Влияние обеспечения теплоотвода на надежность бортовых систем отображения информации

Повышение надежности бортовых систем отображения информации (СОИ) достигается различными способами:

• -    резервирование;

• -    замена элементов на элементы с высоким показателем безотказности;

• -    сокращение времени непрерывной работы;

• -    улучшения теплоотвода;

• -    рациональный выбор материалов.

При проектировании для обеспечения необходимого уровня надежности изделия необходимо уделять достаточное внимание тепловому режиму, как отдельных элементов или модулей, так и всей системы в целом.

Задача проектирования оборудования для авионики должна заключаться в том, чтобы обеспечить максимально возможные пределы для тепловых параметров (включая температуру, температурный градиент и количество тепловых циклов) без ущерба для функциональности, надежности и общей безопасности. Эту цель можно сравнить с текущими перспективами в области производства, когда тенденция состоит в том, чтобы обеспечить максимально возможные допуски по размерам и геометрии для снижения производственных затрат.

Снижение рабочей температуры является основным средством повышения надежности производительности.

Влияние тепловой среды влияет на выбор деталей (конструкции и материалов), оценку надежности, технологические процессы производства, архитектуру системы (конструкцию), эксплуатацию и обслуживание, а также жизненный цикл изделия.

Расчеты тепла требуют четко определенных условий окружающей среды. Выработка тепла происходит главным образом активными компонентами. Основным источником тепла в электронном оборудовании являются их полупроводниковые микросхемы, и чувствительность этих микросхем к температуре представляет собой сложную задачу при разработке механизмов охлаждения. Перегрев приводит к преждевременному выходу из строя микросхем - и выход из строя только одной микросхемы может привести к отключению всего оборудования, чем выше температура микросхемы, тем раньше и более вероятен сбой.

Для предотвращения перегрева и выхода из строя критически важных компонентов необходимы соответствующие стратегии охлаждения.

Как правило, обеспечение нормального теплового режима приводит к увеличению габаритных размеров и массы изделия [1].

Использование новой элементной базы позволяет уменьшать массу и размеры устройств, но при этом увеличивает удельные рассеиваемые мощности, тем самым негативно отражаясь на тепловом режиме. А изменение теплового режима может отразиться на физико-химических свойствах, (например, могут разрушаться паяные соединения).

Поэтому необходимо находить компромисс между обеспечением нормального теплового режима и ограничениями на изменения массы и габаритных размеров

Своевременный, экономически эффективный и продуктивный подход к управлению температурным режимом требует, чтобы инженеры-конструкторы, специалисты по расчетам тепла и инженеры по надежности работали вместе как одна команда.

Температурное поле аппаратуры зависит от мощности и компоновки источников тепла, конструкции, режима работы аппарата и его системы охлаждения, геометрических параметров, физических свойств материалов, из которых изготовлен аппарат, условий его эксплуатации. Тепловой режим считается нормальным, если для всех элементов, смонтированных в аппарате, температура обеспечивает работу с заданной надежностью.

Системы охлаждения делятся на воздушные, жидкостные, испарительные, кондуктивные и комбинированные. Воздушными называются такие системы охлаждения, в которых функции охлаждения осуществляет воздух. В жидкостных системах охлаждения эти функции выполняют капельные жидкости, не доведенные до кипения. Испарительными называют системы охлаждения, в которых используют кипящие жидкости. При кондуктивной системе охлаждения отвод тепла от нагретых частей аппаратуры осуществляется за счет теплопроводности. При этом нагретые и холодные части аппарата находятся в непосредственном контакте или соединены специальными металлическими проводниками. К кондуктивному может относиться охлаждение при помощи термоэлектрических устройств. Наконец, в комбинированных системах охлаждения аппаратуры применяются различные сочетания перечисленных выше систем. Кондуктивное охлаждение наиболее часто применяется как метод локального охлаждения [2]. Однако в последнее время кондуктивное охлаждение часто используется в блоках с очень высокой плотностью монтажа как способ общего охлаждения. При кондуктивном охлаждении элементов, узлов и блоков аппаратуры тепловая энергия переносится от источников тепла к теплоприемникам теплопроводностью и излучением [3].

Можно выделить следующие этапы решения задачи теплоотвода.

• 1 .Разработка физической модели задачи. Включает выявление и полное описание всех возможных физических процессов, особенность геометрии пространства (выбор типа системы координат - прямоугольная, цилиндрическая, сферическая или криволинейная), род среды, её физические и гидродинамические параметры, характерные параметры: размер, скорость и температура. Выявленные физические процессы анализируются с точки зрения степени влияния их на рассматриваемую

• 2 .Разработка математической модели (математического описания) задачи: состав системы уравнений и условий однозначности их решения.

• 3 .Анализ результатов решения, представления этих результатов в наиболее информативном виде - в виде графиков и диаграмм, формирование выводов в виде рекомендаций. Обязательно указываются все допущения, использованные при решении, а также диапазон изменения параметров, определяющих закономерность процессов (характерных параметров). Именно на этапе анализа результатов полученного решения делается вывод о правильности или ошибочности гипотез (допущений), принятых в первом этапе формулировки задачи (этап формулирования физической модели). В случае существенного расхождения результатов решения с практическими наблюдениями над изучаемым явлением, необходимо перерассматривать физическую модель процесса, т. е. вводить новые гипотезы (допущения) о физических процессах изучаемого явления.

задачу и, путем ввода в рассмотрение гипотез (допущений), убираются из рассмотрения наименее значимые для данной задачи физические процессы. Это делается с целью максимального упрощения физической модели. На данном этапе вопрос о том, какие процессы могут быть убраны из рассмотрения, носит гипотетический характер и требует последующей проверки и подтверждения на практике.

• 1.    Кожевников А.М. Состояние и проблемы оптимального проектирования радиоэлектронных средств, каф. ИТАС МГИЭМ

• 2.    Удалов А.И. Тепловое проектирование радиоэлектронных средств: Учебное пособие / РТУ МИРЭА- М ., 2007. - 184 с.

• 3.    Дульнев Г.Н., Тарновский H.H. Тепловые режимы электронной аппаратуры. Учебное пособие для студентов высших технических заведений. — Л.: «Энергий», 1971. 248 е., ил.