Численное моделирование лучистого теплообмена и диссипации энергии при проектировании бортовых электронных средств тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.18, кандидат наук Кокин, Николай Николаевич

• Кокин, Николай Николаевич
• кандидат наук
• 2016

Оглавление диссертации кандидат наук Кокин, Николай Николаевич

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

Глава 1. Анализ состояния проблем проектирования бортовых электронных средств и постановка задачи исследования..........15

1.1. Особенности бортовых электронных средств..............15

1.2. Обеспечение температурного режима при проектировании бортовых

электронных средств.............................................20

1.3. Программные средства компьютерного моделирования

температурных режимов в электронных средствах...................25

1.4. Повышение точности моделирования температурных режимов

функционирования за счет учета дополнительных граничных условий.28

1.5. Влияние диссипации механической энергии и отражения теплового

излучения на температурный режим бортовых электронных средств...34

1.6. Постановка задач исследования...........................42

Выводы по главе 1...............................................44

Глава 2. Метод, модели и алгоритмы моделирования тепловых процессов

бортовых электронных средств..................................45

2.1. Метод учета диссипации механической энергии и отражения

теплового излучения при моделировании тепловых процессов .... 45

2.2. Алгоритм учета диссипации механической вибрации.......47

2.3. Модель процесса отражения теплового излучения.........56

2.4. Алгоритм определения отражения теплового излучения....79

Выводы по 2 главе.............................................83

Глава 3. Программно-методическое обеспечение процесса теплового моделирования бортовых электронных средств..................84

3

3.1. Информационно-логическая модель программного обеспечения для

исследования тепловых процессов бортовых электронных средств..84

3.2. Программный комплекс для расчета температуры бортовых

электронных средств...........................................91

3.3. Инженерная методика оценки тепловых режимов в конструкции

бортовых электронных средств..................................94

Выводы по главе 3............................................102

Глава 4. Экспериментальная проверка и внедрение результатов

исследования.................................................103

4.1. Программа экспериментального исследования............103

4.2. Схема экспериментальной установки....................104

4.3. Экспериментальное исследование и анализ результатов..108

4.4. Внедрение результатов исследования в процесс проектирования

бортовых электронных средств.................................122

Выводы по 4 главе............................................128

Заключение...................................................129

Список литературы............................................131

Приложения...................................................143

4

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Численное моделирование лучистого теплообмена и диссипации энергии при проектировании бортовых электронных средств»

Введение

Актуальность темы. Бортовые электронные средства (БЭС) - это образцы электронной аппаратуры, устанавливаемые в транспортных средствах, и в процессе эксплуатации подвергаемые разнообразным видам физических воздействий (механические, тепловые, электромагнитные и др.), оказывающих влияние на её работоспособность. К БЭС применяются высокие требования по надежности и вероятности безотказной работы, обеспечение которых производится на всех стадиях жизненного цикла. В частности, важным параметром в обеспечении надежности является температура. Существует тенденция к уменьшению массовых и габаритных параметров образцов БЭС, что приводит к возрастанию удельного тепловыделения, и, следственно, важности обеспечения температурного режима функционирования. Для этих целей в процессе разработки образцов БЭС применяются средства математического моделирования процессов распределения тепловой энергии и различные инженерные программно-методические комплексы, включающие в себя последние достижения в области проектирования и численного моделирования.

Степень разработанности проблемы. Вопросам применения систем автоматизированного проектирования при разработке БЭС посвящен ряд работ таких авторов, как Камаев В.А., Норенков И.П., Муромцев Ю.Л., Сарафанов А.В., Увайсов С.У., Малютин Н.В. Вопросы численного моделирования разнородных физических процессов рассматривались в работах Кофанова Ю.Н., Шалумова А.С. Применение иерархического принципа моделирования освещены в работах Коновальчука А.С., Воловикова В.В., Дульнева Г.Н. Разнородные физические процессы рассматривались в работах Блоха А.Г., Журавлева Ю.А., Рыжкова Л.Н., Бухмирова В.В., Кожевникова А.М. Однако, в работах указанных авторов не в полной мере были рассмотрены вопросы повышения точности моделирования тепловых процессов в БЭС за счет учета отражения теплового излучения и диссипации механической энергии.

5

Таким образом, актуальной является задача создания метода учета отражения теплового излучения и диссипации механической энергии при численном моделировании с использованием иерархического принципа построения моделей тепловых процессов для анализа тепловых режимов БЭС на начальных стадиях проектирования.

Объект и предмет исследования. Объектом исследования является процесс численного моделирования тепловых режимов при проектировании бортовых электронных средств на основе иерархического подхода. Предметом исследования являются методы, модели, алгоритмы, программный комплекс и методика численного моделирования тепловых процессов, протекающих в бортовых электронных средствах.

Цель и задачи работы. Целью диссертационной работы является повышение достоверности численного моделирования при проектировании конструкций бортовых электронных средств с учетом лучистого теплообмена и диссипации энергии.

Для достижения поставленной цели в диссертационной работе решается следующий ряд задач:

1. Анализ состояния области численного моделирования тепловых процессов и особенностей конструкций бортовых электронных средств.

2. Разработка метода математического моделирования, усовершенствование численных методов и математических моделей, применяемых для исследования влияния лучистого теплообмена и диссипации механической энергии на тепловые режимы элементов БЭС на начальных стадиях проектирования.

3. Разработка алгоритмов и программного комплекса для расчета коэффициентов облученности и коэффициентов Гебхарта, а также учета интегральных источников тепловыделения, возникающих в элементах БЭС при диссипации механической энергии.

6

4. Разработка методики численного моделирования тепловых процессов при проектировании БЭС, учитывающей вычисление отражения теплового излучения и диссипацию механической энергии.

5. Экспериментальная проверка и внедрение результатов исследования в практику проектирования БЭС.

Методология и методы исследований. Для решения поставленных задач применялись принципы системного подхода, иерархического моделирования, методы идеализации, объектно-ориентированное программирование и принципы экспериментальных исследований, численные методы математического моделирования.

Научная новизна диссертационной работы. При решении задач, поставленных в диссертационной работе, получены следующие новые научные результаты:

1. Разработан метод математического моделирования тепловых процессов при иерархическом проектировании БЭС, отличающийся от существующих учетом диссипации механической энергии и отраженного теплового излучения на начальных стадиях проектирования, что позволяет повысить достоверность расчета температур узлов конструкции;

2. Предложена модификация численного метода определения коэффициентов облученности, отличающаяся от существующих учетом препятствий между объектами лучистого теплообмена, что позволяет повысить точность расчета теплового излучения;

3. Разработан алгоритм численного моделирования тепловых процессов элементов конструкции БЭС, отличающийся учетом дополнительного тепловыделения вследствие диссипации механической энергии, что позволяет повысить достоверность расчета температурных режимов при проектировании электронных средств;

4. Создан программный комплекс для расчета с применением современных компьютерных технологий тепловых режимов элементов конструкции,

7

учитывающий при проектировании БЭС диссипацию механической энергии и лучистый теплообмен.

Область исследований соответствует п. 1,3-8 паспорта специальности 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ:

- п.1. - Разработка новых математических методов моделирования объектов и явлений.

- п.3. - Разработка, обоснование и тестирование эффективных

вычислительных методов с применением современных компьютерных технологий.

- п.4. - Реализация эффективных численных методов и алгоритмов в виде комплексов проблемно-ориентированных программ для проведения вычислительного эксперимента.

- п.5. - Комплексные исследования научных и технических проблем с применением современной технологии математического моделирования и вычислительного эксперимента.

- п.6. - Разработка новых математических методов и алгоритмов проверки адекватности математических моделей объектов на основе данных натурного эксперимента.

- п.7. - Разработка новых математических методов и алгоритмов интерпретации натурного эксперимента на основе его математической модели.

- п.8. - Разработка систем компьютерного и имитационного

моделирования.

Практическая значимость работы. Разработанные методы, модели, алгоритмы и программный комплекс численного моделирования тепловых процессов позволяют снизить сроки проведения, трудоемкость начальных этапов проектирования и повысить достоверность первичной оценки температурных режимов конструкции на ранних этапах проектирования печатных узлов и блоков бортовых электронных средств.

На защиту выносятся:

8

1. Метод математического моделирования БЭС, включающий в себя принципы иерархического моделирования, учет диссипации механической энергии и переотражения теплового излучения;

2. Алгоритм учета влияния диссипации механической энергии на тепловые режимы элементов БЭС;

3. Численный метод определения коэффициентов облученности между печатными узлами в блоке БЭС;

4. Программный комплекс для автоматизированного расчета коэффициентов облученности, коэффициентов Г ебхарта и тепловых процессов в блоках БЭС на начальных стадиях проектирования;

Апробация диссертации. Результаты работы докладывались и обсуждались на следующих научных мероприятиях:

- Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий». Тема доклада: «Определение степени черноты компонентов печатных узлов электронной аппаратуры с применением бесконтактных средств измерения температуры», Россия, Сочи, 2015г.

- Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий». Тема доклада: «Анализ влияния диссипации тепловой энергии на тепловое поле печатного узла электронной аппаратуры», Россия, Сочи, 2014г.

- Международная научно-практическая конференция «Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий». Тема доклада: «Применение двухмерных моделей для анализа тепловых процессов электронной аппаратуры», Россия, Сочи, 2013г.

- III International scientific - practical conference "Innovation Information Technologies. Comparative analysis for heat transfer mathematical models of transistors assembly designed by CAE products ASONICA-P and SolidWorks simulation. Prague, Czech Republic, 2014 г.

9

- Международная научно-практическая конференция «Инновационные информационные технологии». Тема доклада: «Метод верификации математической модели тепловых процессов БЭС КА за счет выделения изотермических зон». Чехия, Прага, 2013 г.

- Международная научно-практическая конференция «Инновационные информационные технологии». Тема доклада: «Расчет коэффициента облученности при моделировании БЭС космических аппаратов». Чехия, Прага, 2012 г.

- Межвузовская научно-техническая конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В.Арменского. Тема доклада: «Применение метода полусферы Нуссельта при расчете коэффициентов облученности в электронной аппаратуре». Россия, Москва, 2016 г.

- Межвузовская научно-техническая конференции студентов, аспирантов и молодых специалистов им. Е.В. Арменского. Тема доклада: «Влияние переизлучения тепловой энергии в бортовой электронной аппаратуре космических аппаратов и способ его компенсации». Россия, Москва, 2015 г. Элементы данного исследования были апробированы в рамках работы по

Соглашению о предоставлении субсидии № 14.605.21.0001 от 08.07.2014г., заключенному между НИУ ВШЭ и Минобрнауки РФ в проекте - «Создание модулей контроля параметров потоков космических излучений на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров для перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования».

Достоверность результатов. Достоверность результатов выполненных теоретико-экспериментальных исследований определяется соответствием полученных экспериментальных результатов, включая данные компьютерного моделирования, с теоретическими и практическими результатами, которые приводятся в литературе по моделированию тепловых процессов бортовых электронных средств.

10

Внедрение результатов работы. Основные результаты диссертационной работы внедрены в практику проектирования ОАО «Авиационная электроника и коммуникационные системы» и в образовательный процесс НИУ ВШЭ МИЭМ при подготовке студентов.

Публикации. Основные результаты диссертационной работы опубликованы в виде 12-ти научных работ, среди которых 6 статей опубликовано в журналах из перечня ВАК РФ, получено одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав с выводами, заключения и списка литературы. Диссертация содержит 146 страниц текста, 59 иллюстраций, 15 таблиц. Список литературы и ссылок на ресурсы Internet насчитывает 103 наименования.

В первой главе приводится анализ принципов проектирования бортовых электронных средств. Рассматривается иерархический принцип построения конструкции бортовых электронных средств, а также показано, что данный принцип распространяется не только на структуру БЭС, но и используется при численном моделировании тепловых процессов и инженерном анализе конструкции БЭС на всех этапах жизненного цикла. Важность температуры как параметра, обеспечивающего работоспособность бортовых электронных средств, продемонстрирована на примере расчета эксплуатационной интенсивности отказов. Данные, используемые для оценки воздействия температуры на интенсивность отказа компонентов, входящих в состав БЭС, представлены в справочнике «Надежность ЭРИ».

При высоких значениях температуры возникает повышенная вероятность отказа электронного компонента. Представленная информация подтверждает важность анализа температурных режимов функционирования и моделирования тепловых процессов в рамках работы по проектированию БЭС. Показано, что при применении иерархического принципа моделирования тепловых процессов происходит разбиение полной модели исследуемого объекта на взаимосвязанные

11

уровни иерархии. При этом происходит снижение достоверности математического моделирования тепловых процессов за счет нарушения связей внутри модели.

Альтернативным источником погрешности моделирования является неполный учет разнородных физических процессов при построении моделей тепловых процессов блока БЭ на различных уровнях иерархии. В первой главе представлен анализ возможных способов повышения достоверности моделирования тепловых процессов за счет учета двух дополнительных факторов. Первым фактором является отражение теплового излучения, информация о котором теряется при переходе между различными уровнями иерархии. Вторым способом повышения достоверности моделей тепловых процессов является не рассматриваемый в современных методиках моделирования с тепловой точки зрения процесс диссипации механической вибрационной энергии, который может служить источником дополнительного тепловыделения в блоке БЭС.

Во второй главе представлен метод повышения точности моделирования тепловых процессов при проектировании бортовых электронных средств за счет дополнительного учета диссипации вибрационных воздействий и расчета отражения теплового излучения. Проведенный в первой главе анализ современных средств проектирования и математического моделирования послужил основой для формирования структуры метода повышения точности анализа тепловых процессов бортовых электронных средств на ранних стадиях проектирования, формулирования алгоритмов проведения оценки параметров исследуемой системы и формирования выходного массива данных, необходимых для подтверждения характеристик разрабатываемых конструкций блоков бортовых электронных средств.

В рамках данного метода создан алгоритм учета тепловыделения при диссипации механической энергии, который позволяет анализировать данные о вибрационном воздействии на блок БЭС и соотносить их со значениями интегральной мощности локальных источников тепловыделения, возникающих в процессе рассеивания механического воздействия на печатные узлы, входящие в состав бортовых электронных средств. В результате выполнения предложенного

12

алгоритма с применением сторонних систем формируется информация о зонах тепловыделения и суммарной величине дополнительных источников тепловой мощности. Также, во второй главе представлена математическая модель лучистого теплообмена, в которую внедрен расчет коэффициентов Гебхарта, базирующихся на коэффициентах облученности, и позволяющая повысить точность при расчете лучистого теплообмена в моделях верхнего уровня иерархии на начальных стадиях проектирования.

Для подтверждения возможного повышения достоверности расчета температуры ПУ в блоке БЭС производится вычислительный эксперимент по определению изменения тепловых потоков в системе со снижением значения степени черноты печатных узлов в составе блока бортового электронного средства, характеризующего отражение тепловой лучистой энергии в системе. Продемонстрировано построение системы линейных алгебраических уравнений для блока бортовой электронной аппаратуры, решение которой позволяет определять интегральные температуры печатных узлов.

Для применения представленной модели лучистого теплообмена при иерархическом моделировании тепловых процессов в блоках БЭС создан алгоритм, осуществляющий вычисление коэффициентов облученности и позволяющий повысить достоверность моделирования температуры печатных узлов при применении иерархического подхода к построению моделей тепловых процессов.

В третьей главе на основе разработанного метода, моделей и алгоритмов формируется информационно-логическая модель программного обеспечения, создаваемого для обеспечения определения интегральных температур печатных узлов бортовых электронных средств с возможностью повышения достоверности первичной оценки тепловых процессов при моделировании распределения тепловой энергии в блоке БЭС на начальных стадиях проектирования.

На основе информационно-логической модели создается структура и интерфейс пользователя программы EniGRC по автоматизированному созданию моделей тепловых процессов верхнего уровня иерархии с учетом отражения теплового излучения и предварительно рассчитанных источников тепловыделения,

13

возникающих в процессе диссипации механической энергии. Данное программное обеспечение внедряется в разработанную инженерною методику оценки температурных режимов печатных узлов бортовых электронных средств с применением представленных в данной работе разработанных метода, моделей и алгоритмов.

Её структура позволяет с высокой степенью достоверности моделировать тепловые процессы верхнего уровня иерархии и вычислять интегральные значения температур печатных узлов на начальных стадиях проектирования. Информация об интегральной температуре ПУ БЭС позволяет принимать решения об обеспечении температурных режимов функционирования на начальных этапах разработки конструктивных решений блока БЭС.

В качестве выходных данных, получаемых в ходе применения разработанного программного комплекса, используются такие показатели как: коэффициенты облученности, коэффициенты отражения теплового излучения, интегральные температуры печатных узлов, сходимость определения тепловых потоков при лучистом теплообмене.

В четвертой главе представлены разработанные программа и методика проведения экспериментального определения теплофизических параметров материалов ПУ, требуемых для проведения анализа тепловых режимов бортовых электронных средств с учетом отражения лучистого теплообмена и диссипации механической энергии. После определения степени черноты материалов, применяемых в ПУ БЭС, производились испытания сборки печатных узлов блоков БЭС с целью подтверждения представленных в методе математических моделей и оценки повышения точности моделирования тепловых процессов. Полученные результаты подтвердили повышение достоверности иерархического принципа моделирования тепловых процессов и позволили повысить эффективность комплексов моделирования, применяемые для первичной оценки температуры.

После описания подтверждающего эксперимента в четвертой главе приводится расчет блока электронной аппаратуры, разработанного в АО «АВЭКС». Данный расчет проводится с применением разработанного программно

14

методического комплекса. Представленный расчет показал снижение относительной погрешности предварительного моделирования тепловых процессов в блоке БЭС при применении иерархического принципа моделировании на 21 % относительно первичного расчета по стандартной методике без учета отраженного теплового излучения. Результаты математического моделирования подтверждаются вычислительным экспериментом с применением современных систем математического моделирования и автоматизированного проектирования.

Представленные в 4 главе результаты показывают повышение достоверности моделирования тепловых процессов за счет дополнения граничных условий в моделях тепловых процессов с использованием иерархического принципа математического моделирования при проектировании образцов БЭС.

15

Глава 1. Анализ состояния проблем проектирования бортовых электронных средств и постановка задачи исследования

В настоящее время проектирование бортовых электронных средств (БЭС) связано с применением современных программных комплексов математического моделирования. Это позволяет прогнозировать параметры надежности разрабатываемой аппаратуры и осуществлять их обеспечение в зависимости от условий функционирования. Поскольку достоверность моделирования тепловых процессов напрямую влияет на работоспособность БЭС, целью данной главы является анализ существующих процессов проектирования, особенностей конструкции и оценка способов повышения эффективности математического моделирования в рамках жизненного цикла бортовых электронных средств.

1.1. Особенности бортовых электронных средств

Бортовые электронные средства представляют собой сложную совокупность взаимосвязанных компонентов. Данные компоненты выполняют определенную функцию, располагаются на фиксированном уровне иерархии и подвержены разнообразным разнородным физическим воздействиям окружающей среды. Создаваемые образцы электронных средств могут представлять собой как портативные устройства связи или навигации с единственным печатным узлом, так и крупные вычислительные комплексы, в состав которых входит множество печатных узлов, объединенные в несколько блоков и шкафов и исполняющие определенную функцию.

Конструктивно электронная аппаратура подразделяется на различные уровни иерархии, где на самом нижнем уровне представлены электронные компоненты, входящие в состав печатных узлов электронных средств.

Верхний уровень представляет собой законченные изделия в виде шкафов, образующих собой полноценные эксплуатируемые комплексы. В состав стоек

16

(шкафов) входят блоки электронной аппаратуры, проектируемые с учетом

принципа модульного построения и определенной степени взаимозаменяемости.

Иерархия БРЭС

Рисунок 1 - Структура конструктивных и эксплуатационных особенностей электронных средств

Блоки бортовых электронных средств могут быть спроектированы по кассетному или стоечному типу построения внутренней структуры. Это накладывает определенные ограничения на отвод тепловой энергии с печатных узлов, входящих в состав блока и определяет специфику создания моделей тепловых процессов на начальных уровнях проектирования: блок, построенный по стоечному типу, зачастую включает в себя массивное основание, служащее зоной

17

отвода тепловой энергии с наиболее теплонагруженных электронных компонентов и печатных узлов, входящих в состав БЭС. Остальные узлы располагаются в виде стойки и имеют сложный способ отвода тепловой энергии, основанный на кондуктивном, конвективном и лучистом теплообмене. Учет данного вида взаимодействия различных способов распределения тепловой энергии необходим для обеспечения достоверной информации о надёжности проектируемого БЭС.

К каждому объекту представленной иерархии предъявляются определенные требования по надежности и обеспечения их режимов функционирования. На работоспособность и вероятность безотказной работы образца электронной аппаратуры влияет ряд физических факторов, возникающих в процессе эксплуатации:

- вследствие несовершенного коэффициента полезного действия при работе электронных компонентов происходит выделение тепловой энергии, которая оказывает влияние на их работоспособность. В каждом элементе представленной иерархии существуют определенные конструктивные решения по обеспечению температурного режима функционирования. На уровне электронных компонентов используется создание корпусов компонентов из материалов с высокой теплопроводностью. В конструкции печатных узлов размещают радиаторы для компонентов с высокими показателями тепловыделения или организуют теплоотводы к системам охлаждения блока электронной аппаратуры и общей системы обеспечения температуры для электронных средств;

- в процессе функционирования электронная аппаратура подвергается воздействию различных механических нагрузок, что может приводить к повреждению или отказу элементов печатных узлов. Данные механические воздействия обладают различными характеристиками в виде частоты воздействия, амплитуды и продолжительности, и в каждом уровне иерархии требуется обеспечивать устойчивость электроники к данным видам воздействия. Для этих целей применятся демпфирующие материалы, компенсирующие воздействие механических нагрузок на все уровнях иерархии электронных средств и

18

применяются конструктивные способы контролирования вибрационных нагрузок в ПУ БЭС;

- на работоспособность образцов электронных средств оказывают влияние процессы распределения электромагнитных полей. Сфера обеспечения электромагнитной совместимости ставит своей задачей обеспечение безотказной работы электронных средств в условиях внешних и внутренних электромагнитных помех. Для обеспечения данных режимов прорабатывается конструктивное электромагнитное экранирование блоков и модулей БЭС.

- Аэродинамические и гидродинамические процессы определяют в образцах электронных средств функционирование систем охлаждения. Обеспечение режимов прокачки теплоносителя через системы охлаждения блоков электронных средств напрямую влияет на надежность блоков и печатных узлов, а также на обеспечение температурного режима функционирования.

- Обеспечение защиты от радиационных воздействий позволяет сохранять работоспособность электронных компонентов в различных условиях эксплуатации, в том числе при наличии ионизирующих воздействий.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Кокин, Николай Николаевич, 2016 год

- 1987.

43. Кофанов, Ю. Н., Автоматизация проектирования и моделирования печатных узлов электронной аппаратуры: Монография [Текст]/. Кофанов Ю. Н., -Москва.: и связь, - 2000. - 389 с.

44. Кофанов, Ю. Н. Автоматизация проектирования БЭС. Топологическое проектирование печатных плат[Текст]/ Ю. Н. Кофанов, А. В. Сарафанов, С. И. Трегубов / Учебное пособие. 2-е изд., перераб. И доп./ - Москва: и связь, - 2001. -220 с.

45. Кофанов, Ю. Н. Комплексное моделирование взаимосвязанных физических процессов электронных конструкций: Учеб. пособие [Текст]/ / Ю. Н. Кофанов, С. В. Засыпкин. - Москва.: МГИЭМ, - 1996. - 56с.

46. Кофанов, Ю. Н. Моделирование тепловых процессов при проектировании, испытаниях и контроле качества электронных средств: Учеб. пособие [Текст]/ / Ю. Н. Кофанов, А. И. Манохин, С. У. Увайсов. - Москва., - 1998.

- 139 с.

47. Кубланов, М.С. Математическое моделирование. Методология и методы разработки математических моделей механических систем и процессов: Учебное пособие. Часть I. Третье издание [Текст]/ Кубланов М.С.. - Москва.: МГТУ ГА, - 2004. - 108 с.

48. Лышов, С. М. Моделирование механических характеристик конструкции бортовой аппаратуры [Текст]/ Лышов С. М., Иванов И. А., Увайсов

137

С. У. / Надежность и качество - 2013: труды Международного симпозиума. - Т. 2. Пенза : Издательство ПГУ, - 2013. - С. 379-386.

49. Михеев, М.А. Основы теплопередачи [Текст]/ Михеев М.А., Михеева И.М. - Москва.: Энергия, - 1973. - 320 с.

50. Нашиф, А. Демпфирование колебаний: Пер. с англ [Текст]/ Нашиф А., Джоунс Д., Хендерсон Дж. — Москва.: Мир, - 1988. - 488 с

51. Норенков, И.П. Основы проектирования [Текст]/. - Москва.: МГТУ им. Н.Э.Баумана, - 2000.

52. Норенков, И.П., Информационная поддержка наукоемких изделий. CALS-технологии [Текст]/ Норенков И.П., Кузьмик П.К. - Москва.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, - 2002. - 320 с.

53. Норенков, И. П. Информационная поддержка наукоемких изделий [Текст]/ / И. П. Норенков, П. К. Кузьмик. - Москва. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, - 2002. -320 с.

54. Норенков, И. П. Информационная поддержка наукоемких изделий [Текст]/. Москва.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, - 2002. - 320 с.

55. Норенков, И. П. Основы теории и проектирования САПР: Учебник для втузов [Текст]// И. П. Норенков, В. Б. Маничев. Москва.: Высш. шк., - 1990. - 335 с.

56. Образцов, Н.С., Конструирование электронных средств: лабораторный практикум для студ. Спец. «Моделирование и компьютерное проектирование БЭС» и «Техническое обеспечение безопасности» днев. Формы обуч. [Текст]/ Образцов Н.С., Ткачук А.М., Смирнова Н.А. - Минск: БГУИР, - 2007. - 35 с.

57. Овсянников, М.В. «Глава семьи информационных CALS-стандартов ISO 10303 STEP [Текст] // Овсянников М.В., Шильников П.С. / САПР и Графика /. - 1997, - №11, - с.76-82.

58. Парфенов, Е. М. Проектирование конструкций электронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов [Текст]// Е. М. Парфенов, Э. Н. Камышная, В. П. Усачов. — Москва.: и связь, - 1989.—272 с.: ил.

138

59. Пер. Югов, В.П. Решение задач теплообмена. ANSYS 5.7 Thermal Analysis Guide [Текст]/ Постников В. С.. - Москва. - 2001.

60. Постников, В. С. Внутренне трение в металлах [Текст]/ Постников В. С.. - Изд. 2-е, перераб. и доп. Москва: Металлургия, - 1974. - 351 с.

61. Роткоп, Л.Л., Обеспечение тепловых режимов при конструировании БЭС [Текст]/ Роткоп Л.Л. - Москва.: Сов. . - 1976. - 232 с.

62. Румянцев, А.В., Метод конечных элементов в задачах теплопроводности: Учебное пособие [Текст] / Румянцев А.В., Изд. 3-е, перераб. -Российский госуниверситет им. И. Канта. - Калининград. - 2010. - 95 с.

63. Сарафанов, А. В. Автоматизация проектирования БЭС [Текст]/ / А. В. Сарафанов, С. И. Трегубов. Красноярск: КГТУ, - 1999. - 185 с.

64. Семененко, А. Н., Методика применения системы АСОНИКА при моделировании тепловых процессов блоков и печатных узлов [Текст]/ Семененко А. Н., Линецкий Б. Л., Иванов И. А., Увайсов С. У. / Динамика сложных систем. -2014. - Т. 8. - № 5. - С. 3-9.

65. Семененко, А.Н. Разработка методики идентификации тепловых параметров, методов охлаждения и моделирования тепловых процессов в электронных средствах произвольной конструкции [Текст]/ Семененко А.Н., Шалумов М.А., Малов А.В., Куликов О.Е. // Динамика сложных систем. - 2012. -№ 3. -С. 106-110.

66. Талицкий, Е.Н. Защита РЭА от механических воздействий: Уменьшение резонансных колебаний: Учеб. пособие [Текст]/ Талицкий Е.Н. — Владимир: Владим. политехн, ин-т, - 1979. - 90 с.

67. Тихонов, А.Н. Методика диагностирования электронной управляющей аппаратуры объектов тяжёлого машиностроения с применением компьютерного моделирования вибрационных процессов [Текст]/ Тихонов А.Н., Увайсов С. У., Кофанов Ю. Н., Семененко А. Н.// Тяжелое машиностроение. - 2015. - № 9. - С. 38-42.

139

68. Токарев, М.Ф. Механические воздействия и защита электронной аппаратуры: Учеб. пособие для вузов [Текст]/ Токарев М.Ф., Талицкий Е.Н., Фролов В.А. / Под ред. В.А.Фролова. — Москва: и связь, - 1984. — 224 с

69. Тумковский, С. Р. Автоматизация схемотехнического проектирования функциональных узлов БЭС: Учеб. пособие [Текст]// С. Р. Тумковский. -Москва.:МГИЭМ, - 1995. - 43с.

70. Увайсов, С.У. Автоматизированная система АСОНИКА для моделирования физических процессов в электронных средствах с учетом внешних воздействий [Текст]/ Увайсов С. У., Кофанов Ю. Н., Шалумов А. С., Малютин Н., Носков В.. - Москва.: техника, - 2013.

71. Улитенко, А.И. Принципы построения индивидуальных систем охлаждения электронных приборов и устройств [текст]/ Улитенко А.И., Гуров В.С., Пушкин В.А.. - Москва.: Горячая линия-Телеком, 2012. -286 с.

72. Филиппов, А.П. Колебания деформируемых систем. Изд. 2-е перераб [Текст]/ Филиппов А.П. - Москва.:Машиностроение, - 1970. - 736с.

73. Шалумов, М.А. Моделирование тепловых процессов в блоках произвольной конструкции [Текст]/ Шалумов М.А. // Динамика сложных систем. -2012. - № 4. - С. 62-64.

74. Шалумов, А. С. Моделирование сложных технических систем с помощью комплексного применения систем АСОНИКА и ANSYS [Текст]/ А.С. Шалумов, А. В. Сарафанов, Ю. Н. Кофанов, А. И. Манохин // Системные проблемы качества, математического моделирования, информационных, электронных и лазерных технологий // Материалы Международной научно-технической конференции и Российской научной школы. В 2 ч. Ч 1. - Москва.:ГНПО «АГАТ». - 2001. - С. 3-4.

75. Ши, Д., Численные методы в задачах теплообмена: Пер. с англ [Текст]/ Ши Д. - Москва.: Мир, - 1998. - 544 с.

76. Шильников, П.С. Средства поддержки CALS-технологий (технологий непрерывной компьютерной поддержки полного Жизненного Цикла Изделия)

140

[Текст]// Шильников П С. //Юбилейная научно-практическая конференция АНТОК СНГ:Тезисы докладов. - Москва.,-2001. - С. 15- 18.

77. AMD. Porting CUDA Applications to OpenCL^ [электронный ресурс]/ -2016. - Режим доступа: http://developeramd.com/tools-and-sdks/opencl-zone/opencl-resources/programming-in-opencl/porting-cuda-applications-to-opencl/ свободный.

78. Ashdown, Ian. Eigenvector radiosity. Master's thesis [текст]/ Ashdown Ian. - The University of British Columbia. - 2001.

79. Baum, D. R. Improving Radiosity Solutions Through the Use of Analytically Determined Form-Factors [текст]/ Baum D. R., Rushmeier H. E., Winget J. M./ Computer Graphics 23, - 1989, - pp. 325 - 334.

80. Bjom, Engquist. Simulation and Visualization on the Grid, Computer Graphics [текст]/ Engquist B., Hammill M., Short F./Seventh Annual Conference Stockholm - 1999, - pp. 304.

81. Bialecki, R., Boundary element calculation of the radiative heat sources, Advanced ComputationalMethods in Heat Transfer Щтекст]/ Bialecki R/.- Vol. 1 (L. C. Wrobel, C. A. Brebbia, and A. J. Nowak, eds.). - London, - 1992, pp. 205-217.

82. Blosser, M. Advanced metallic thermal protection systems for reusable launch vehicles[TeKCT]/ Blosser, M./ PhD dissertation, University of Virginia, - 2000.

83. Chin, Near Real-Time Shadow Generation Using BSP Trees, Computer Graphics[TeKCT]/ Chin, Norman and Steven Feiner/ (SIGGRAPH '89 Proceedings), - Vol. 23,-No. 3,- 1989,-pp. 99-106.

84. Cohen, Michael F. A Radiosity Solution for Complex Environments, Computer Graphics [текст]/ Cohen, Michael F. and Donald P. Greenberg / (SIGGRAPH '85 Proceedings), -Vol. 19, -No. 3, - 1985,- pp. 31-40.

85. Cohen, Michael F. A Progressive Refinement Approach to Fast Radiosity Image Generation," [текст]/ Cohen, Michael F., Shenchang Eric Chen, John R.Wallace, Donald. P. Greenberg / Computer Graphics (SIGGRAPH '88mProceedings). - Vol. 22,-No. 4, -August 1988,- pp. 75-84.

141

86. Emery, A. F. A comparative study of methods for computing the diffuse radiation viewfactors for complex structures^^^/ Emery A. F., O. Johansson, M. Lobo, and A. Abrous. / Journal of Heat Transfer, - 1991.

87. Fuchs. On Visible Surface Generation by A Priori Tree Structures, Computer Graphics (SIGGRAPH '80 Proceedings) [текст]/ Fuchs, Henry, Zvi M. Kedem and Bruce Naylor, - Vol. 14, - No. 3, - 1980, - pp. 124- 133.

88. Greenberg, D.P Radiosity: a method for computing global illumination^^^/ Greenberg, D.P. Cohen, M.F., Torrance, K.E/ The Visual Computer (1986). - Pp 291- 297.

89. Jeans, J. H. The equations of radiative transfer of energy^^^/ Jeans, J. H./. Int. J. Heat Mass Transfer, - 1965, - №8, pp. 1203-1208.

90. Kokin, N.N. Comparative analysis for heat transfer mathematical models of transistors assembly designed by CAE products ASONICA-P and SolidWorks simulation^^^/ Kokin N.N./ Materials of the III International scientific - practical conference "Innovation Information Technologies" (I2T-2014) PART-3. - 2014.

91. Lienhard, John H., A heat transfer textbook [текст]// John H. Lienhard IV and John H. Lienhard V - 3rd ed. - Cambridge, MA: Phlogiston Press, - 2008

92. Michael, F. Modest. Radiative Heat Transfer [текст]/ Michael F. Modest./ McGraw-Hill, Inc., - 1993.

93. Naylor, Bruce, A Priori Based Techniques for Determining Visibility Priority for 3-D Scenes [текст]/ Naylor, Bruce/ PhD Dissertation. - University of Texas at Dallas, May, - 1981.

94. Nishita, T. Continuous Tone Representation of Three- Dimensional Objects Taking Account of Shadows and Interreflection[текст]/ Nishita, T., and Nakamae, E. /. Computer Graphics 19, - 1985, pp. 23-30.

95. Nishita, T. Shading Models for Point and Linear Light Sources^^^/ Nishita, Tomoyuki, I. Okamura and Eihachiro Nakamae,, ACM Transactions on Graphics, - Vol. 4, - No. 2, - 1985, - pp. 124-146.

96. Patankar, S.V. Numerical Heat Transfer and Fluid Flow[текст]/ Patankar, S.V., - Hemisphere. - Washington, D.C. - 1980.

142

97. Pryor, Roger W. Multiphysics modeling using COMSOL: a first principles approach^^^/ / Roger W. Pryor. p. cm. Includes index. ISBN-13: 978-0-7637-7999-3 (casebound) ISBN-10: 0-7637-7999-7

98. Bialecki, R. Boundary element calculation of the radiative heat sources, Advanced Computational Methods in Heat Transfer Щтекст]/. R. Bialecki/ Vol. 1,-Elsevier, - London, - 1992, - pp. 205-217.

99. Sidy, Ndao. Multi-objective thermal design optimization and comparative analysis of electronics cooling technologies [текст]/ Sidy Ndao, Yoav Peles, Michael K. Jensen/ International Journal of Heat and Mass Transfer 52 (2009), pp. 4317-4326.

100. Sillion. A General Two-Pass Method Integrating Specular and Diffuse Reflection[текст]/ Sillion, Francois, Claude Puech / "Computer Graphics (S1GGRAPH '89 Proceedings), Vol.23, No. 3, July 1989, pp.335-344.

101. Sparrow, E. M. Radiation Heat Transfer[текст]/ Sparrow, E. M., and Cess, R. D./ Thermal Science Series. - Brooks/Cole Publishing Company, - 1966.

102. Steven M. Drucker. Radiosity: An illuminating perspective^^^/. Steven M. Drucker/ Technical report, Media Laboratory, Massachusetts Insitute of Technology, - 1992.

103. Wallace. A Ray Tracing Algorithm for Progressive Radios^^^^/ Wallace, John R., Kells A. Elmquist, Eric A. Haines./Computer Graphics (SIGGRAPH '89 Proceedings), - Vol. 23, - No. 3, - 1989, - pp. 315-324.

143

Приложения

Приложение 1. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ

1ММЖЖЙСКАЯ ФҖЩКРАЦЖЯ

№ 2012612438

Расчет коэффициента облученности (KoExpress)

СВИДЕТЕЛЬСТВО

о государственной регистрации программы для ЭВМ

Правообладатель(ли): Федеральное 2осуЭарс?ибеяное бю&мсетное образоеамельное учреждение выси/е^о профессионального образования <1Л7оскобскиа ^осуЭарсуиеенным институт элек?иронмкмал1а?пел1амака (телжическийупиверситет)^ (Kf/)

K J7. Снмолое

Авюр(ы): Воловиков Валерий Далерьеемч, /Сокин Николай Николаевич (7И7)

Заявка № 2012610152

Дата поступления 11 января 2012 Г.

Зарегистрировано в Реестре программ для ЭВМ б .марта 2072 ?.

fS/коеоЗатель Федеральной слумсбм но ан7яе.мектуальиой собстнеенноста

144

Приложение 2. Акт внедрения НИУ ВШЭ МИЭМ

У4Ш РЖДЛИ)

Зичесш еаь по учебной рабою

пэх1'' ч'

L ла < ^опо sm к н)).

^Ypuf рессор *Йк Р h\i конский

I

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

в учебный процесс Московского института электроники и математики

Национального исследовательского ушверснтета «Высшая школа экономики)) (МИЭМ

НИУ ВШЭ) результатов диссертационной работы «Анализ тепловых режимов бортовых электронных средств с учетом лучистого теплообмена и диссипации энергии)} Кокина Николая Николаевича

Настоящим актом подтверждаем, что основные результаты диссертационной работы аспиранта департамента Электронной инженерии МИЭМ НИУ ВШЭ Кокина Николая Николаевича, а именно: метод повышения точности моделирования тепловых процессов, метод построения моделей тепловых процессов блоков бортовых электронных средств, метод расчета лучистого теплообмена внедрены в учебный процесс подготовки бакалавров по направлению 27.03.02. «Управление качеством)}, специалистов по 200501.65 «Метрология в метрологическое обеспечение)) при проведении лекционных и практических занятий по дисциплинам «Автоматизация проектирования СИ и испытания их элементов)), «Автоматизация проектирования технических систем)).

Руководитель департамента электронной инженерии, Д.Т.Н., профессор

МИЭМ НИУ ВШЭ

Львов

145

Приложение 3. Акт внедрения ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест»

«УТВЕРҖДАЮ»

АКГ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертационной работы «Анализ тепловых режимов бортовых электронных средств с учетом лучистого теплообмена и диссипации энергиям Кокина Николая Николаевича

Настоящим актом подтверждается, что предложенные в диссертационной работе Кокина Николая Николаевича метол, модели и алгоритмы моделирования тепловых процессов использовались при разработке бортовых электронных средств, предназначенных для эксплуатации в современных образцах космической аппаратуры.

В частности, они применялись при анализе тепловых процессов в модулях контроля параметров потоков космических излучений на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров дтя перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования.

Применение разработанных Кокиным Н.Н. моделей, метода, алгоритмов, методик и программного обеспечения позволило сократить сроки проектирования и повысить тактико-технические характеристики разрабатываемых модулей. Указанные эффекты были достшнуты благодаря учету переотражения инфракрасного излучения и связанному с этим повышению достоверности моделирования тепловых процессов в проектируемых модулях.

Таким образом. использование полученных в диссертационном исследовании результатов позволило в процессе проектирования модулей контроля параметров потоков космических излучений на базе широкозонных полупроводниковых сенсоров для перспективных транспортных космических систем с длительным сроком функционирования предложить ряд научно обоснованных технических решений, внедрение которых вносит вклад в развитие научных космических исследований.

Г. и. с. - начальник НПЛ № 3 ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест». к. г. н.

С.н.с. ООО «ПТЦ «УралАлмазИнвест». к. ф.-м. н.

Колюбнн В.А.

Захарченко К.В.

146

Приложение 4. Акт внедрения АО «АВ ЭКС»

«УТВЕРЖДАЮ» Первый заместитель генерального директора, главный конструктор

«АВЭКС»

__________Гинзбург М.Ф. A^ZA»_____20!бг.

АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертационной работы

«Анализ тепловых режимов бортовых электронных средств с учетом лучистого теплообмена и диссипации энергии» Н.Н. Кокина в АО «Авиационная электроника и коммуникационные системы»

Настоящим актом подтверждается, что предложенные в диссертационной работе Кокина Николая Николаевича алгоритмы, модели и методики моделирования тепловых процессов при автоматизированном проектировании использовались при создании бортовой радиоэлектронной аппаратуры, входящей в состав систем нового поколения ракетно-космической техники.

В частности, они применялись при проектировании блока балластной нагрузки в рамках работы по созданию системы преобразования электрической энергии СПРЭЭ ТЭМ. проводимых по заказу ГНЦ ФГУП «Центр Келдыша», а также блоков аппаратуры АПУ-230, АПУ-300, АПУ-450, БКН-29, ЗРУ АРК-900, разрабатываемых АО «АВЭКС».

Применение разработанных Кокиным Н.Н. моделей, алгоритмов, методик и программного обеспечения позволило сократить сроки проектирования. Указанный эффект был достигнут за счёт повышения точности определения лучистого теплообмена в блоках БЭС, функционирующих в условиях космического вакуума. Снижение относительной погрешности определения интегральной температуры печатных узлов, входящих в состав блоков бортовой радиоэлектронной аппаратуры, в отдельных случаях составило 20%.

! аким образом, применение разработанных алюригмов, методик и программного обеспечения позволило повысить точность моделирования тепловых процессов, своевременно внести изменение в конструкцию аппаратуры, обеспечив необходимые запасы по температурным режимам работы, и избежать возникновения обратных циклов проектирования.

Руководитель отдела перспективных разработок (ОГК-4) АО «АВЭКС»