в гермоконтейнерном и внегермоконтейнер-ном исполнении.

Рассмотрены пути и методы исследования тепловых режимов устройств космического назначения, в основе которых лежат аналити-

- 10 работ, в

- 5, депони-

ческие и численные методы. Показано, что в силу сложности вывода алгебраического закона изменения температуры аналитические методы расчета позволяют реализовать лишь простейшие одномерные модели. Поэтому делается акцент на численные методы решения задач теплообмена. Для решения этих задач численными методами широко применяются методы конечных разностей и конечных элементов.

Показано, что для исследования теплового режима элементов и устройств наиболее приемлемым является метод электротепловой аналогии. Для автоматизации расчетов на ЭВМ с применением этого метода самым подходящим является ППП OrCad, поскольку имеет гибкую и удобную среду для создания новых и модификации имеющихся математических моделей электрических элементов.

Поскольку рассматриваемые устройства являются сложными системами, то для упрощения построения моделей необходима укрупненная модель, представленная в виде функциональной модели устройства. Для описания тепловых взаимодействий в укрупненной модели необходимо синтезировать базовую математическую нестационарную модель каждого элемента устройства.

Во втором разделе описана разработанная нестационарная электротепловая модель устройства любого системного уровня. Эта модель включает в себя начальные условия (НУ) и граничные условия (ГУ) и основывается на уравнении теплопроводности. В системе источников электрической энергии она записывается в виде:

где с(х,у,х) - электропроводность, АЩх.у.г) - падение напряжения; Р|(х1У»г) - ток, соответствующий электрическим потерям в элементе конструкции; Ц) - начальное смещение напряжения, .Г - ток, $ - функция тока, зависящий от разности напряжения (11о-и); X - время.

Для решения задачи, определяемой моделью (1), предложено перейти к условной трехмерной модели, которая определяется топологической структурой исследуемого устройства. Переход к условной модели заключается в запоминании пространственных координат и геометрических размеров элементов конструкции и кодирование их индексом ^ которым также определяется узел в электротепловой схеме.

Модель НУ в ьм узле реализована с помощью источника напряжения, подключаемого между ьм узлом и относительным нулем в электротепловой схеме, рисунок 1.

где ф| - потенциал в ьм узле схемы; i - узел в электротепловой схеме и индекс устройства; п -количество устройств, участвующих в теплообмене. Здесь и далее потенциал ф; заменяет температуру

Причем, для установления количественной связи между аналогичными физическими параметрами (аналогами) введены масштабные коэффициенты кс, ко, к,, к,, которые связывают:

С

кс = —— - теплоемкость и электрическую емкостью;

к_ =— - теплопроводность и электропроводность;

- температуру и электрический потенциал;

- тепловой поток и электрический поток.

Модель ГУ предлагается определять ^—1ц(ф0"ф0

как источник тока, управляемый напряже- Г-^/-0

нием, что позволяет задавать ГУ третьего ^JL <Pi(Xi yi Z,)

рода, рисунок 2. Электрическая модель ГУ Му

третьего рода в сосредоточенных парамет-

pax имеет вид: ^ Рисунок 2

где lie - переменная электрическая проводимость между средой и i-м узлом электрической схемы, <рс - потенциал, которым задается температура среды; - электропроводность.

Для тепловых моделей устройства космического назначения, выполненного в гермоконтейнерном и внегермоконтейнером исполнении,

ГУ третьего рода разделены по основным типам теплообмена: естественная конвекция, излучение и теплопроводность.

Электротепловая модель теплообмена, обусловленного излучением, в электрических величинах запишется:

где 1у-ток; Су- электропроводность между ьм и ^м узлами; ф-„ ф] -потенциалы в ьм и ^м узлах, соответственно; £пр -приведенная степень черноты; к^ -коэффициент облученности первого тела вторым; Еь £2 - степень черноты первого и второго тела.

Электрическая схема модели (4), дополненная источником напряжения <ро, показана на рисунке 2.

Электротепловая модель ГУ, соответствующая теплообмену конвекцией, имеет вид:

'¡=аконвлкР^-Фс) V

аконвл =Р(Х; ^ А1/3: А1/4: <Рс):

N€(1,3; 1; 0,7),

(5)

где 1конвл - коэффициент теплоотдачи конвекцией»;-коэффициент, учитывающий давление; -площадь поверхности; X - коэффициент, за счет которого производится коммутация моделей, законов 1/3 и 1/4 степени; Ащ, А1/4 - коэффициенты, соответствующие законам 1/3 и 1/4 степени; N коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности.

На основе модели (5) построена электрическая схема, показанная на рисунке 3, позво- Рисунок.

ляющая исследовать теплообмен конвекцией между средой и устройством. Эта схема построена с помо-

щью ключа и двух источников тока, управляемых напряжением, а также источника напряжения

Модель теплопроводности представляется в виде уравнения (3) при условии, что значение проводимости является постоянной величиной. Этой модели соответствует электрическая схема, которая построена на основе постоянного резистора.

Поскольку применение моделей (2) (5) в классическом варианте метода электротепловой аналогии для построения электротепловых схем трудоемко и громоздко, то предложено построить унифицированную электротепловую модель элемента устройства любого системного уровня.

Опираясь на модели (1) (5), можно составить следующую систему уравнений:

где 1у - ток, протекающий между i-м и j-м узлами; 1конвл> ^излЛ -функции токов I(cpj-(pi), которыми задаются тепловые потоки, соответствующие теплообмену конвекцией и излучением между i-м и j-м узлом; 1пот-ток, которым задаются электрические потери в элементе; Ijj - проводимость, теплопроводность между j-м и i-м элементом; ф;, <Pj-потенциалы в i-м и j-м узлах соответственно; С-теплоемкость конструкции; - время.

В соответствии с моделью (6) jq предлагается построить электротепловую модель типа «черный ящик», в которой заранее определяются входные и выходные связи. Эти связи определены по типу теплообмена: теплопроводность (Tin), естественная конвекция (Ко), излучение (Is). Дополнительные две связи обеспечивают соединение последующих моделей с анализируемой (Tout) и ввод в модель электрических потерь (Р).

Рисунок4

Структурно эта модель показана на рисунке 4. Условное графическое обозначение модели типа «черный ящик» и раскрытая ее структура показаны на рисунке 5.

На основе полученных результатах, синтезирована электротепловая модель устройства любого системного уровня, которая состоит из следующих частей - электротепловой модели устройства и граничных условий для этой модели. Эта синтезированная модель будет называться интегрированной электротепловой моделью. Если эту модель дополнить начальными условиями, электрическими потерями в устройстве и тепловыми связями с другими моделями, то получаем интегрированную электротепловую схему.

а) - условное графическое обозначение модели типа «черный ящик»;

б) - раскрытая структура модели

Рисунок 5

В третьем разделе рассмотрены особенности электротепловых моделей в случае нестационарных режимов работы устройства при учете внутренней проводимости и теплоиндуктивности.

В синтезированную модель, введена внутренняя проводимость, как показано на рисунке 6. Ввод внутренней проводимости СТВИ позволяет рассчитывать среднеобъемную и среднеповерхностную темпера-

туры. В электрической схеме модели соответственно среднеобъемной и сред-неповерхностной температурам получаем потенциалы <Р1Ш и (р2»ьи-

Значение внутренней проводимости можно рассчитать по формулам, приведенным в работе [10]. Математическая модель с учетом внутренней проводимости в электрических параметрах имеет вид:

1с

I

Рисунок 6

а(ф2

вых В:

а + а„

■II.

2вых

'вн 1

После проведения ряда тестовых экспериментов отмечено смещение пика кривой нагрева на некоторую величину относительно рассчитанной по RC-модели.

Поэтому, для учета пика смещения, при расчете теплового режима, в синтезированную модель вводится элемент «теплоиндуктив-ность».

С учетом теплоиндуктивности математическая модель в электрических параметрах будет иметь вид:

а2<р

Эх

(7)

ёф ^ Ь <Д ф _ 1__

йх. Я йх2 ~ ЯС йх2

Тогда из уравнения (8) можно выразить соотношение для времени смещения пика кривой нагрева :

где R - тепловое сопротивление; L - теплоиндуктивность.

Электрическая схема модели (8) представлена на рисунке 7. Среднее значение- теплоиндуктивности можно рассчитать по предлагаемой формуле:

По вышеприведенной модели можно рассчитать среднеобъемные и среднеповерхностные температуры, которые позволяют провести анализ теплового режима устройства. При анализе тепловых режимов ЭРЭ печатного узла или блока удается получить наглядную картину

температурного поля, исходя из компоновки этой конструкции. Для упрощения расчета температурного поля можно воспользоваться ранее рассчитанными значениями среднеобъемных и среднеповерхностных температур теплонагруженных ЭРЭ и печатных узлов. В этом случае для расчета температурного поля достаточно решить стационарную задачу.

Поскольку печатный узел или блок Фы+1

закрепляются в конструкции конкрет- т

ным способом, то граничные условия П Ry

сводятся к моделям этих элементов крепления. ГУ могут быть первого или вто- фм j poro рода, а также может встречаться О—1 случай и смешанных ГУ.

Температурное поле в стационарном режиме рассчитывается методом конечных разностей по шаблону типа «крест» по составленной электротепловой сетке, состоящей из набора тепловых сопротивлений. Шаблон типа «крест» приведен на рисунке 8. Решение полученной системы уравнений находится итерационным методом Зейделя.

Ошибка расчета температурного поля равна сумме невязки Е<р и ошибки аппроксимации фЕ, т.е. Е = Еф + <рЕ.

Рисунок!

В четвертом разделе приведены методики расчета.

Для корректного исследования тепловых режимов устройств космического назначения на основе предлагаемых моделей типа «черный ящик» и расчета среднеобъемных температур с последующим уточнением их в каждой точке конструктива требуется соблюдение общей методики расчета, которая структурно показана на рисунке 9.

Предлагаемая методика состоит из двух частей, которые, могут применяться как две самостоятельные методики: 1) расчет среднеобъ-

Расчет среднеобъемной температуры элементов во времени t(t) Расчет температурного поля в некоторый момент времени

Лнализ полученных результатов на соответствие нормальному тепловому режиму

Рисунок 9

емных и среднеповерхностных температур элементов конструкции устройства; 2) расчет температурного поля конструкции.

Массив исходных данных - Математическое описание электротепловой -модели конструктивов устройства Построение ин-. тегрированной электротепловой схемы

' И: *

Расчет напряжений и токов электротепловой схемы _±_

Преобразование электрических параметров (напряжение и ток) в тепловые (температура и тепловой поток) в соответствии с масштабными коэффициентами

Рисунок 10

С помощью первой методики расчета среднеобъемной и средне-поверхностной температуры, представленной на рисунке 10, можно определить значения температур с учетом конструктивных особенностей типа крепления, ориентации в пространстве и при учете условий эксплуатации.

Рисунок 11

Вторая методика позволяет наглядно определить перегревы элементов конструкции в виде температурного поля. По этой методике, исходя из ранее рассчитанных среднеобъемных и среднеповерхност-ных температур, рассчитывается температурное поле конструкции устройства. Структурная схема этой методики показана на рисунке 11.

Очень часто возникает необходимость расчета температурного поля печатного узла, где равномерно распределены теплонагруженные ЭРИ с близкими теплофизическими параметрами. В этом случае модель печатного узла можно представить в виде однородного тела. Например, печатный узел с расположенными на нем микросхемами, которые выполнены в корпусе одного типа. Эта задача решается методом конечных разностей, причем для повышения точности расчета вводится подпрограммы пересчета коэффициента теплоотдачи.

В пятом разделе рассматривается пример расчета конкретной конструкции устройства с учетом проведенных исследований.

В качестве примера был выбран блок автоматики и стабилизации (БАС), входящий в состав системы управления электроснабжения, габаритный чертеж которого приведен на рисунке 12. БАС состоит из четырех блоков: СНА, УК50, УК32 и ЗРУ, где СНА и ЗРУ теплонагруженные блоки. Рассеиваемые мощности потерь приведены в таблице 1.

По габаритному чертежу составлена интегрированная электротепловая схема, рисунок 13. Результаты расчета по это схеме даны в таблице 2.

и1 выл иг ик5о

Рисунок 13

Таблица 1 - Рассеиваемые мощности потерь в блоках для двух режимов, Вт_

Блоки Режим №1 Режим №2

СНА 2,3 0,7

УК50 2,7 1,1

УК32 22 16,1

ЗРУ 21,6 15,7

Таблица 2

Режим Блок Б, м2 Р«» Вт ^Л* °с Ч, Вт/м2

Режим №1 СНА 0,012 2,31 40,19 193

УК 50 0,003 2,87 40,5 957

УК 32 0,003 21,16 43,11 7053

ЗРУ 0,010 21,50 41,88 2150

Режим №2 СНА 0,012 0,70 40,09 58

УК 50 0,003 1,26 40,26 420

УК 32 0,003 15,46 42,29 5153

ЗРУ 0,010. 15,60 41,38 1560

Одним из условий, предъявляемых заказчиком к разрабатываемому прибору, является обеспечение плотности теплового потока с поверхности корпуса устройства на термоплиту не выше заданной. Для БАС она составляет не более 2000 Вт/м2. Рассчитанные значения плотностей теплового потока с поверхности устройства на термоплиту (см. таблицу 2) показали, что в режиме №1 для блоков УК32 и ЗРУ, а также в режиме №2 для этих же блоков превышают заданные. Отсюда следует, что для блоков УК32 и ЗРУ не выполняется условие по отводимому на термоплиту тепловому потоку, что может привести к недопустимым перегревам элементов. Для выполнения требования по отводимому тепловому потоку предложено под блоками УК32 и ЗРУ увеличить площадь теплового контакта.

В заключении приведены основные результаты и сделаны выводы по диссертационной работе.

В приложении приведены документы, подтверждающие результаты внедрения предложенных в работе методов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Приведена классификация конструктивных решений размещения и крепления тепловыделяющих элементов систем управления космического назначения с позиции теплового проектирования.

2. Выведены в удобной для автоматизации расчетов форме математические модели элементов с учетом теплообмена конвекцией и излучения. На основании полученных уравнений теплообмена предложены электротепловые модели граничных условий.

3. На основе проведенных исследований предложена функциональная модель элементов систем управления различного структурного уровня типа «черный ящик».

4. Учтен эффект внутренней тепловой проводимости в интегрированных электротепловых моделях элементов и устройств космического назначения.

5. Введено понятие «теплоиндуктивность», дано ее определение в методе электротепловой аналогии при исследовании нестационарных тепловых процессов. С учетом теплоиндуктивности предложена электротепловая модель элемента конструкции.

6. Разработаны алгоритмы и методики расчета среднеобъемной температуры и температурного поля элементов и устройств систем управления космического назначения.

7. На примере блока автоматики и стабилизации, входящего в состав системы управления электроснабжением, показана возможность исследования любой конструкции бортового устройства космического назначения без проведения промежуточных тепловых испытаний.

Основное содержание диссертации нашло отражение в следующих публикациях:

1. Алексеев В.П., Белоусов А.В., Поспелов В.В., Несмелов Н.С. Комплекс автоматизированного теплового проектирования // Труды городской науч.-тсхн. конф. по приборостроению, посвященной сорокалетию полета Гагарина Ю.А. в космос. Томск: ТПУ, 2001. - С.7-8.

2. Белоусов А.В., Поспелов В.В., Самодуров Д.В. Комплексное обеспечение надежности космической РЭА на основе моделирования тепловых и электромагнитных процессов: Сб. докладов технологического конгресса «Современные технологии при создании продукции военного и гражданского назначения». Омск: ОмГТУ, 2001. -С.344-346.

3. Белоусов А.В., Поспелов В.В. Моделирование тепловых процессов в устройствах электрооборудования автономных систем методом электротепловой аналогии: Сб. докладов международной научно-технической конференции «Электромеханические преобразователи». Томск: ТПУ, 2001. - С.157.

4. Алексеев В.П., Белоусов А.В., Озеркин Д.В. Системное проектирование термоустойчивых бортовых радиотехнических устройств 7/ 7-я международная науч.-практ. конф. «Природные и интеллектуальные ресурсы Сибири (Сибресурс-7-2001)». Барнаул: ТПУ, 2001. - С.209-212.

5. Алексеев В.П., Белоусов А.В. Особенности компьютерного моделирования тепловых режимов космической РЭА методом электротепловой аналогии // Труды Всероссийской науч.-практ. конф. посвященной 40-летию ТУСУР. Томск: ТУСУР, 2002. - С.114-116.

6. Белоусов А.В. Обеспечение теплового режима в комплексе автоматизированного проектирования электромеханических систем// Труды VIII международной науч.-практ. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «СТТ2002». Томск: ТПУ, 2002. - С.20-22.

7. Alexseev V.P., Belousov A.V. Features of electric and mechanical systems electrothermal models in the method of electrothermal analogy // Proc. of the 8th international scientific and practical conference of students, post-graduates and young science «MTT'2002». Tomsk: TPU, 2002. -C.93-95.

8. Белоусов А.В. Моделирование тепловых процессов в РЭА космического назначения // Труды Международной науч.-практ. конф. «САКС 2002». Красноярск: СибГАУ, 2002. - С.332-334.

9. Белоусов А.В. Интегрированные электротепловые модели температурных полей блоков космических радиотехнических устройств. -М., 2003.- Деп. в ВИНИТИ 09.04.03 №667-В2003. - 21 с.

10. Белоусов А.В. Особенности электротепловых моделей для расчета температурных полей космических радиотехнических устройств. - М, 2003.- Деп. в ВИНИТИ 09.04.03 №668-В2003. - 17 с.

36 78

Тираж 100. Заказ 188. Томский государственный университет систем управления и радиоэлектроники пр. Ленина, 40