Алгоритм оперативного поддержания температурного режима блоков усиления мощности передающего комплекса радиолокационной станции на основе тепловой модели

Введение. Тенденции развития современной радиоэлектронной аппаратуры, входящей в состав радиолокационных станций, заключаются в постоянном увеличении выходной излучаемой мощности. Это приводит к значительному повышению тепловыделения блоков усиления мощности как наиболее теплонагруженных. Для уменьшения отказов данных блоков, связанных с перегревом, предложен оригинальный алгоритм оперативного поддержания температурного режима. В основе алгоритма лежит тепловая модель, позволяющая, в отличие от известных моделей, производить расчет распределения температуры в блоке в режиме реального времени с учетом телеметрии с датчиков температуры, установленных внутри блока. Новизна предлагаемого алгоритма заключается в управлении системой охлаждения в реальном масштабе времени на основе прогноза температуры блоков, полученного с помощью тепловой модели. Метод. Тепловая модель базируется на математической формализации тепловых процессов с использованием метода анизотропного тела, который позволяет минимизировать вычислительные затраты на расчеты за счет представления блока усиления мощности в виде квазиоднородного тела. Основные результаты. Моделирование процесса распределения температуры в блоке усиления мощности выполнено в среде COMSOL. Для оценки эффективности алгоритма и возможности работы в режиме реального времени на этапе эксплуатации радиолокационной станции выполнен вычислительный эксперимент с использованием модельных данных. Результаты моделирования подтвердили возможность проведения вычислений распределения температуры в блоке в реальном масштабе времени. Обсуждение. В отличие от существующих алгоритмов поддержания температурного режима блока, основанных на показаниях температурных датчиков, определяющих температуру в текущий момент времени, разработанный алгоритм реализует прогноз температуры. Это позволяет принимать меры по охлаждению блока до наступления критических аварийных ситуаций.

1. Гойденко В.К. Комплексная тепловая модель программно-аппаратного комплекса связи // Системы управления, связи и безопасности. 2019. № 1. С. 141–157. https://doi.org/10.24411/2410-9916-2019-10108

2. Михайлов М.В., Продан Н.В., Ренев М.Е. Численное моделирование газодинамики при работе широкодиапазонного ракетного сопла с пористой вставкой // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2023. Т. 23. № 4. С. 836–842. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2023-23-4-836-842

3. Тукмакова А.С., Демченко П.С., Тхоржевский И.Л., Новотель нова А.В., Ходзицкий М.К. Моделирование процесса стационарного термоотражения для измерения теплопроводности материалов // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2022. Т. 22. № 6. С. 1216–1225. https://doi.org/10.17586/2226-1494-2022-22-6-1216-1225

4. Скибина Н.П. Численное исследование нестационарного течения газа в камере сгорания прямоточного воздушно-реактивного двигателя с учетом процесса теплообмена // Вычислительные технологии. 2020. Т. 25. № 6. С. 50–61. https://doi.org/10.25743/ICT.2020.25.6.003

5. Дегтярев А.А., Молчанов А.В. Верификация расчета нагрева фюзеляжа беспилотного летательного аппарата реактивной струей турбореактивного двигателя // Вестник Концерна ВКО «Алмаз — Антей». 2020. № 3. С. 69–76. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2020-3-69-76

6. Викулов А.Г. Математическое моделирование теплообмена в космических аппаратах // Вестник Концерна ВКО «Алмаз — Антей». 2017. № 2. С. 61–78. https://doi.org/10.38013/2542-0542-2017-2-61-78

7. Сухоруков М.П. Исследование и нахождение оптимальных тепловых моделей электрорадиоизделий радиоэлектронной аппаратуры // Интернет-журнал «Науковедение». 2017. Т. 9. № 6. P. 102.

8. Шалумов А.С., Першин Е.О., Шалумов М.А. АСОНИКА-М-ЭО: моделирование произвольных конструкций электроники на механические и тепловые воздействия // Автоматизация. Современные технологии. 2019. Т. 73. № 7. С. 291–300.

9. Шалумов А.С., Чабриков С.В., Шалумов М.А. АСОНИКА-Т: анализ и обеспечение тепловых характеристик конструкций аппаратуры // Автоматизация. Современные технологии. 2018. Т. 72. № 7. С. 291–301.

10. Тимошенко А.В., Перлов А.Ю., Гончаренко В.И., Ермаков А.В. Моделирование тепловых процессов в передающих комплексах радиолокационных станций мониторинга // Известия высших учебных заведений. Авиационная техника. 2021. № 4. С. 180–187.

11. Аронов П.С., Галанин М.П., Родин А.С. Математическое моделирование контактного взаимодействия элементов твэла с учетом ползучести на основе mortar-метода // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2020. № 110. C. 1–24. https://doi.org/10.20948/prepr-2020-110

12. Ежова Н.А., Соколинский Л.Б. Обзор моделей параллельных вычислений // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Вычислительная математика и информатика. 2019. Т. 8. № 3. С. 58–91. https://doi.org/10.14529/cmse190304

13. Спевак Л.Ф., Нефедова О.А. Численное решение двумерного нелинейного уравнения теплопроводности с использованием радиальных базисных функций // Компьютерные исследования и моделирование. 2022. Т. 14. № 1. С. 9–22. https://doi.org/10.20537/2076-7633-2022-14-1-9-22

14. Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: учебник для вузов. М.: Высшая школа, 1984. 247 с.

15. Калиткин H.H. Численные методы. М.: Наука, 1978. 512 с.

16. Альшин А.Б., Альшина Е.А., Болтнев А.А., Качер О.А., Корякин П.В. Численное решение начально-краевых задач для уравнений соболевского типа методом квазиравномерных сеток // Журнал вычислительной математики и математической физики. 2004. Т. 44. № 3. С. 493–513.