Помощь студентам в учебе
МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА И МЕХАНИЧЕСКИХ НАГРУЗОК АППАРАТНОЙ ИЗДЕЛИЯ АОРЛ - 1АМ
|
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И ОБОЗНАЧЕНИЙ 8
ВВЕДЕНИЕ 9
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 12
1.1 Изучение нормативных, конструкторских, эксплуатационных документов....] 2
1.2 Ознакомление с принципом работы аппаратной изделия АОРЛ-1АМ 16
1.3 Обзор литературы 23
1.4 Анализ рынка CAE систем 31
2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 39
2.1 Проектирование трехмерной модели контейнера аппаратной изделия
АОРЛ - 1АМ 42
2.2 Расчет ветровой нагрузки 51
2.3 Расчет теплового режима 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 79
ПРИЛОЖЕНИЕ А 81
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 83
ПРИЛОЖЕНИЕ В
ВВЕДЕНИЕ 9
1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ 12
1.1 Изучение нормативных, конструкторских, эксплуатационных документов....] 2
1.2 Ознакомление с принципом работы аппаратной изделия АОРЛ-1АМ 16
1.3 Обзор литературы 23
1.4 Анализ рынка CAE систем 31
2 КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ 39
2.1 Проектирование трехмерной модели контейнера аппаратной изделия
АОРЛ - 1АМ 42
2.2 Расчет ветровой нагрузки 51
2.3 Расчет теплового режима 67
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 76
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 79
ПРИЛОЖЕНИЕ А 81
ПРИЛОЖЕНИЕ Б 83
ПРИЛОЖЕНИЕ В
Современные перспективы области электронной техники устанавливают достаточно серьезные требования на временной период разработки того или иного изделия. Также требования выдвигаются к качественным характеристикам и к надежности конструкции в целом. Для выпуска изделий, удовлетворяющим вышесказанным требованиям, необходимо использовать мощную инженерную базу, чтобы получить максимально качественный и точный результат. В настоящее время самым перспективным и наиболее точным является использование систем автоматизации инженерных расчетов - Computer - aided engineering (CAE), это обобщенное обозначение программных продуктов, которые предназначены для решения поставленных инженерных задач. Важно понимать, что инженерные задачи и максимально точное их решение являются современным и неотъемлемым шагом при разработке как простых изделий, так и ответственных изделий усложненной конструкции, эксплуатируемых в специфических условиях, например, при холодном, жарком, очень влажном климате и т.д. В процессе проектирования испытания на нагрузки обычно проводятся на этапе опытного образца. Благодаря современному прогрессу и скачку цифровых технологий испытания на различные нагрузки, т.е. инженерный анализ, можно провести виртуально, при этом снизится количество затрат, уменьшится затрачиваемое время, будет получена точная картина в рамках необходимого исследования. Виртуальное моделирование также значительно снижает количество экспериментов, при этом осуществляется подбор оптимальных параметров конструкции. В результате виртуальных испытаний современные инженеры получают наглядную полную картину происходящих процессов в разрабатываемом изделии, такой возможности при проведении натурного эксперимента нет.
Одной из проблем современной разработки электрорадиоаппаратуры является очень выраженный характер повышения плотности установки электрорадиоэлементов.
Это утверждение относится как к печатным платам, в их случае это элементы на плате, так это утверждение можно отнести и к более глобальным разработкам, например, установке оборудования в каких - либо приспособленных помещениях. Такие помещения могут иметь небольшой объём, вследствие этого плотность установки оборудования становится высокой. При этом важно понимать, что многие устройства работают на максимальном для них температурном режиме. Обычно это связано с конструктивными особенностями устройств, большинство изделий разрабатывается в герметичных корпусах, такой вариант конструктивного решения значительно затрудняет процесс отвода тепла. Для такой ситуации анализирование и моделирование тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) становится приоритетной задачей.
Важно отметить, что вышеперечисленные аспекты являются актуальными в современных условиях разработки, но данная актуальность определяется такими критериями, как высокая стоимость разработки опытных образцов, а также очень длительными сроками проведения натурных испытаний. Также важно понимать, что в случае предварительных тестов и испытаний изделия обязательно выявляются недостатки, например , неудобство конструкции, возможные перегревы участков оборудования или оборудования в целом, нарушения и отклонения в работе, неверные результаты работы, отличающиеся от прогнозируемых. В таких случаях придется повторить рабочий цикл , включающий повторную разработку опытного образца с последующим производством и испытанием. На этапе разработки придется править конструкторскую документацию (КД), это приведет к повторной разработке опытного образца. Основной недостаток такой процедуры - значительные дополнительные финансовые затраты от предприятия. Такие финансовые затраты приводят к удорожанию себестоимости конечного продукта. Все эти условия, помимо финансовых затрат, приводят к тому, что потребуется продолжительное время при разработке, это нежелательно, особенно для изделий включенных в оборонную промышленность.
В ходе написания данной выпускной работы для корректного выполнения поставленной задачи были использованы научная и учебно-методическая литература, научные статьи в сети Интернет, статьи в периодических изданиях Российской Федерации. Также для грамотного оформления использовано множество нормативных документов.
Данная работа связана с аэродромным радиолокатором АОРЛ-1АМ, изготавливаемым на предприятии АО «ЧРЗ «Полёт». Данный радиолокатор обеспечивает функции контроля и управления воздушным транспортом. Радиолокатор АОРЛ-1АМ может устанавливаться в аэропортах с различной степенью частоты полетов. Данный радиолокатор состоит из множества изделий. В его состав входят: антенная система, комплект аппаратуры, два контейнера - аппаратная и агрегатная. В текущей работе рассмотрена аппаратная, представляющая собой утепленный контейнер с установленным внутри необходимым оборудованием, а также с расположенной на контейнере антенной системой (перспективный отражатель из состава антенного устройства). Предприятие выполняет анализ текущего состояния аппаратной изделия АОРЛ- 1АМ опираясь на опыт использования аналогичных изделий, а также различные испытания.
В начале 2015 года АО «ЧРЗ «Полёт» получил сертификат на аэродромный обзорный радиолокатор АОРЛ-1АМ. Такой радиолокатор выполняет следующую роль: он предназначен для замены устаревших радиолокаторов типа ДРЛ-7СМ. АОРЛ-1АМ по основным параметрам схож с ранее выпускаемым радиолокатором АОРЛ-1АС, основная разница - измененная дальность действия. Такой радиолокатор является эффективной заменой предшествующих вариантов изделий, он позволит обеспечить авиационную доступность в удаленных регионах Российской Федерации, включая районы дальнего Востока и Северо - Восточной Сибири.
Одной из проблем современной разработки электрорадиоаппаратуры является очень выраженный характер повышения плотности установки электрорадиоэлементов.
Это утверждение относится как к печатным платам, в их случае это элементы на плате, так это утверждение можно отнести и к более глобальным разработкам, например, установке оборудования в каких - либо приспособленных помещениях. Такие помещения могут иметь небольшой объём, вследствие этого плотность установки оборудования становится высокой. При этом важно понимать, что многие устройства работают на максимальном для них температурном режиме. Обычно это связано с конструктивными особенностями устройств, большинство изделий разрабатывается в герметичных корпусах, такой вариант конструктивного решения значительно затрудняет процесс отвода тепла. Для такой ситуации анализирование и моделирование тепловых режимов радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) становится приоритетной задачей.
Важно отметить, что вышеперечисленные аспекты являются актуальными в современных условиях разработки, но данная актуальность определяется такими критериями, как высокая стоимость разработки опытных образцов, а также очень длительными сроками проведения натурных испытаний. Также важно понимать, что в случае предварительных тестов и испытаний изделия обязательно выявляются недостатки, например , неудобство конструкции, возможные перегревы участков оборудования или оборудования в целом, нарушения и отклонения в работе, неверные результаты работы, отличающиеся от прогнозируемых. В таких случаях придется повторить рабочий цикл , включающий повторную разработку опытного образца с последующим производством и испытанием. На этапе разработки придется править конструкторскую документацию (КД), это приведет к повторной разработке опытного образца. Основной недостаток такой процедуры - значительные дополнительные финансовые затраты от предприятия. Такие финансовые затраты приводят к удорожанию себестоимости конечного продукта. Все эти условия, помимо финансовых затрат, приводят к тому, что потребуется продолжительное время при разработке, это нежелательно, особенно для изделий включенных в оборонную промышленность.
В ходе написания данной выпускной работы для корректного выполнения поставленной задачи были использованы научная и учебно-методическая литература, научные статьи в сети Интернет, статьи в периодических изданиях Российской Федерации. Также для грамотного оформления использовано множество нормативных документов.
Данная работа связана с аэродромным радиолокатором АОРЛ-1АМ, изготавливаемым на предприятии АО «ЧРЗ «Полёт». Данный радиолокатор обеспечивает функции контроля и управления воздушным транспортом. Радиолокатор АОРЛ-1АМ может устанавливаться в аэропортах с различной степенью частоты полетов. Данный радиолокатор состоит из множества изделий. В его состав входят: антенная система, комплект аппаратуры, два контейнера - аппаратная и агрегатная. В текущей работе рассмотрена аппаратная, представляющая собой утепленный контейнер с установленным внутри необходимым оборудованием, а также с расположенной на контейнере антенной системой (перспективный отражатель из состава антенного устройства). Предприятие выполняет анализ текущего состояния аппаратной изделия АОРЛ- 1АМ опираясь на опыт использования аналогичных изделий, а также различные испытания.
В начале 2015 года АО «ЧРЗ «Полёт» получил сертификат на аэродромный обзорный радиолокатор АОРЛ-1АМ. Такой радиолокатор выполняет следующую роль: он предназначен для замены устаревших радиолокаторов типа ДРЛ-7СМ. АОРЛ-1АМ по основным параметрам схож с ранее выпускаемым радиолокатором АОРЛ-1АС, основная разница - измененная дальность действия. Такой радиолокатор является эффективной заменой предшествующих вариантов изделий, он позволит обеспечить авиационную доступность в удаленных регионах Российской Федерации, включая районы дальнего Востока и Северо - Восточной Сибири.
В ходе выпускной квалификационной работы проведено моделирование конструкции аппаратной изделия АОРЛ-1АМ. Изучена вся необходимая литература и нормативные документы, подробно проработана трехмерная модель конструкции аппаратной, включающей в себя антенное устройство, контейнер, устройство утепления, аппаратуру, устанавливаемую внутри контейнера.
Выполнен анализ технического задания, изучен комплект конструкторской документации. Основное внимание уделено условиям эксплуатации аппаратной. Для более подробного знакомства выполнено изучение принципа работы аппаратной изделия АОРЛ-1АМ.
В ходе выполнения ВКР была проведена экскурсия в цех на производстве, где выполняется сборка данного контейнера. В процессе данного мероприятия был рассмотрен контейнер на разных стадиях сборки, а также изучено устройство утепления
Подробно составлен обзор литературных источников, включающих в себя учебники, пособия, статьи, нормативную документацию. В каждом источнике выделено основное содержание, приведены ссылки на используемую литературу. Также выполнен анализ рынка САЕ систем. Рассмотрены такие программные пакеты, как ANSYS Mechanical, Nastran In - CAD, SolidWorksSimulation, Асоника. Описаны основные преимущества и недостатки нескольких программных пакетов. В качестве используемого для расчета выбран продукт Ansys Workbench поскольку данный программный продукт имеет большое количество обучающего материала, а также является сильнейшей базой для расчета.
Выделены цели выполнения выпускной квалификационной работы.
В качестве создания трехмерной модели сборки выбрана САПР Autodesk Inventor.
В ходе проектирования трехмерной модели аппаратной, выполнено знакомство с основными ее частями: контейнер, устанавливаемая внутри аппаратура, утепление, перспективный отражатель из состава антенного устройства. Некоторые незначительные узлы и детали показаны условно для упрощения итоговой модели.
Значительное внимание уделено созданию модели утепления, поскольку она используется в расчете теплового режима. Модель представляет собой каркас из деревянных рам, с заполненными, пенополистиролом, пространствами.
В ходе моделирования получилась полноценная виртуальная модель изделия. Данную модель предприятие сможет использовать в дальнейшем для инженерных расчетов другого типа, а также для презентации изделия.
После моделирования виртуальной модели аппаратной, выполнен анализ ветровой нагрузки на конструкцию аппаратной радиолокатора. Также выполнен расчет теплового режима. Построены необходимые графики.
В ходе расчета ветровой нагрузки изучены основные документы по нагрузкам и воздействиям. Для выполнения анализа методом итераций упрощена полученная трехмерная модель, поскольку при первой итерации возникли проблемы с созданием сетки, что не позволило получить корректный расчет. Расчет выполнен для двух случаев. Для фронтального воздействия на контейнер и установленный отражатель. Данный вариант проработан, чтобы ознакомиться с возможными результатами воздействия ветрового потока на конструкцию аппаратной. Главный расчет выполнен для худшего варианта расположения контейнера и антенного устройства аппаратной относительно направления действия ветровой нагрузки. В результате расчета максимальная сила давления на плоскости аппаратной получилась 2,58 кПа, сила воздействия равняется 60000 Ньютонов. Рассчитаны удерживающий и опрокидывающий момент, по их результатам можно сказать, что контейнер без дополнительного крепления опрокинется, при воздействии ветровой нагрузки, даны рекомендации по использованию специальных талрепов, закрепляющих контейнер на бетонном основании, что воспрепятствует перевороту контейнера.
Выполнен расчет теплового режима. В данной модели не используется модель отражателя из состава антенного устройства, поскольку значимых изменений в результат не внесет. Изучены все необходимые входные данные для расчета, а именно температура среды, в которой находится контейнер, а также потребляемые мощности аппаратурой. В таком режиме работы аппаратной с учетом таких условиях температуры снаружи контейнера температура воздуха внутри контейнера получилась 25,5 °С. По итогам расчета можно сказать, что при использовании данных обогревателей и утепления из пенополистирола соблюдается тепловой режим.
Выполнен анализ технического задания, изучен комплект конструкторской документации. Основное внимание уделено условиям эксплуатации аппаратной. Для более подробного знакомства выполнено изучение принципа работы аппаратной изделия АОРЛ-1АМ.
В ходе выполнения ВКР была проведена экскурсия в цех на производстве, где выполняется сборка данного контейнера. В процессе данного мероприятия был рассмотрен контейнер на разных стадиях сборки, а также изучено устройство утепления
Подробно составлен обзор литературных источников, включающих в себя учебники, пособия, статьи, нормативную документацию. В каждом источнике выделено основное содержание, приведены ссылки на используемую литературу. Также выполнен анализ рынка САЕ систем. Рассмотрены такие программные пакеты, как ANSYS Mechanical, Nastran In - CAD, SolidWorksSimulation, Асоника. Описаны основные преимущества и недостатки нескольких программных пакетов. В качестве используемого для расчета выбран продукт Ansys Workbench поскольку данный программный продукт имеет большое количество обучающего материала, а также является сильнейшей базой для расчета.
Выделены цели выполнения выпускной квалификационной работы.
В качестве создания трехмерной модели сборки выбрана САПР Autodesk Inventor.
В ходе проектирования трехмерной модели аппаратной, выполнено знакомство с основными ее частями: контейнер, устанавливаемая внутри аппаратура, утепление, перспективный отражатель из состава антенного устройства. Некоторые незначительные узлы и детали показаны условно для упрощения итоговой модели.
Значительное внимание уделено созданию модели утепления, поскольку она используется в расчете теплового режима. Модель представляет собой каркас из деревянных рам, с заполненными, пенополистиролом, пространствами.
В ходе моделирования получилась полноценная виртуальная модель изделия. Данную модель предприятие сможет использовать в дальнейшем для инженерных расчетов другого типа, а также для презентации изделия.
После моделирования виртуальной модели аппаратной, выполнен анализ ветровой нагрузки на конструкцию аппаратной радиолокатора. Также выполнен расчет теплового режима. Построены необходимые графики.
В ходе расчета ветровой нагрузки изучены основные документы по нагрузкам и воздействиям. Для выполнения анализа методом итераций упрощена полученная трехмерная модель, поскольку при первой итерации возникли проблемы с созданием сетки, что не позволило получить корректный расчет. Расчет выполнен для двух случаев. Для фронтального воздействия на контейнер и установленный отражатель. Данный вариант проработан, чтобы ознакомиться с возможными результатами воздействия ветрового потока на конструкцию аппаратной. Главный расчет выполнен для худшего варианта расположения контейнера и антенного устройства аппаратной относительно направления действия ветровой нагрузки. В результате расчета максимальная сила давления на плоскости аппаратной получилась 2,58 кПа, сила воздействия равняется 60000 Ньютонов. Рассчитаны удерживающий и опрокидывающий момент, по их результатам можно сказать, что контейнер без дополнительного крепления опрокинется, при воздействии ветровой нагрузки, даны рекомендации по использованию специальных талрепов, закрепляющих контейнер на бетонном основании, что воспрепятствует перевороту контейнера.
Выполнен расчет теплового режима. В данной модели не используется модель отражателя из состава антенного устройства, поскольку значимых изменений в результат не внесет. Изучены все необходимые входные данные для расчета, а именно температура среды, в которой находится контейнер, а также потребляемые мощности аппаратурой. В таком режиме работы аппаратной с учетом таких условиях температуры снаружи контейнера температура воздуха внутри контейнера получилась 25,5 °С. По итогам расчета можно сказать, что при использовании данных обогревателей и утепления из пенополистирола соблюдается тепловой режим.