Переносная электронная вычислительная машина
Полезная модель относится к переносным электронным вычислительным машинам (ПЭВМ) для обработки информации при управлении снарядами, ракетами в реальном масштабе времени в особо сложных условиях эксплуатации, в экстремальных ситуациях, на борту различных средств передвижения. ПЭВМ содержит корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, клавиатура, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея. Корпус и крышка выполнены из высокотеплопроводного алюминиевого сплава и снабжены конвективным теплообменником на наружных поверхностях, образованного: на верхней и нижней поверхностях - выступающими прямоугольными ребрами правильных геометрических форм в виде частей концентричных эквидистантных окружностей, локализованных вокруг четырех углов и расположенными между ними вертикальными прямоугольными в сечении ребрами, а на боковых поверхностях - выступающими ребрами той же формы в виде полуокружностей и сопряженными с ними параллельными выступами с увеличением площади рассеивания тепла в (1,3÷1,5) раза при соотношении толщин ребер к ширине впадин как 1:6. Все тепловыделяющие блоки ПЭВМ соединены с внутренними поверхностями корпуса и крышки с обеспечением теплового контакта, а на углах закреплены пластиковые буферные накладки. Устройство ПЭВМ обеспечивает повышение надежности работы в экстремальных армейских условиях при снижении материалоемкости.
Предлагаемая полезная модель относится к переносным электронным вычислительным машинам (ПЭВМ), предназначенным, в том числе, для обработки информации при управлении снарядами, ракетами в реальном масштабе времени в особо сложных условиях эксплуатации, в экстремальных ситуациях, на борту различных средств передвижения.
Известен ноутбук [1] для жестких условий эксплуатации фирмы GETAG, США (журнал «СТА-современные технологии автоматизации», №3, 2000 г.), являющийся аналогом предлагаемой полезной модели. Он представляет собой ПЭВМ блокнотного типа, корпус которого изготовлен из литого сплава и имеет дополнительные буферы по углам. Ноутбук выполнен в пылевлагозащищенном корпусе и в качестве устройств отображения и ввода информации содержит жидкокристаллический дисплей, клавиатуру с резиновыми клавишами, сенсорную указательную панель. Стыковка ноутбука с различными объектами радиоэлектронной аппаратуры осуществляется при помощи дополнительного устройства - расширителя.
Недостатком описанной конструкции ПЭВМ является невозможность обеспечения требуемых тепловых режимов системных блоков в течение длительного времени работы в экстремальных условиях, что может повлечь за собой снижение скорости обработки информации и сбои в процессе эксплуатации.
Наиболее близким аналогом, принятый нами за прототип, является ноутбук фирмы ASUS [2] (Портативный компьютер PC. Руководство пользователя, сентябрь 2002 г). Этот компьютер представляет собой ПЭВМ блокнотного типа, корпус которого выполнен в пылебрызгозащищенном исполнении. В качестве устройств
отображения и ввода информации использованы жидкокристаллический дисплей и панель с клавиатурой.
В данном образце для обеспечения необходимых тепловых режимов используются три метода:
1) по достижении верхней границы безопасной области эксплуатации включается вентилятор, обеспечивающий активное охлаждение наиболее тепловыделяющих электронных компонентов;
2) при превышении верхней границы безопасной области эксплуатации снижается скорость процессора, что обеспечивает пассивное охлаждение;
3) при превышении максимальной верхней границы безопасной области эксплуатации система отключается для немедленного охлаждения.
Все вышеприведенные методы охлаждения не обеспечивают высокой надежности функционирования комплекса управляемого вооружения в целом и не могут быть использованы в ПЭВМ при управлении средствами поражения цели или траекторией коррекции положения подвижных малоразмерных объектов управления по следующим причинам:
- использование вентилятора для активного охлаждения в ПЭВМ, применяемой в комплексе управляемого вооружения, ведет к значительному расходу энергетических ресурсов аккумуляторной батареи, подзарядка или замена которой может быть затруднительна в полевых условиях, что может привести к невыполнению боевой задачи комплексом управляемого вооружения;
- снижение скорости работы процессора в условиях наведения управляемой ракеты или снаряда на цель недопустима, так как он может не справиться с обработкой большого объема текущей информации и не обеспечить своевременной выдачи необходимых команд на те или иные
элементы или блоки как системы наведения, так и объекта управления, что может привести к невыполнению комплексом боевой задачи;
- отключение ПЭВМ во время боевой работы совершенно недопустима, так как может повлечь за собой моментальный срыв управления изделием на траектории и невыполнению комплексом боевой задачи.
Технической задачей полезной модели является повышение надежности работы ПЭВМ в экстремальных условиях эксплуатации систем и комплексов управляемого вооружения.
Решение поставленной задачи обеспечивается следующими предложенными конструктивными решениями.
ПЭВМ содержит корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, клавиатура, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея, а корпус и крышка выполнены из высокотеплопроводного материала, преимущественно из алюминиевых сплавов. Все тепловыделяющие блоки ПЭВМ соединены с внутренними поверхностями корпуса и крышки с обеспечением теплового контакта, преимущественно механическим прижимом поверхностей. При этом наружная поверхность корпуса и крышки выполнена в виде конвективного теплообменника, образованного: на верхней и нижней поверхностях - выступающими прямоугольными ребрами правильных геометрических форм в виде частей концентричных эквидистантных окружностей, локализованных вокруг четырех углов и расположенными между ними вертикальными прямоугольными в сечении ребрами,; на боковых поверхностях - выступающими ребрами той же формы в виде полуокружностей и сопряженными с ними параллельными выступами. Теплообменник выполнен с коэффициентом увеличения площади рассеивания тепла:
где S0 - общая наружная площадь ореберения теплообменника;
SПЛ - площадь внутренней плоской поверхности, при соотношении толщины ребер к ширине впадин между ними как 1:6.
Предлагаемая конструкция ПЭВМ для решения поставленной задачи приведена на чертежах, где:
фиг.1 - общий вид ПЭВМ с открытой крышкой;
фиг.2 - вид сверху ПЭВМ;
фиг.3 - вид снизу ПЭВМ;
фиг.4 - вид сзади ПЭВМ;
фиг.5 - вид сбоку ПЭВМ;
фиг.6 - сечение оребрения по А-А на фиг.2.
ПЭВМ содержит корпус 1 с открывающейся крышкой 2, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей 3, органы управления 4, манипулятор 5, клавиатура 6. Внутри корпуса размещаются электронные функциональные блоки, соединенные с разъемными соединителями 7, расположенными на задней торцевой поверхности корпуса. На дне корпуса располагается отсек 8 со сменным модулем аккумуляторных батарей питания изделия, закрытый крышкой с винтовым соединением. По углам корпуса имеются пластиковые буферные накладки 9.
На наружной поверхности корпуса и крышки выполнены аналогичные друг другу теплообменники, образованные выступающими ребрами 10 с толщиной m, между которыми выполнены впадины 11 шириной n. При этом обеспечивается соотношение толщины ребер к ширине впадин 1:6. Внутренняя поверхность 12 корпуса и крышки соединена со всеми входящими в состав ПЭВМ электронными функциональными блоками, выделяющими тепло, с обеспечением теплового контакта, преимущественно механическим поджатием. При
этом, S 0 - общая наружная площадь ореберения, a S ПЛ - площадь внутренней плоской поверхности корпуса и крышки. Ребра 10 выполнены прямоугольными в сечении и образуют правильные геометрические формы на нижней и верхней поверхностях корпуса и крышки в виде частей концентричных окружностей радиусов R во всех четырех углах, а между ними в центральной зоне В - в виде продольных эквидистантных выступов. На боковых поверхностях крышки и корпуса ребра образованы полуокружностями 13 и сопряженными с ними параллельными выступами 14. При этом буферные накладки 9 имеют высоту, превышающую высоту ребер 10.
Сущность работы устройства заключается в следующем. При включении ПЭВМ электронные функциональные блоки в процессе своей работы начинают интенсивно выделять тепло. Все эти блоки находятся в тепловом контакте с внутренними плоскими поверхностями корпуса 1 и крышки 2, от которых тепло беспрепятственно за счет высокой теплопроводимости материала алюминиевого сплава перетекает на оребрение. Развитое оребрение наружной поверхности корпуса и крышки ПЭВМ максимально интенсивно рассеивает подводимое тепло в атмосферу по следующим соображениям.
Конструктивное исполнение оребрения, образованного сочетанием геометрических форм на верхней и нижней поверхностях в виде частей окружности радиуса R, эквидистантных друг другу с локализацией по четырем углам корпуса и крышки, а также продольных выступов в центральной зоне В, позволяет максимально сократить количество застойных зон с нагретым воздухом при любом пространственном положении ПЭВМ при исключении встречных потоков теплого воздуха и перегрева функциональных элементов ПЭВМ, что недостижимо при известном вертикальном, горизонтальном или смешанном оребрении. Также способствуют свободному оттоку тепла в атмосферу пластиковые
буферные накладки за счет обеспечения зазора между поверхностью установки и наружными поверхностями ПЭВМ.
Предложенное оребрение боковых сторон корпуса в виде полуокружностей 13 и сопряженных с ними параллельных выступов 14 также в значительной мере способствует интенсификации рассеивания тепла, исключению перегрева электронных функциональных элементов ПЭВМ и, как следствие, повышает надежность ее работы.
Соотношение высот, длин и радиусов элементов теплоотводящего оребрения рассчитано и подтверждено экспериментально таким образом, что кроме эффективного решения задач конвективного теплообмена, оребрение служит еще и дополнительным элементов повышения жесткости корпуса ПЭВМ. Такое техническое решение позволило максимально уменьшить толщину стенок граней корпуса и, следовательно, снизить материалоемкость всего изделия.
Предложенное устройство ПЭВМ было изготовлено и прошло испытания с положительным эффектом на производственной базе заявителя.
Источник информации:
1. Ноутбук GETAG, США, журнал «СТА-современные технологии автоматизации», №3, 2000 г. - аналог.
2. Ноутбук фирмы ASUS. Портативный компьютер PC. Руководство пользователя, сентябрь 2002 г. - прототип.
Переносная электронная вычислительная машина, содержащая корпус с откидной крышкой, где размещены композиционные элементы: жидкокристаллический дисплей, электронные функциональные блоки, клавиатура, интерфейсные модули, разъемы внешних соединений, аккумуляторная батарея, отличающаяся тем, что в ней корпус и крышка выполнены из высокотеплопроводного материала, преимущественно из алюминиевых сплавов, снабжена конвективным теплообменником на наружных поверхностях, образованного: на верхней и нижней поверхностях - выступающими прямоугольными ребрами правильных геометрических форм в виде частей концентричных эквидистантных окружностей, локализованных вокруг четырех углов и расположенными между ними вертикальными прямоугольными в сечении ребрами, а на боковых поверхностях - выступающими ребрами той же формы в виде полуокружностей и сопряженными с ними параллельными выступами с коэффициентом увеличения площади рассеивания тепла
где S0 - общая наружная площадь оребрения теплообменника;
SПЛ - площадь внутренней плоской поверхности, при соотношении толщины ребер к ширине впадин 1:6 и обеспечении теплового контакта внутренней поверхности корпуса и крышки со всеми входящими в состав ПЭВМ электронными функциональными блоками, выделяющими тепло, а на углах корпуса и крышки закреплены пластиковые буферные насадки.
