6.7.2. Выбор компоновочной схемы и конструкции блока.
Для определения факторов, влияющих на габаритные размеры и конструкцию блоков, необходимо рассмотреть их существующие конструкции. Оценим книжный и разъемный варианты конструкции, используемые в РЭС, отличающиеся, в основном, возможностями доступа к ячейкам для их контроля и замены.
Рис. 6.20. Разъемные и книжные конструкции блоков.
На компоновку РЭС оказывают большое влияние условия эксплуатации аппаратуры. Требования по механическим воздействиям влияют на выбор зазоров между субблоками с учетом деформации несущих конструкций. Вводятся ребра жесткости, приливы, кронштейны, бобышки, дополнительные элементы крепления и т.п. По климатическим требованиям блок может быть выполнен герметичным или негерметичным. Повышение климатических и механических требований к блокам приводит к увеличению объема и массы блока.
Следующим фактором, влияющим на габариты блока, является применяемая элементная база и число элементов, размещаемых в блоке. Широкий выбор серийно выпускаемых микросхем в сочетании с микросборками позволяют повысить плотность упаковки элементов в блоке, что сказывается на их габаритных размерах.
Элементы электрических соединений в блоках влияют на размеры зон электрической коммутации, которые делятся на внутриблочные и межблочные. Все они увеличивают полный объем блоков. Внутриблочный монтаж увеличивает габариты блока в одной из сторон, в зависимости от вариантов компоновки, примерно на 20…35 мм.
Естественная конвекция требует зазора между субблоками порядка 4…8 мм для обеспечения нормального теплового режима в блоке. Принудительное охлаждение позволяет уменьшить зазоры до 2 мм, но вызывает увеличение объема блока на 10…15% за счет установки вентилятора или воздуховодов.
Применение конструктивного охлаждения (радиаторов, теплостоков, теплоотводящих трубок и т.п.) увеличивает габаритные размеры блоков за счет увеличения размеров несущих конструкций на 20…25%.
Рассмотрим, как влияют схемы компоновки на габаритные размеры блоков.
L, H, B - длина, высота и ширина блока;
Lk, Hk, Bk - габариты внутриблочной электрической коммутации.
Рис. 6.21. Схемы компоновки блоков.
Полезный объем блока Vбл можно условно представить в виде двух объемов: объема, занимаемого функциональными узлами, и объема под электрические соединения и их монтаж (V2).
Vб = V1 + V2
Для рассматриваемых вариантов компоновки эти объемы можно выразить следующим образом:
V1 = L H (B-Bk); |
V2 = L H Bk |
Для вариантов I и II |
V1 = L (H-Hk); |
V2 = L Hk B |
Для вариантов III и IV |
V1 = (L-Lk) H B |
V2 = Lk H B |
Для вариантов V и IV |
Из рассмотрения этих зависимостей можно сделать вывод:
т.к. в блоках РЭС L > H, L > B, H > B, поэтому получаем следующие неравенства:
;
следовательно, наиболее рационально применение вариантов компоновки V и IV и наименее рационально I и II.
Однако, как показала практика, варианты компоновки II и VI не применяются из-за плохих условий охлаждения. Варианты I и III позволяют установить значительно большее количество субблоков по сравнению с вариантами IV и V т.к. L/hСБ> B/ hСБ где hСБ -шаг установки субблока.
Для книжных конструкций предпочтительнее варианты IV и V, т.к. эти конструкции должны иметь небольшое количество субблоков для удобства их раскрыва.
При естественной конвекции для блоков разъемной конструкции применяют вариант компоновки III. В случае применения принудительной вентиляции для них следует применить вариант компоновки I.
При естественной конвекции в книжных конструкциях используются варианты IV и V. Они же могут применяться и при принудительном охлаждении при установке вентилятора на заднюю и лицевую панель блока при варианте IV и при обеспечении подачи воздуха снизу для варианта IV.
На выбор варианта компоновки оказывает большое влияние, необходимое число контактов разъема субблока. Как показывает практика, число входных контактов с одного субблока составляет 60…80 и более. С этой точки зрения для разъемной конструкции предпочтителен вариант компоновки I, а для книжной IV. И, хотя при этом, как было показано ранее, уменьшается полезный объем блока, приходится идти на компромисс.
Следующим фактором, влияющим на выбор варианта компоновки блока, является соотношение его линейных размеров: длины, ширины и высоты. Например, книжная конструкция, выполненная по варианту V будет иметь максимальную плотность компоновки элементов в блоке, но не рациональное соотношение размеров сторон печатной платы приводит к тому, что печатные проводники становятся длинными, увеличиваются паразитные помехи, увеличивается шаг установки микросхем на плате по сравнению с вариантом IV. Минимальная ширина блоков книжных конструкций должна быть не более 120 мм.
Для блоков разъемных конструкций минимальные размеры высоты и ширины должны быть:
для варианта компоновки I Hмин ≥ 180 мм, B мин ≥ 120 мм;
для варианта компоновки III Hмин ≥ 180 мм, B мин ≥ 180 мм.
Таким образом, рассмотренные факторы влияют на выбор варианта конструкции блока и его габариты. Правильность выбранной конструкции должна подтверждаться комплексом абсолютных (объем, масса, надежность и т.п.), относительных (коэффициент использования объема, массы, полезной площади и т.п.), конструктивных показателей, а также коэффициентом плотности упаковки.
Для соpздания условий межвидовой унификации блоков для различных видов аппаратуры принята условная классификация, рис. 6.22.
Рис. 6.22.
Такая классификация предназначена для кодирования блоков (базовых несущих конструкций), которые могут быть заложены в банк исходных данных, их выбора при автоматизированном конструировании.