В.В. Черноверская1, С.У. Увайсов2, Д.Е. Степанова3, Д.О. Борискина4

1-4 РТУ МИРЭА (Москва, Россия)

1 v_chernoverskaya@mail.ru; 2 uvajsov@mirea.ru; 3 magistracy_dasha@bk.ru

Постановка проблемы. Задачу автоматизированного размещения источников тепла называют задачей теплового размещения или размещением по тепловому критерию. Эта задача формулируется как поиск варианта размещения элементов, при котором снижение надежности электронного блока, вызванное перегревом элементов, минимально. На сегодняшний день существует множество алгоритмов, позволяющих решать задачу размещения в соответствии с различными критериями оптимальности. Однако в большинстве случаев эти алгоритмы ориентированы на проектирование двумерной компоновки (печатные платы, микросборки, интегральные микросхемы). Для учета особенностей трехмерной компоновки (блоки и модули) наиболее эффективными являются генетические алгоритмы (ГА), которые реализуют случайно-направленный поиск на множестве решений. Несмотря на то, что ГА не гарантируют нахождения глобального оптимума, их особенности позволяют за приемлемое время получать высококачественные решения. Тем не менее, алгоритмы и процедуры, расширяющие возможности исследования, как правило, реализуются в виде самостоятельных программных модулей, которые практически не интегрируются со специализированными САПР конструкторского проектирования. Следовательно, для получения результатов требуются параллельные исследования с внесением исходных данных, разработкой моделей, что достаточно часто приводит к повышению трудоемкости и увеличению временных затрат на проектирование.

Цель. Провести тепловое моделирование блока преобразования информации с помощью встроенных инструментов САПР SolidWorks и выработать рекомендации по улучшению температурных показателей устройства.

Результаты. Приведены результаты теплового моделирования блока преобразования информации устройства приема, передачи и обработки данных. Выполнено объединение разработанных в САПР SolidWorks моделей функциональных ячеек блока в объеме блока и сформированы граничные условия для описания процессов теплообмена с воздушной средой. С использованием встроенного модуля Simulation САПР SolidWorks проведена серия модельных экспериментов по изучению теплового режима работы блока и предложен вариант внутреннего размещения функциональных ячеек, обеспечивающий наилучшие температурные показатели без внесения существенных изменений в конструкцию блока. Проанализированы подходы и алгоритмы, позволяющие улучшить тепловой режим работы блока. В ходе теплового моделирования удалось снизить максимальную температуру до Tmax=70,95 оСЭ, что почти на 6 оС (7,5%) меньше исходной температуры блока. Улучшение температурного режима работы блока удалось достичь за счет размещения наиболее тепловыделяющих функциональных ячеек в крайних коммутационных позициях, а также располагая их вблизи ячеек с менее нагруженным тепловым режимом, имеющих запас прочности по температурным показателям, что дало возможность сформировать почти однородное температурное поле внутри блока и направить тепловой поток от сильно нагретых элементов во внешнюю среду.

Практическая значимость. Представленные результаты подтверждают возможность на ранних этапах проектирования РЭС выполнить оптимизацию конструкции блока по тепловому критерию и за конечное число итераций получить решение, отвечающее установленным техническим требованиям.

Черноверская В.В., Увайсов С.У., Степанова Д.Е., Борискина Д.О. Моделирование тепловых режимов блока преобразования и
нформации устройства приема, передачи и обработки данных в линии радиокоррекции // Радиотехника. 2025. Т. 89. № 6.
С. 68−78. DOI: https://doi.org/10.18127/j00338486-202506-07

1. Меркухин Е.Н. Оценка эффективности рационального размещения электронных элементов по тепловому критерию // Системные технологии. 2014. № 4(13). С. 52-55.
2. Меркухин Е.Н. Априорный критерий оценки эффективности оптимизации теплового режима путем рационального размещения электронных элементов // Современные наукоемкие технологии. 2018. № 10. С. 77-81.
3. Васильев Е.Н., Деревянко В.А. Анализ эффективности применения термоэлектрических модулей в системах охлаждения радиоэлементов // Вестник Сибирского гос. аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева. 2013. № 4(50). С. 9-13.
4. Васильев Е.Н., Деревянко В.А. Расчет эффективности термоэлектрических модулей для охлаждения радиоэлектронных элементов // Решетневские чтения. 2013. Т. 1. С. 211-213.
5. Увайсов С.У., Черноверская В.В., Данг Н.В., Туан Н.В. Применение искусственной нейронной сети в задаче тепловой диагностики печатного узла бортового устройства контроля разбега самолета // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2022. Т. 10. № 3(38). С. 23-24. DOI: 10.26102/2310-6018/2022.38.3.012.
6. Увайсов С.У., Черноверская В.В., Дао А.К., Нгуен В.Т. Алгоритм Кохонена в задачах классификации конструктивных дефектов печатных узлов // Российский технологический журнал. 2021. Т. 9. № 4(42). С. 98-112. DOI: 10.32362/2500-316X-2021-9-4-98-112.
7. Глухов П.А., Черноверская В.В., Ветрова В.В., Увайсова А.С. Исследование тепловых процессов в 3D-печатных узлах электронных средств на примере линейного стабилизатора напряжения // Сб. трудов XVII Междунар. науч.-практич. конф. «Инновационные, информационные и коммуникационные технологии» (г. Сочи, 01–10 октября 2020 года) / Под ред. С.У. Увайсова. М.: Ассоциация выпускников и сотрудников ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского содействия сохранению исторического и научного наследия ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского. 2020. С. 434-437.
8. Минегалиева М.М., Набиев И.И., Гизатуллин З.М. Размещение элементов на печатной плате итерационным алгоритмом размещения на основе парных перестановок // Сб. науч. трудов XII Междунар. науч.-практич. конф. «Современные инструментальные системы, информационные технологии и инновации» (г. Курск, 19–20 марта 2015 года). В 4-х томах / Отв. редактор А.А. Горохов. Т. 3. Курск: ЗАО «Университетская книга». 2015. С. 104-108.
9. Бакало М.А., Курейчик В.В. Модифицированный алгоритм размещения методом парных перестановок // Известия ТРТУ. 2007. № 1(73). С. 77-84.
10. Рыбаков И.М., Лысенко А.В., Бростилов С.А., Герасимова Ю.Е. Информационно-измерительная и управляющая система теплофизического моделирования параметров электронной аппаратуры // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2022. № 2(62). С. 36-45. DOI: 10.21685/2072-3059-2022-2-3.
11. Макаров О.Ю., Бобылкин И.С., Шуваев В.А., Хвостов А.В. Комплексная тепловая модель радиоэлектронных устройств // Радиотехника. 2021. Т. 85. № 6. С. 27-33. DOI: 10.18127/j00338486-202106-05.