МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛООБМЕНА ВНУТРИ ГЕРМЕТИЧНОГО КОРПУСА БИНС В МУЛЬТИФИЗИЧНОЙ ПОСТАНОВКЕ В ANSYS CFX И SYSTEM COUPLING
Аннотация
В настоящей работе рассматривается численное моделирование нестационарного конвективно-кондуктивного теплообмена бесплатформенной инерциальной навигационной системы высокоманевренного летательного аппарата (БИНС ВЛА), разработанной в АО «ЦНИИАГ», с использованием расчётного комплекса ANSYS. Целью исследования явля- ется всесторонний анализ теплообменных процессов, характерных для функционирования прибора, в том числе взаимного пространственного влияния источников тепловых мощно- стей друг на друга, а также на блок чувствительных элементов. Моделирование теплооб- мена внутри герметичного корпуса прибора проведено для критических условий функцио- нирования (в рассматриваемом случае обусловлены нагревом элементов прибора) в сильно и слабо сопряжённой постановках с последующим сравнением результатов применения обо- их подходов. Для программной реализации каждого подхода были выбраны модули пакета прикладных программ ANSYS: Mechanical, CFX, System Coupling. Выбрана k-e модель тур- булентности воздуха с неявным учётом эффекта в пограничных слоях и корректировкой диффузии в сдвиговых течениях. Учтён внешний естественный теплообмен с окружаю- щим воздухом посредством задания конвективных граничных условий на внешние поверхно- сти прибора. Для получения численных значений коэффициентов теплоотдачи была при- нята во внимание ориентация каждой поверхности в пространстве благодаря использова- нию соответствующего коэффициента. С помощью расчёта термических сопротивлений были учтены потери мощности, возникающие ввиду наличия неровностей на поверхностях прибора в контактах между твердотельными компонентами с использованием термиче- ских сопротивлений фактического контакта и межконтактной прослойки. Графически представлены результаты моделирования деформированного состояния несущей системы прибора, возникающего вследствие действия несимметричного температурного поля в нагретом приборе. Проведён анализ полученных графиков. Определены показатели жёст- кости несущей системы прибора – углы отклонения взаимной ортогональности чувстви- тельных элементов, а именно акселерометров и датчиков угловой скорости (ВОГ – воло- конно-оптических гироскопов), возникающие вследствие тепловых деформаций. Получен- ные результаты позволили оценить технические решения по качеству теплоотвода от элементов плат в обход чувствительных элементов прибора, принятых на этапе компо- новки компонентов изделия.
