Методика компоновки ячеек и блоков

 

Используемая в лабораторных работах №2 и №3 методика определения компоновочных характеристик аппарата включает в себя пять этапов):

-предварительный выбор схемы компоновки и типоразмеров корпуса блока, ячеек и ПП;

-компоновка ПП;

-определение компоновочных параметров ячейки;

-определение компоновочных параметров блока;

-анализ и уточнение компоновки ЭС.

На начальном этапе решается вопрос об укрупнённой компоновке аппаратуры в целом и определяются основные части будущей конструкции, т.е. происходит разбиение блока на зоны, в которых компонуются определённые функциональные элементы конструкции.

Рекомендуется конструировать блоки прямоугольной формы, за исключением некоторых вариантов бортовой ЭС. Одновременно выбирается один из возможных вариантов схемы расположения и объединения ячеек внутри блока.

Критериями выбора являются величина объёма, занимаемая элементами схемы /ячейками/ и монтажными соединениями, возможность обеспечения нормального теплового режима внутри блока, вариант объединения /книжный, разъёмный/ ячеек, защитные свойства блока при внешних механических воздействиях и т.д. Например, наибольший полезный объём конструкции возможен для схем 5 и 6, для хорошего теплообмена ячейки должны располагаться вертикально, в книжных конструкциях число ячеек должно быть небольшим, поэтому чаще используют варианты 4 и 5 и т.д.

Решение задач выбора схем компоновки в лабораторных работах выполняется неформализовано.

В настоящее время для ЭС разработаны стандартные базовые конструкции модулей всех уровней – типовые конструкции.

Таким образом, задача определения формы и размеров многих элементов конструкции ЭС трансформируется в задачу выбора оптимальных типоразмеров модулей всех уровней. В описываемом случае – это задача выбора типоразмеров ячеек и блока.

Описание и рекомендации по выбору соответствующих конструкций приведены в нормативных документах /5,..11/.

В конце работ первого этапа компоновки необходимо используя методики нормативных документов, определить типоразмеры корпуса блока, ячеек и ПП.

На втором этапе определяются основные компоновочные параметры печатных плат ячеек: уточняются размеры ПП, шаг и способ установки ЭРЭ, количество слоёв, размеры монтажной и вспомогательной зон, первоначальный вариант расположения посадочных мест под все ЭРЭ. Процесс компоновки ПП выполняется итерационно: после предварительного решения следует его анализ и уточнение.

Третий этап представляет собой определение полного комплекта компоновочных параметров ячейки: уточняются размеры ПП по нормативным документам /ГОСТ, ОСТ, нормали/, тип, состав элементов и размеры ячейки, типы межъячеечных разъёмов, ориентировочное значение массы ячейки, её объём.

На четвёртом этапе определяются компоновочные параметры блока: размеры пакета ячеек, неиспользуемая часть объёма блока, типоразмер корпуса блока /по нормативным документам/, масса и объём блока. В случае, если при анализе результатов /этап 5/ размеры пакета ячеек или какие-либо другие характеристики не удовлетворяют требованиям ТЗ, происходит повторная компоновка блока.

Три первых этапа методики объединены в лабораторную работу №2, а последние – в лабораторную работу №3.

 

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

Проектирование конструкции ячейки с использованием  БНК.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

Основная цель работы состоит в закреплении знаний, полученных в теоретическом курсе, по компоновке ячеек ЭС на основе БНК, выработке умений и навыков их использования для решения практических задач конструирования. Кроме того, приобретаются умение и навыки работы с автоматизированными средствами конструирования, являющимися обязательным инструментом успешного проектирования конструкции.

На выполнение лабораторной работы отводится 4 часа занятий.

 

ЗАДАЧА РАБОТЫ

 

Необходимо разработать компоновочное решение ячеек (субблоков) МЭА, исходя из индивидуальных для каждого студента условий. Работа сводится к тому, чтобы, используя известную методику, обосновать и выбрать типовое конструктивно-технологическое решение субблока МЭА в соответствии с действующими в ряде отраслей нормативно-техническими документами в виде базовых несущих конструкций (БНК). Используемый вариант стандартной конструкции ячейки самолетного ЭС представлен далее.

 

В результате должны быть определены все компоновочные размеры субблока, в котором располагаются электрорадиоэлементы (ЭРЭ) в виде микроэлектронных узлов (МЭУ) полученных в первой лабораторной работе и отразить их на эскизах рамы и ячейки.

 

 

В качестве исходных используются данные к общему циклу лабораторных работ, данные предыдущей лабораторной работы по определению конструктивных параметров МЭУ, а также следующие данные:

- геометрические характеристики и количество МЭУ в блоке (см. результаты первой лабораторной работы);

- тип конструкции блока и ячейки;

- способ установки МЭУ на плате,   

- нижняя зона крепления ПП, X1=5мм,

- верхняя зона крепления ПП, X2=5мм,

- зона выходных контактов, Y1=10мм,

- зона контрольных контактов, Y2=5мм,

- высота электрического соединителя, Hc=10мм,

- толщина ПП, Hп=1,5мм,

- высота выступов крепежных изделий, Hk=1,5мм,

- высота рамы ячейки, Hkар=10мм,

- плотность материала ПП, p=2400 кг/м3

- масса соединителя GC=10-15г,

- масса рамы (каркаса), Gкар=30-40г,

- объем соединителя, VC=5000-10000 мм3

- объем рамы, Vkар=15000-20000 мм3

- объем рамы, Vkар=15000-20000 мм3.

 

 

 

 

МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОМПОНОВОЧНЫХ

 ПАРАМЕТРОВ ЯЧЕЕК (СУББЛОКОВ) ЭС.

3.1.Этапы компоновки

 

Процесс определения конструктивных /компоновочных/ параметров субблока состоит из следующих этапов:

- предварительный выбор типа и размеров корпуса блока, типа и размеров субблоков, типа и размеров печатных плат (ПП);

- компоновка ПП;

- определение полного комплекса компоновочных характеристик субблока;

- уточнение, при необходимости, типоразмеров субблоков и печатных плат.

Рассмотрим поэтапно процесс определения компоновочных характеристик.

3.2. Предварительный выбор схемы компоновки и типоразмеров корпуса блока, субблока (ячейки) и ПП.

 

На основании требований ТЗ выбирается вариант схемы компоновки блока (В данном случае рекомендуется схема 1 для компоновки блока и вариант 5 для компоновки субблоков). Далее необходимо выбрать ориентировочные типоразмеры ячейки и ПП. В зависимости от того, задан ли тип и размеры корпуса блока или шкафа /стойки/, куда аппарат входит составной частью, возможны следующие варианты действий:

 

Если заданы, то согласно требованиям соответствующих нормативных документов /ГОСТ, ОСТ, нормали предприятий и т.п./ необходимо выбрать тип и размеры ячейки /субблока/ и ПП.

Если тип и размеры корпуса блока не заданы, то на основании результатов эскизного проектирования и других этапов предварительного проектирования по величине ориентировочного объёма V аппарата или по величине предполагаемых габаритных размеров           L ´ B ´ H   ЭС конструктору необходимо выбрать предварительный вариант типа и размеров корпуса блока, затем - размеры субблока и ПП.

 

3.2.1.Определение ориентировочного объёма блока    

 

3.2.1.1.Определяется ориентировочное количество эквивалентных усилителей или/и вентилей Nа, характеризующее показатель технической сложности РЭС на микросборках с уровнем интеграции Jсб.

 

    где Nau – исходная сложность электрической схемы;

             Е - оператор процедуры взятия целочисленного                  

                    значения;

            N2 - глубина резервирования; принять N2 =1.

 

3.2.1.2.Вычисляется ориентировочный объём V ‘ блока.                        

 

3.2.2.Предварительный выбор типоразмеров корпуса блока, субблоков, печатных плат.

 

3.2.2.1.По величине ориентировочного объёма V ‘ в соответствии с /5/ выбирается тип корпуса блока, объём которого V должен превышать величину V ‘ и определяются размеры корпуса. Параметры некоторых корпусов блоков даны в табл.2.

 

Таблица 2 Основные характеристики корпусов блоков

       

Тип корпуса	Размеры, мм			Объём, дм	Масса, Кг	Размеры печатных плат субблоков, мм *
	H	B	L	V	G
2K 2,5K 3K	194 194 194	124 157 190,5	320,5 320,5 320,5	7,7 9,7 11,8	1,9 2,3 2,8	75 170 120     170 150
1K 1,5K 2K 2,5K	194	57 90,5 124 157	320,5	2,8 5,6 7,7 9,7	1,2 1,4 1,6 1,8	110 150
3C 4C 5C	194	190 257 324 390,5	421,5	15,6 21 26,5 31,9	2,4 2,8 3,2 3,8	170 280

 

*В одном субблоке возможна установка нескольких ПП.

 

3.2.2.2.Исходя из типоразмера выбранного корпуса блока, в соответствии с требованиями /4,5/ выбираются размеры печатных плат Ln и Bn. Параметры некоторых плат также приведены в таблице2.