Алексеев В.Ф., Образцов Н.С., Каленкович Н.И. Конструирование радиоэлектронных средств: Сборник задач

Подождите немного. Документ загружается.

Министерство образования Республики Беларусь

Учреждение образования «Белорусский государственный

университет информатики и радиоэлектроники»

Кафедра радиоэлектронных средств

В.Ф.АЛЕКСЕЕВ, Н.С.ОБРАЗЦОВ,

Н.И.КАЛЕНКОВИЧ

КОНСТРУИРОВАНИЕ

РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

СБОРНИК ЗАДАЧ

для студентов специальностей

«Моделирование и компьютерное проектирование РЭС» и

«Техническое обеспечение безопасности»

дневной и заочной форм обучения

Минск 2007

УДК 621.396.6 (0.76)

ББК 32.844

А 13

Рецензент:

Юрко С.Н., технический директор УП «Измерительные приборы и системы»

Авторы:

В. Ф. Алексеев, Н. С. Образцов,

Н. И. Каленкович

А13 Конструирование радиоэлектронных устройств: Сборник задач

для студ. спец. «Моделирование и компьютерное проектирование

РЭС» и «Техническое обеспечение безопасности» дн. и заоч. форм

обуч. учеб.-метод. пособие / Под. ред. В. Ф. Алексеева. – Мн.: БГУИР,

2007. – 66 с.: ил.

В учебно-методическом пособии рассматриваются наиболее часто встречающиеся

вопросы, связанные с проектированием и технологией радиоэлектронных средств. На

примере конкретных задач показано решение вопросов, связанных с оптимизацией конст-

рукций РЭС.

Задачи для удобства сформированы по разделам. В каждом из них приводятся

примеры решения наиболее типичных случаев, а также даны задачи для самостоятельного

решения.

Учебное пособие может быть использовано студентами и преподавателями вузов

при проведении практических занятий, выполнении курсового и дипломного проектирова-

ния, а также при подготовке к государственному экзамену по специальности.

УДК 621.396.6 (0.76)

ББК 32.844

ISBN

университет информатики и радиоэлек-

троники», 2007

СОДЕРЖАНИЕ

Введение............................................................................................................... 4

1. Обеспечение тепловых режимов ................................................................... 5

2. Защита от механических воздействий .......................................................... 28

3. Электромагнитная совместимость................................................................. 33

4. Расчет конструктивных элементов РЭС ....................................................... 42

5. Выбор материалов и проектирование механических деталей РЭУ ........... 53

Литература............................................................................................................ 62

ВВЕДЕНИЕ

Конструирование и технология являются составными частями процесса

проектирования радиоэлектронных средств, при выполнении которых необхо-

димо учесть целый ряд требований – это схемотехническая проработка конст-

рукции, компоновка изделия, расчеты электрических, тепловых, надежностных,

технологических и других параметров. Важным также является использование

практического опыта разработчиков аппаратуры и технологов.

Специалисты в области проектирования радиоэлектронных средств пре-

красно знают, что выполнение конструкторской и технологической проработки,

выполнение различных расчетов, анализ и синтез конструкции столь же необ-

ходимы как и расчеты, связанные с их функциональным назначением.

При подготовке учебного пособия авторы исходили прежде всего из того,

что на сегодняшний день нет ни одного учебника, объединяющего столь широ-

кий круг вопросов по расчету конструкторских и технологических параметров

конструкций РЭС. Именно поэтому при разработке задач были учтены пожела-

ния специалистов, занятых проектированием и выпуском аппаратуры, а также

большой опыт работы большинства авторов в высшей школе.

Учебное пособие построено так, что задачи объединены по различным те-

мам. Причем в каждом из разделов рассматривается решение типовых (наибо-

лее часто встречающихся на практике) задач, а затем читателям предлагаются

задачи для самостоятельного решения. Как правило, для того, чтобы решить ту

или иную задачу потребуется дополнительное время на изучение литературы и

стандартов. Основной перечень литературы указан в конце книги.

В учебном пособии имеются приложения, которые позволят получить не-

обходимые справочные данные, а также рассчитать некоторые коэффициенты и

параметры по графическим зависимостям.

Книга окажется полезной не только при подготовке к практическим и лабора-

торным занятиям, но и при выполнении курсового и дипломного проектирова-

ния, а также при подготовке к государственному экзамену по специальности.

Много ценного могут найти в ней и специалисты, занятые разработкой радио-

электронной и электронно-вычислительной аппаратуры.

Авторы выражают огромную благодарность рецензентам за те ценные заме-

чания и пожелания, которые были учтены и исправлены.

Авторы надеются, что те, кому удастся познакомиться с данным учебным

пособием, останутся довольны.

Свои замечания и пожелания Вы всегда сможете направить в наш адрес:

220600, г. Минск, ул. П. Бровки, 6, БГУИР.

1. ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ

ПРИМЕРЫ РЕШЕНИЯ ТИПОВЫХ ЗАДАЧ

Задача 1.1

Найти длительность дорегуляторной стадии и время установления стационарного

режима для радиоэлектронного аппарата кассетного типа в герметичном корпусе.

Размеры корпуса 94 х 170 х 150 мм, корпус изготовлен из стали

[С

уд

= 445 Дж/(кг-град)], его вес Р = 155 г. Между корпусом и нагретой зоной сущест-

вует зазор, равный 5 мм, заполненный воздухом. Общая теплоемкость нагретой зоны

= 460 Дж/град. Теплообмен с окружающей средой происходит в условиях естест-

венной конвекции, коэффициент теплообмена корпуса со средой α

= 10 Вт/(м

-град),

а тепловая проводимость зазора α = 0,36 Вт/град. Начальное поле температур в сис-

теме равномерное.

Решение

Решение данной задачи можно рассматривать как нестационарное поле систе-

мы для тел ядро-зазор-оболочка. Определим теплоемкость оболочки

= С

уд

· Р = 445 · 0,155 = 69 Дж/град (1)

и ее поверхность

(

)

[

]

()

[]

321210

11,015,017,0094,017,0094,02

lllllS

=⋅+⋅=

⋅=

(2)

Допустим, что безразмерный параметр Ψ

, характеризующий степень неравно-

мерности температурного поля нагретой зоны (ядра), равен Ψ

= 1. Найдем коэффи-

циенты:

;67,6

691

460

⋅

(3)

36,0

11,010

⋅

(4)

108,0

460

136,0

сС

−

⋅≈

⋅

(5)

По графикам определяем N

– безразмерный критерий, характеризующий

длительность дорегуляторной стадии процесса, причем

,,,,,













εψ

ня

но

kNN

(6)

где

но.

– перегрев корпуса (оболочки) в начальный момент времени τ = 0;

ня.

– перегрев нагретой зоны (ядра) в начальный момент времени τ = 0;

ε = 0,01.

Рис. 1. Зависимости N

= N

(k, β) и N

= N

(k, β):

а – при ε = 0,01, Ψ

= 1,

ня

но

;

б – при ε = 0,01, Ψ

= 0,5,

ня

но

из графиков получим: N

= 0,06; N

= 0,l5 и по формуле (7) найдем значение

)0,(,ln

яi

яii

−

≥=

∗

(7)

где













−













−

яя

ББ

(8)













−−=

я..н.

о.н.

; (9)













−−=

я..н.

о.н.

; (10)

(

)

knn

−−=

; (11)

(

)

knn

−−=

; (12)

75≥

∗

сек = 1,2 мин;

1.3≥

∗

мин.

Следовательно, через 3 мин температурное поле всей системы войдет в стадию регу-

лярного теплового режима, хотя при расчетах температурного поля (нагретой зоны)

ядра уже через 1,2 мин можно считать регулярный режим наступившим.

Оценим время наступления

()

ст

стационарного режима в ядре и оболочке. Для

этого воспользуемся выражением

() ()

оя,,ln

ст

== i

; (13)

где

βψ

−⋅

; (14)

(

)

knn

о.н.

2я.н.

−

−−⋅−

⋅

. (15)

Подставив необходимые значения, получим

(

)

8,210

ст

=≈

ч.

Задача 1.2

Вычислить среднеповерхностные температуры нагретой зоны и корпуса

радиоэлектронного аппарата с перфорированным корпусом и горизонтальным

перфорированным шасси.

Геометрические параметры и режимы работы аппарата известны: среднее

расстояние между отверстиями для подвода и отвода воздуха

206,0=h

м; сум-

марные площади отверстий в корпусе и шасси аппарата:

выхвх

м106,1

−

⋅== FF

м1075,1

−

⋅=F

; площади поверхностей корпуса, нагретой зоны и излучаю-

щей ее поверхности:

м695,0=S

;

з.в.

м247,0=S

;

з.л.

м231,0=S

; площадь

поперечного сечения порожнего корпуса аппарата:

ап

м122,0=F

. Коэффициент

заполнения аппарата

1,0=

. Мощность источников тепла, действующих в ап-

парате,

95=P

Вт. Теплообмен осуществляется в неограниченной воздушной

среде. Температура среды

С, давление нормальное, теплообмен внеш-

ней поверхности корпуса со средой происходит в условиях естественной кон-

векции.

Решение

Определим величину

W –

тепловую проводимость. Для этого вычислим параметры,

входящие в формулу

85,1

RGh =

;

()







−4

223

7,11

27,0054,0

FSS

выхш

квз

вх

(1)

Известно, что

36,1=

кг/с (2)

Если

1000=

Дж/(кг·град), то

cGW

рr

1036,1 ⋅==

Вт/град. (3)

Тогда подставляя необходимые значения, получим

(

)

24222

м1056,2106,1

−−

⋅=⋅=

вх

;

(

)

24222

м1006,31075,1

−−

⋅=⋅=

Площадь поперечного сечения порожнего корпуса

м11,0)1,01(122,0)1( =−=−=

зап

kFF

откуда

233

м1032,111,0

−

⋅==F

;

тогда

4434

м1039,1

1056,2

7,1

1006,3

1032,1

11,027,0)695,0247,0(054,0

1056,2

−

−−−−

⋅=

⋅

Подставляя в (3) данные получим

24,5

1039,1

206,0

1036,1

⋅

⋅=W

Вт/град.

По формулам (4) найдем тепловые коэффициенты:







































































































































































вз

лз

вз

лзвз

лз

ск

вз

лз

вз

лз

лзвз

сз

....

......

....

......

(4)

Подставив данные, получим

32,0

сз

град/Вт,

ск

град/Вт. Вычислим сред-

ние поверхностные перегревы нагретой зоны

сзз

⋅

и корпуса аппарата

скк

⋅=

4,309532,0

⋅

град;

0,595053,0

⋅

град.

Определим средние поверхностные температуры нагретой зоны и корпуса

С4,504,3020

=+=+=

зсз

;

С0,250,520

=+=+=

кск

Задача 1.3

Определить температуру корпуса радиоэлектронного аппарата, имеющего сле-

дующие размеры: длина

176,0

м, ширина

095,0

м, и высота

072,0=h

м..

Корпус окрашен эмалевой краской (степень черноты

9,0

). Давление

среды,

окружающей аппарат, нормальное; температура среды

20=

. Мощность источ-

ника тепла, действующих в аппарате Р = 16 Вт.