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1、2014年6月宇航计测技术Jun.,2014第34卷第3期JournalofAstronauticMetrologyandMeasurementVol.34,No.3試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試試+文章编号:1000-7202(2014)03-0018-04中图分类号:TN124.2文献标识码:A星载铷钟组件的热设计与热仿真刘朝华杨同敏翟亮宋子敬(北京无线电计量测试研究所,北京100039)摘要为保证在相应运行环境下星载铷钟的可靠性,对其关键组件
2、热支撑结构、大功率器件分布等方面进行了热设计,并利用ANSYS进行了仿真分析。通过热设计和热仿真分析,避免了热流密度迅速升高,确保了大功率器件可以在正常的工作范围内工作,实现了整机的热可靠性。关键词铷钟热设计热仿真可靠性ThermalDesignandSimulationofAssemblyofRubidiumAtomicClockforSpaceLIUZhao-huaYANGTong-minZHAILiangSONGZi-jing(BeijingInstituteofRadioMetrologyandMea
3、surement,Beijing100039)AbstractToensuretheworkingreliability,assemblyofarubidiumatomicclockforspacewasthermaldesignedandsimulated,consideringthesupportstructureanddistributionofhigh-powercompo-nentsThroughthedesignandsimulation,theworkingtemperaturecanbekep
4、tintherequestedtempera-turerangeofthehigh-powercomponents,astheheatfluxisavoidedtoincreaseinstantaneously.Thereforethethermalreliabilityoftherubidiumatomicclockisensured.KeywordsRubidiumatomicclockThermaldesignThermalsimulationReliabilit[1]1引言射。星上的环境属于真空状态,
5、所以本论文中的组件热传导方式主要为传导和辐射。高新技术的不断更新,促使星载铷钟向体积小2.1热传导型化、元件密集化发展,导致运行中容易出现热流密热传导遵循的基本规律是傅立叶定律,其数学度迅速升高的问题。这将使星载铷钟温度迅速提表达式为高,降低系统运行的可靠性。为了满足星载铷钟可dTq=-λ(1)靠性热设计要求,将元器件温度控制在一定范围内,dx降低设备失效概率,有必要在星载铷钟设计之初,就2式中:q———热流密度,W/m;λ———材料的导热系针对其关键组件进行热设计和热仿真分析,以采取数,W/(m·K)。有效
6、地热控制手段,解决可能出现的铷钟组件失效。2.2辐射换热同时,这种热设计和热仿真分析方法也将提高整机辐射换热是指物体发射电磁能,并被其他物体设计的可靠性。吸收转变为热的热量交换过程。在工程中通常考虑2热分析基本理论两个或两个以上物体之间的辐射,系统中每个物体同时辐射并吸收热量。它们之间的净辐射换热量传[2]传热的三种基本形式主要有热传导、对流、辐递可以用斯蒂芬-波尔兹曼定律来计算第3期星载铷钟组件的热设计与热仿真·19·44Q=εσAF(T-T)(2)1,2112124热仿真过程式中:ε———发射率;σ———
7、斯蒂芬波尔兹曼常数,W/(m2·K4);A———辐射面1的面积,m2;F———热设计后,为了验证热设计的可靠性,需要进行112表面对2表面的角系数;T和T———分布为辐射面热仿真分析。热仿真主要应用了PRO/E三维软件121、2表面的绝对温度,K。进行实体简化模型的创建;经过ANSYSDesignMod-eler将简化模型生成物理模型,进入EngineeringDa-3热设计过程ta模块进行材料属性定义,转入Mechanical软件模块,进行材料赋值、网格模型、加载热参数、结果分析[3]等,分析步骤如图2所示
8、。组件通过其固定结构安装在基板上,其结构如图1所示,主要内盖、外盖、控温盒、内电路、外电路等部件组成。图1星载铷钟组件示意图图2热仿真分析过程框图进行星载铷钟组件热设计时,需要全面考虑热4.1实体模型的创建设计对电路和结构的影响,并及时将热分析的信息实体模型创建中,需要进行以下简化处理:(1)反馈电路和结构设计,将机电热同时进行。去掉零件中对于热特性影响不大的各种形状的孔、对星载铷钟组件的分析认为,
