6.5. Базовые несущие конструкции ячеек

Базовые несущие конструкции ячеек предусматривают межвидовую унификацию для различных видов аппаратуры. Чтобы осуществить правильный выбор БНК, установлена следующая классификация:

Рис. Система обозначения БНК первого уровня (ячейки).

В случае принадлежности БНК 1 к определенной аппаратуре вместо "У" проставляется обозначение соответствующего вида аппаратуры.

Обозначение видов аппаратуры:

1- стационарные ЭВМ;

2- аппаратура дискретной автоматики;

3- аппаратура стационарная (кроме ЭВМ);

4- аппаратура стационарная, устанавливаемая на колесные шасси;

5- аппаратура стационарная устанавливаемая на самоходные шасси;

6- морская аппаратура;

7- самолетная аппаратура.

Тип конструкции обозначается цифрой:

1 – безрамочная конструкция;

2 - рамочное исполнение различных модификаций.

Типоразмер: различие только в линейных размерах с сохранением конструктивного.

5

6.6. Унифицированные базовые несущие конструкции первого уровня бнк 1

Регламентированы в ОСТ 4Г0.410.224-84.

Здесь устанавливаются: шаг для установки ячеек в блок 15, 17.5, … мм; расстояние между основной и дополнительной планкой (4 мм); экранирование ячейки и т.д.

7. Несущие конструкции второго уровня (нк 2)

7.1. Общие требования к компановке блоков

Выбор варианта конструкции блока и компановка ячеек в блоке, а также взаимное расположение других конструктивных зон должны осуществляться исходя из технических требований и анализа основных определяющих факторов, специфичных для разрабатываемой РЭА (надежность, долговечность, ремонтопригодность, тепловые режимы и т.д.).

В основном блоки конструируются прямоугольной формы.

Наиболее трудоемкими в процессе проектирования блоков являются:

1) выбор рационального варианта компановки ячеек в блоке;

2) обеспечение минимальной длины цепей электрической коммуникации и нормальных тепловых режимов блоков;

3) разработка или выбор БНК блока, которая обеспечивает, в свою очередь, два первых требования.

Следует отметить, что БНК 2 блоков предназначаются для размещения, механического крепления, защиты от механических перегрузок и внешних воздействий ячеек, а также блоков в шкафах, стойках, стеллажах. Элементы НК должны обеспечивать надежное крепление ячеек, а также минимальную массу, максимальное использование однотипных деталей и их унификацию.

Материалы и покрытия должны выбираться в зависимости от назначения и условий эксплуатации аппаратуры. Элементы БНК изготавливаются литьем под давлением, штамповкой, прессованием и сваркой профильных материалов. В последнее время широкое применение получают профильно-сборные конструкции, что обуславливается ростом номенклатуры прессованных профилей и их низкой себестоимостью.

7.2. Компановочные схемы и конструкции блоков

Под компановкой блоков следует понимать взаимную ориентацию ячеек или других конструктивных зон (электрической коммуникации, механических элементов и т.п.) в заданном объеме блока.

По эксплуатационному назначениювсюРЭАможно разбить на три основных класса:

• аэрокосмическая;

• морская;

• наземная.

Каждый класс делится на группы, характеризующие место установки (носитель) для конкретной аппаратуры.

Требования по механическим воздействиям влияют на выбор:

6

1. зазоров между ячейками с учетом деформаций ПП ячеек;

2. элементов НК (рамки, ребра жесткости и т.д.);

3. элементов крепления (приливы, кронштейны, шарниры и т.д.);

4. элементов конструкции корпуса блока;

5. элементов крепления блоков в стойке, шкафу и т.д.

По климатическим требованиям условия эксплуатации оказывают влияние на вариант исполнения корпуса блока:

1) герметичный;

2) негерметичный.

Повышение требований по механическим и климатическим воздействиям на аппаратуру приводит к увеличению вспомогательного объема блока, что в свою очередь влечет за собой увеличение полного объема блока.

Следующим фактором (основным), влияющим на габариты блока, является применяемая элементная база и число элементов, размещаемых в блоке.

Элементы электрических соединений в блоках влияют на размеры зон электрической коммуникации, которые делятся на:межблочныеивнутриблочные.

Внутриблочная зона- образуется элементами электрической коммуникации между ячейками внутри блока.

Межблочная зона- образуется элементами электрической коммутации между блоками в шкафу, стойке и т.д. с учетом объемов, занимаемых частью межблочных электрических соединителей, входящих в полный объем блоков.

Межблочные соединения могут осуществляться: жгутовыми соединениями с помощью объемных проводов, разъемами, соединителями, ГПШ или ГПК и коммутационной ПП.

Электрические соединители в ячейках занимают в блоках зону, равную 25...35 мм, что увеличивает одну из сторон блока в зависимости от выбранного варианта компановки. Жгутовые соединения, ГПК и коммутационные платы увеличивают габариты корпуса блока на 15...20 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях.

Для обеспечения в блоках РЭА нормального теплового режима применяются различные системы охлаждения в зависимости от температуры окружающей среды, максимально допустимой температуры ЭРЭ, варианта исполнения корпуса блока и варианта конструкции и компановки ячеек в блоке.

Воздушная система охлаждения при естественной конвекциивызывает необходимость выполнения зазоров между ячейками 6...8 мм, для обеспечения теплового режима внутри блока.

При принудительном охлаждениизазор уменьшается до 2 мм, но объем блока увеличивается на 10...15% за счет установки вентилятора или воздуховодов.

Применение кондуктивных теплостоков(радиаторов, теплоотводящих шин и т.д.) увеличивает габариты блоков на 20...25%.

Особое внимание следует обратить на габариты блоков и конструктивное исполнение вариантов компановок ячеек и зоны внутриблочной электрической коммутации в полезном объеме блока.

7

Как видно из рисунка (рис. ), полезный объем блока можно условно представить в виде двух объемов:

V₁ - объем, занимаемый функциональными ячейками;

V₂ - объем, занимаемый под элементы электрического соединения и их электрический монтаж.

Рис. Схема компановки блоков

L, H, B - длина, высота, ширина.

L_k, H_k, B_k - части блока, занимаемые элементами внутриблочного электрического соединителя (коммутации).

Для вариантов I и II эти объемы можно выразить:

V₁ = LH(BB_k); (7.1)

V₂ = LHB_k. (7.2)

Для вариантов III иIV:

V₁ = L(HH_k)B; (7.3)

V₂ = LH_kB; (7.4)

Для вариантов V иVI:

V₁ = (L – L_k)HB; (7.5)

V₂ = L_kHB; (7.6)

Из данных формул видно, что наиболее рациональней использовать варианты компановки VиVIи менее рационально – вариантыI и II, т.к. в блоках РЭА, как правило:

L > H; L > B иH  B. (7.7)

Отсюда получаем следующие неравенства:

8

; (7.8)

. (7.9)

Однако практика конструирования блоков РЭА показала, что варианты компановок IIиIVне применяются, так как имеют очень плохие условия, как для естественной конвекции, так и при принудительном охлаждении, из-за перекрытия зоны прохождения потока.

Варианты компановки IиIIIпозволяют установить значительно большее число ячеек, по сравнению с вариантамиIV,V, с учетом условия (7.7). Это следует из равенства:

; (7.10)

гдешаг установки ячеек.

При рассмотрении вариантов компановок I,III,V,VIследует отметить, что для книжных конструкций предпочтительнее вариантыIVиV, так как данные конструкции должны иметь относительно небольшое количество ПП, по сравнению с разъемными конструкциями, что связано с невозможностью достаточного раскрытия ячеек.

При естественной конвекции для блоков разъемной конструкции применяют вариант компановки I.

При необходимости использования принудительного охлаждения в разъемных конструкциях применяется вариант компановки III.

При естественной конвекции в книжных конструкциях используется вариант компановки V.

При необходимости принудительного охлаждения с условием установки вентилятора на заднюю или лицевую панель блока для варианта II,IVи при обеспечении воздушного потока снизу для вариантаV.

На выбор варианта компановки оказывает влияние:

• число выходных контактов с ПП ячейки. С этой точки зрения для разъемной конструкции предпочтительным является вариант Iи для книжной конструкции -V. При использовании вариантов компановкиIиVуменьшается полезный объем, поэтому на данном этапе проектирования блоков РЭА следует идти на компромисс.

• соотношение его линейных размеров: длины, ширины, высоты. Например, по варианту компановки Vимеем максимальную плотность компановки в блоке, но здесь недостаточно рациональное соотношение сторон ПП приводит к определенным трудностям при проектировании печатного монтажа. Поэтому печатные проводники становятся длинными, что ведет к увеличению паразитных емкостей и шага установки ИС на ПП, по сравнению с вариантомI.

Минимальная ширина блоков книжных конструкций должна быть не более 120 мм.

Для блоков разъемной конструкции минимальные размеры высоты и ширины должны быть для:

I: H_min  180 мм;B_min  120 мм;

III: H_min  180 мм; B_min  180 мм.

Таким образом, все рассмотренные факторы, так или иначе, влияют на выбор варианта конструкции блоков и соответственно на его габариты и правильность выбранной

9

конструкции в процессе эскизной проработке абсолютных (объем, масса блока, надежность и т.д.) и относительных (коэффициент использования полезной площади, объема, массы) конструктивных показателей, а также коэффициента плотности упаковки.

Методику расчета таких показателей можно посмотреть: Овсищер П.И., Лившец и др. "Компановка и конструкция МЭА", Радио и связь, 1982г.

Выполнение требований, предъявляемых к блокам в отношении их конструктивного исполнения, габаритов и других параметров, учитывающих внешние воздействия (климатические, механические и т.д.), обеспечивает возможность создания аппаратуры с межвидовой унификацией на уровне блоков.

В основу унифицированной БНК 2 второго уровня заложена универсальная часть корпуса, применяемая в блоках всех видов аппаратуры.

Рис. Условная классификация БНК второго уровня.

Классификация аналогична классификации ячеек.