Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Факультет «Радиоэлектроники и телекоммуникаций»
Программа дисциплины «Защита РЭС от дестабилизирующих воздействий»
для специальности 200800 «Проектирование и технология РЭС» подготовки специалиста.
Автор программы:
Грачев Николай Николаевич, к.т.н., профессор, nngrachev@mail.ru, ngrachev@hse.ru
Одобрена на заседании кафедры Радиоэлектроники и телекоммуникации «___»____________ 2012 г
Зав. кафедрой С.У.Увайсов
Рекомендована секцией УМС [Введите название секции УМС «___»____________ 2012 г
Председатель [Введите И.О. Фамилия]
Утверждена УС факульте «Радиоэлектроники и телекоммуникаций» «___»_____________2012 г.
Ученый секретарь [Введите И.О. Фамилия] ________________________ [подпись]
Москва, 2012
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
Цели и задачи дисциплины.
изучение влияния внешних и внутренних факторов, воздействующих на РЭС, при их эксплуатации, транспортировании и хранении с целью обоснованного выбора конструктивных мер защиты от тепловых и механических воздействий на этапе проектирования.
Изучение принципов защит РЭС и их теоретическое обоснование на основе классических положений теоретической механики, термодинамики и аэрогидромеханики позволяющих обеспечивать эффективность и качество проектируемой аппаратуры.
Изучение конструктивных мер по защитье широкого класса аппаратуры, включая микроэлектронные устройства с применением микропроцессоров, от тепловых и механических воздействий с учетом назначения и условий эксплуатации, взаимного влияния конструктивных и электрических параметров.
Изучение инженерных методов расчета систем вибро и тепло защиты и комплексный анализ тепловых тепловых и вибрационных характеристик основанном на электротепловом и электромеханическом моделировании с применением ЭВМ и САПР.
Овладение практическими навыками в области проектирования РЭС и разработки конструуторской документации, включая проведение тепловых и механических расчетов с использованием нормативно-технической и справочной документации, отраслевых стандартов и др.
Овладение практическими навыками в области разработки РЭС.
Требования к уровню освоения содержания дисциплины (требования к знаниям, умениям и навыкам, приобретенным в результате изучения дисциплины).
2.1. Основные знания, приобретаемые студентами при изучении дисциплины.
виды внешних и внутренних дестабилизирующих факторов и характер их воздействия на РЭС при их эксплуатации, транспортировании и хранении.
Методы защиты РЭС от внешних и внутренних дестабилизирующих факторов (тепловых и механических воздействий).
Принципы защиты РЭС и их теоретическое обоснование, основанное на классических положениях теоретической механики и термодинамики.
Конструктивные меры защиты широкого класса аппаратуры ( включая микроэлектронные устройства с применением микропроцессоров) от тепловых и механических воздействий с учетом взаимного влияния конструкционных и электрических параметров.
Методы инженергых расчетов систем вибро и теплозащиты.
2.2. Основные умения, приобретаемые студентами при изучении дисциплины.
учение анализировать параметры внешних и внутренних механических и тепловых воздействий; обосновывать выбор конструктивных мер защиты РЭС, выполнив соответствующие конструктивные расчеты.
Умение выполнять теоретические расчеты, основанные на классических положениях теоретической механики и термодинамики с применением электротеплового и электромеханического моделирования; умение испрользовать в расчетах ЭВМ и элементы САПР.
Умение практически рассчитывать системы тепло и виброзащиты и на их основе разрабатывать конструктивно-технологическую документацию с использованием ISO, ЕСКД, ОСТов и ГОСТов и др.
Объем дисциплины и вид учебной работы.
Вид учебной работы
|
Всего часов
|
Семестр
|
9
|
Общая трудоемкость дисциплины
|
168
|
168
|
Аудиторные занятия
|
|
|
Лекции (Л)
|
36
|
36
|
Практические занятия (ПЗ)
|
18
|
18
|
Семинары (С)
|
|
|
Лабораторные работы (ЛР)
|
18
|
18
|
И (или) другие виды аудиторных занятий. Контрольная работа
|
|
|
Самостоятельная работа
|
78
|
78
|
Курсовой проект (работа)
|
18
|
18
|
Расчетно – графические работы
|
|
|
Реферат
|
|
|
И (или) другие виды самостоятельной работы
|
|
|
Вид итогового контроля (зачет, экзамен)
|
Зачет
Экзамен
|
|
(В первой графе таблицы указываются виды аудиторных и самостоятельных занятий студентов. Во второй графе указывается общая трудоемкость дисциплины в соответствии с ГОС ВПО, объем аудиторных и самостоятельных занятий – в соответствии с примерным учебным планом. В третьей графе указываются номера семестров, в которых предусматривается каждый вид учебной работы и вид итогового контроля по дисциплине).
Содержание дисциплины
Разделы дисциплины и виды занятий
|
|
Аудиторные занятия
|
№п/п
|
Раздел дисциплины
|
лекции
|
ПЗ (или С)
|
ЛР
|
1.
|
Защита РЭС от механических воздействий
|
10
|
8
|
9
|
2.
|
Защита РЭС от тепловых воздействий.
|
12
|
8
|
9
|
3.
|
Защита РЭС от радиационных воздействий.
|
8
|
|
|
4.
|
Основы теории испытаний РЭС
|
6
|
2
|
|
(В таблице названия разделов указываются в соответствии с обязательным минимумом содержания, изложенным в ГОС ВПО. В графах, обозначающих предусмотренные виды занятий проставляется «*»)
Содержание разделов дисциплины (указывается название каждого раздела, количество часов, отводимое на изучение, и его содержание).
|
|
Аудиторные занятия
|
№п/п
|
Раздел дисциплины и его содержание
|
лекции
|
ПЗ (или С)
|
ЛР
|
Раздел 1. Защита РЭС от механических воздействий
|
1.1. Общая характеристика внешних и внутренних механических и акустических воздействий,факторов воздействующих на РЭС. Классификация воздействующих механических факторов, Условия эксплуатации наземной, морской, и бортовых космических РЭС и их влияние на работоспособность аппаратуры. Требования отраслевых, государственных стандартов и нормативно-технической документации к механическим воздействиям.
1.2. Общая характеристика механических воздействий. Основные понятия и определения. Источники и виды внешних и внутренних механических воздействий и их качественная и количественная характеристика. Влияние механических воздействий на параметры РЭС. Динамические свойства конструкций РЭС и их основные динамические характеристики.
1.3. Принципы защиты РЭС от механических воздействий (качественный анализ). Расчет динамических характеристик конструкций РЭС. Типовые методы приближенного анализа воздействия на конструкцию РЭС вибрационных, ударных, линейных ускорений и акустического давления. Прочностные расчеты элементов конструкций.
Защита конструкций РЭС от механических воздействий с помощью виброизоляторов. Расчет собственных частот основных элементов конструкций РЭС, Конструктивные способы увеличения жесткости элементов аппаратуры.
Основные понятия о системах виброизоляции. Силы, действующие в системе виброизоляции, их классификация. Основные виды диссипативных сил и их реализация в системах виброизоляции. Кинематические характеристики периодических и непериодических колебательных процессов.
1.6. Математическое описание колебательных систем с конечным числом степеней свободы. Энергетические соотношения в системе виброизоляции. Принцип Гамильтона и уравнение Лагранжа для механических систем. Уравнения динамики абсолютно твердого тела в системе виброизоляции. Анализ уравнения Лагранжа при движении объекта на виброизоляторах.
Аналогии в механике. Электрические и электромеханические системы. Аналогии: сила – напряжение, сила – ток. Уравнения Лагранжа-Максвелла. Электромеханические системы.
Свободное движение объекта на виброизоляторах, Вынужденные колебания блока ЭС на виброизоляторах. Амплитудно-частотные и фазо-частотные характеристики систем виброизоляции. Собственные частоты и собственные формы колебаний. Коэффициент динамичности, коэффициент демпфирования, эффективность виброизоляции.
Понятие о парциальных частотах системы виброизоляции. Особенности определения собственных частот при 6 степенях свободы. Приближенный метод Релея-Донкерли определения парциальных частот. Понятие о плоскости симметрии в системе виброизоляции. Классификация систем по наличию плоскостей симметрии в них Определение собственных частот для различных систем виброизоляции.
.Понятие о параметрических колебаниях. Параметрические резонансы. Системы с одной степенью свободы. Области неустойчивости уравнения Матье-Хилла. Свойства параметрически возбуждаемых систем. Колебания линейных распределенных систем. Общие сведения о линейных механических системах и математических методах их анализа.
1.11.Защита РЭС от случайных механических воздействий, Наиболее распространенные методы анализа случайных вибраций. Анализ влияния случайных вибраций на конструкции РЭС. Случайные колебания систем с конечным числом степеней свободы. Задачи теории случайных колебаний. Параметрические колебания при случайных воздействиях.
1.12.Расчет системы виброизоляции при ударном воздействии. Упрощенная методика расчета и методика с использованием эквивалентных прямоугольных импульсов. Основные аналитические зависимости (энергетические соотношения в системе виброизоляции). Графоаналитический метод определения полной энергии объекта. Определение ускорения объекта. Особенности применения виброизоляторов при ударных воздействиях. Построение ударных характеристик системы. Проектирование систем виброизоляции при случайных вибрационных и ударных воздействиях.
1.13. Виброизоляторы, их основные типы, параметры и особенности конструкций. Методика расчета систем виброизоляции при вибрационных воздействиях. Статический и динамический расчеты систем виброизоляции, коэффициента динамичности и ускорения объекта.
1.14.Рекомендации по конструированию систем виброизоляции. Понятие о гасителях колебаний и об активной виброизоляции. Требования к размещению элементов внутри защищаемого объекта. Проектирование упаковки. Виброизоляция изделий в транспортировочной таре.
1.15. Общие сведения об измерении механических величин. Типы, виды и классификация измерительных преобразователей силы, давления, ускорения и скорости.
1.16. Механические испытания и испытательное оборудование. Испытания на виброустойчивость и вибропрочность, ударную прочность и устойчивость. Испытания на воздействие линейных нагрузок и акустического шума.
|
0.5
0.5
0.5
1.0
0.5
0.5
1.0
0.5
0.5
0.5
1.0
1.0
0.5
0.5
0.5
0.5
|
2
2
2
2
|
|
|
Раздел 2. Защита РЭС от тепловых воздействий.
|
2.1. Роль процессов теплообмена, протекающих в конструкциях РЭС. Тепловой режим РЭС и определяющие его факторы. Основные понятия и законы переноса энергии и вещества. Теплофизические свойства веществ. Процессы теплообмена.
2.2. Теплопроводность, Закон Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности и краевые условия. Уравнения Пуассона и Лапласа. Элементы теории тепловых цепей. Электротепловая аналогия. Стационарный тепловой поток без источников тепла. Распределение тепла при стационарном режиме в плоской, цилиндрической и шаровой стенке с источниками и без источников тепла, в стержнях и пластинах.
2.3. Конвективный теплообмен. Виды и режимы движения среды. Основы теории подобия, критерии подобия и критериальные уравнения. Свободная конвекция в неограниченном пространстве. Вынужденная конвекция при внешнем обтекании тел. Уравнение неразрывности Бернулли. Потери давления. Гидравлические характеристики ЭС и нагнетателя. Методика расчета и выбор нагнетателя.
2.4. Теплообмен при изменении агрегатного состояния. Теплообмен при кипении, конденсации и использовании плавящихся веществ. Теплообмен излучением. Основные законы излучения. Лучистый теплообмен между телами. Влияние экранов на теплообмен излучением. Сложный теплообмен. Уравнение сложного теплообмена. Общие закономерности теплообмена. Принцип суперпозиции температурных полей. Принцип местного влияния.
Системы охлаждения РЭС. Классификация, принцип работы и конструкции систем охлаждения. Теплообменные устройства, Основные положения теплового расчета теплообменников. Конструкции и расчет теплоотводов для охлаждения полупроводниковых узлов РЭС. Воздушные системы охлаждения. Естественное охлаждение в перфорированном и герметичном корпусах. Принудительная циркуляция в герметичном корпусе.
Методика расчета и рекомендации по конструированию РЭС с вынужденной конвекцией. Жидкостные системы охлаждения. Системы жидкостного охлаждения со свободной и вынужденной конвекцией. Испарительные системы охлаждения. Применение тепловых труб. Методика расчета и рекомендации по конструированию.
Специальные методы охлаждения РЭС. Холодильные машины. Устройства термостатирования. Принцип действия и конструкции. Понятие теплообмена в условиях невесомости, разреженных газов. Особенности проектирования систем теплозащиты космических и бортовых РЭС.
Методы расчета тепловых характеристик и их применение. Измерение и расчет температур и контактных термических сопротивлений. Измерение скорости и расходов жидкости и газа.
Климатические испытания и испытательное оборудование. Типы и виды испытательного оборудования.
|
1
2
1
1
2
1
1
2
1
|
2
2
2
2
|
|
|
Раздел 3.. Защита РЭС от радиационных воздействий.
|
3.1. Радиационная среда и ее основные характеристики. Основные понятия о радиационных факторах. Краткая характеристика видов радиационного излучения. Понятие об электромагнитной обстановке электромагнитного импульса ядерного взрыва. Стандарты и нормативно-технические требования к радиационной стойкости аппаратуры.
3.2. Виды эффектов, вызываемых различными видами излучений. Ионизирующие излучения ядерных установок. Воздействие излучений ядерных установок на аппаратуру и ЭРИ.
3.3. Ионизирующие излучения космического пространства. Основные сведения о природе происхождения и характеристиках ионизирующих излучений космического пространства. Радиационные пояса Земли, их структура и радиационная характеристика. Воздействие радиационных поясов на бортовую космическую ЭС. Работа солнечных батарей в условиях радиационных поясов Земли.
3.4. Особенности воздействия ионизирующего излучения на электрорадиоизделия. Основные виды радиационных эффектов.
3.5. Воздействие ионизирующего излучения на полупроводниковые приборы и интегральные микросхемы. Влияние радиационных эффектов на работоспособность основных функциональных узлов РЭС.
3.6. Анализ применяемости радиационно-стойких активных элементов РЭС. Сравнительный анализ радиационной стойкости полупроводниковых приборов и ИМС различных типов.
Возможные виды отказов в РЭС при воздействии ионизирующего излучения. Понятие о характерных отказах в подсистемах.
Методика проектирования радиационно-стойкой аппаратуры. Основные сведения о методах оптимизации при проектировании радиационно-стойких схем. Особенности обеспечения радиационной стойкости систем связи.
Электромагнитный импульс и методы защиты. ЭМИ-обстановка. Влияние ЭМИ на элементы. Методы защиты от ЭМИ.
|
0.5
0,5
1
1
1
1
1
1
1
|
2
2
|
4
|
|
Раздел 4. Основы теории испытаний
|
Основы теории испытаний. Испытания как средство повышения качества изделий. Адекватность условий испытаний реальным условиям эксплуатации. Ускоренные испытания.
Составление и согласование программ испытаний. Общий подход к планированию испытаний. Общие положения методики испытаний. Статистическая обработка данных измерений.
Автоматизация испытаний. Математическое и программное обеспечение автоматизации испытаний.
|
2
2
2
|
2
|
|
|
Понедельный план проведения занятий - лекционных и практических.
№
|
Теория
|
Практикум
|
Контроль
|
Консультации
|
нед
|
Разделы
|
Часы
|
Вид
|
Часы
|
Вид
|
Часы
|
Вид
|
Часы
|
Тема 1 Защита РЭС от механических воздействий
|
1
|
1.1-1.3
|
2.0
|
Семинар №1
|
2,0
|
|
|
|
|
2
|
1.4-1.7
|
2.0
|
Семинар №2
|
2,0
|
|
|
кр
|
2,0
|
3
|
1.8-1.11
|
2.0
|
Семинар №3
|
2,0
|
|
|
кр
|
2,0
|
4
|
1.12-1.15
|
2.0
|
Семинар №4
|
2.0
|
|
|
кр
|
2,0
|
5.
|
1.16
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
Тема 2 . Защита РЭС от тепловых воздействий.
|
6
|
2.1-2.2
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
7
|
2.3
|
2.0
|
Семинар №5
|
2,0
|
|
|
кр
|
2,0
|
8
|
2.4
|
2.0
|
Семинар №6
|
2,0
|
|
|
|
|
9
|
2.5-2.6
|
2.0
|
Семинар №7
|
2,0
|
|
|
кр
|
2,0
|
10
|
2.7-2.8
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
11
|
2.9
|
2,0
|
Семинар №8
|
2,0
|
|
|
|
|
Тема 3 Защита РЭС от радиационных воздействий.
|
9
|
3.1-3.2
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
10
|
3.3-3.5
|
2.0
|
|
|
|
|
кр
|
2,0
|
11
|
3.6-3.7
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
12
|
3.8-3.9
|
2.0
|
|
|
|
|
кр
|
2,0
|
Тема 4 Основы теории испытаний РЭС
|
16
|
4.1
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
17
|
4.1
|
2.0
|
|
|
|
|
|
|
18
|
4.2
|
2,0
|
|
|
|
|
кр
|
2,0
|
19
|
4.2
|
2.0
|
Семинар №9
|
2.0
|
|
|
|
|
20
|
4,3
|
2.0
|
|
|
|
|
кр
|
2,0
|
|
|
|
|
|
Зачет
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Экзамен
|
|
|
|
Семинар №1 Принципы защиты РЭС от механических и тепловых воздействий.
Семинар №2 Расчет системы виброизоляции на вибрационное воздействие.
Семинар №3 Расчет системы виброизоляции на ударные воздействия
Семинар №4 Расчет системы виброизоляции на комплексное воздействие
Семинар №5 Расчет теплоотводов для охлаждения РЭС
Семинар №6 Расчет тепловых режимов блоков РЭС различных конструкций.
Семинар №7 Расчет конструкций тепловых мостов
Семинар №8 Расчет тепловых режимов теплонагруженных узлов РЭС.
Семинар №9 Основы метрологии при испытаниях РЭС. Приборы, стенды и оборудование.
Курсовые работы
№п/п
|
Наименования типовых тем курсовых работ
|
1.
|
Обеспечение тепловых режимов конструкций блоков РЭС.
|
2.
|
Исследование основных принципов защиты РЭС от вибрационных воздействий.
|
3.
|
Исследование средств защиты РЭС от воздействия ударных нагрузок.
|
4.
|
Исследование усталостных характеристик выводов ЭРЭ РЭС.
|
5.
|
Численные методы исследования эффективности конструкций теплоотводов при охлаждении полупроводниковых приборов.
|
6.
|
Задачи по исследованию процесса теплопередачи.
|
7.
|
Исследование влияния конструкций теплоотводов на тепловой режим полупроводниковых приборов.
|
8.
|
Исследование эффективности средств охлаждения элементов и узлов ЭС.
|
Учебно–методическое обеспечение дисциплины.
Рекомендуемая литература.
а) Основная литература:
Учебно-методическое обеспечение дисциплины включают конспект лекций на машинном носителе, выполненный в виде гипертекстового документа и методические указания к лабораторно-конструкторскому практикуму.
б) Дополнительная литература:
Вибрации в технике: Справочник. В 6-ти т..- М,Машиностроение,1978
Карпушин В.Б. Вибрации и удары в радиоаппаратуре.-М,Сов.радио,1971.
Ильинский В.С. Защита РЭА и прецизионного оборудования от динамических воздействий,-М,Радио и связь,1982.
Суровцев Ю.А. Амортизация радиоэлектронной аппаратуры,-М,Сов.радио,1974.
Токарев М.Ф.,Талицкий Е.Н.,Фролрв В.А. Механические воздействия и защита радиоэлектронной аппаратуры,-М,Радио и связь,1984.
Дульнев Г.Н. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре:Учебник для вузов,-М,Высшая школа,1984.
Роткоп Л.Л.,Спокойный Ю.Е. Обеспечение тепловых режимов при конструировании РЭА,-М,Сов.радио,1976.
Дульнев Г.Н., Тарновский Н.Н. Тепловые режимы электронной аппаратуры, М,Энергия,1971.
Краус А.Д. Охлаждение электронного оборудования,- М,Энергия, 1971.
Михеев М.А., Михеева К.М. Основы теплопередачи,-М,Энергия,1973.
Мырова Л.О.,ЧепиженкоА.З.Обеспечение радиационной стойкости аппаратуры связи,-М.Радио и связь,1983.
Рикетс Л.У., Бриджест Дж.Э., Майлетта Дж. Электромагнитный импульс и методы защиты: Пер. с англ.,-М.Атомиздат,1979.
Грачев Н.Н. Внешние водействия и защита космической РЭА,-М, изд.МИЭМ,1985.
Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры и испытательное оборудование: под ред. Коробова А.И.,-М,Радио и связь,1987.
О.П. Глудкин, В.Н. Черняев "Технология испытаний микроэлементов радиоэлектронной аппаратуры и интегральных микросхем". М. Радио и связь, 1980.
О.П. Глудкин "Методы и устройства испытаний РЭВС и ЭВС". М. Радио и связь,1991.
О.П. Глудкин, А.Н. Енгалычев, А.И. Коробов, Ю.В. Трегубов "Испытания радиоэлектронной, электронно-вычислительной аппаратуры и испытательное оборудование". М. Радио и связь, 1987.
В.Д. Малинский "Контроль и испытания радиоаппаратуры". М. Радио и связь, 1970.
Средства обеспечения дисциплины включают в себя:
текст лекций для сетевых технологий обучения в виде HTML-документа;
программы по расчету тепловых режимов полупроводниковых узлов и типовых конструкций блоков.
Материально – техническое обеспечение дисциплины реализовано в специализированной учебной лаборатории «Защита от дестабилизирующих воздействий и испытания РЭС и ЭВС».
Методические рекомендации по организации изучения дисциплины (включаются в программу по усмотрению разработчиков).
|
