Научная электронная библиотека ULRICH'S Periodicals Directory

Сибирский государственный университет
науки и технологий имени академика М.Ф. Решетнева

Сибирский аэрокосмический журнал
ISSN 2712-8970 (Print) ISSN 2782-5760 (on-line)

Сведения об образовательной организации

UDK 004.942 Doi: 10.31772/2587-6066-2020-21-3-424-432
МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ
О. А. Бочарова, А. В. Мурыгин, А. Н. Бочаров, Р. В. Зайцев
Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева; Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31
Система волноводных трактов представляет собой сложную конструкцию из различных элементов с разнообразной геометрией. Одним из перспективных способов изготовления волноводов является индукционная пайка, основанная на методе индукционного нагрева. Индукционная пайка волноводных трактов обладает рядом технологических особенностей: относительно небольшая разница температуры плавления основного материла АД31 (695–663 0С) и припоя Св. АК12 (577–580 0С) при средней скорости индукционного нагрева 20–25 0С/сек; большое разнообразие типоразмеров элементов волноводных трактов представляет сложность при отработке и последующем воспроизведении технологических параметров процесса индукционной пайки; зоны максимального нагрева элементов волноводных трактов не совпадают с зонами пайки. Поэтому для решения задач управления процессом пайки волноводов необходимо провести моделирование данного процесса. В статье рассмотрена задача моделирования процесса нагрева волновода при индукционной пайке. Сформированы требования к модели. Модель строится на основе дифференциального уравнения теплопроводности. Сформированные требования к модели учитывают геометрические параметры волноводов, физические параметры материалов, начальные и граничные условия, а также неравномерное распределение плотности вихревого тока в волноводе. Предлагается для численного решения уравнения теплопроводности использовать метод конечных разностей. Показан процесс расчета температуры в узлах сетки. Решение осуществляется в два этапа. На первом этапе на промежуточном временном шаге проводится расчет температуры в узлах сетки по оси X, на втором этапе вычисляется температура в узлах сетки по оси Y. Численное решение разностных уравнений по оси X и Y осуществляется методом прогонки. Разработан алгоритм численного решения уравнения теплопроводности.
Ключевые слова: волноводный тракт, индукционная пайка, модель процесса нагрева волновода, дифференциальное уравнение теплопроводности, метод конечных разностей.
References

1. Особенности производства волноводно-распределительных трактов антенно-фидерных устройств космических аппаратов / С. К. Злобин, М. М. Михнев, В. Д. Лаптёнок и др. // Вестник СибГАУ. 2013. № 6. С. 196–201.
2. Бровко А. В. Проблемы автоматической сварки волноводов радиолокационных станций // Известия вузов: Машиностроение. 2013. № 1. С. 50–54.
3. Бушминский И. П. Изготовление элементов конструкций СВЧ. Волноводы и волноводные устройства. М. : Высшая школа, 1974. 304 с.
4. Full in-house production facilities [Электронный ресурс]. URL: http://www.advancedmicrowave.com/ourfacilities (дата обращения: 10.05.2020).
5. Pamin S. et al. Joining of aluminum waveguides using pulsed laser radiation // Microwave Conference (APMC), 2015 Asia-Pacific. – IEEE, 2015. Vol. 3. P. 1–3.
6. Rapoport, E., Pleshivtseva Y. Optimal Control of Induction Heating Processes. CRC Press. N. Y., 2007.
7. Особенности пайки элементов волноводнораспределительных трактов из алюминиевых сплавов с применением источника индукционного нагрева / С. К. Злобин, М. М. Михнев, В. Д. Лаптенок и др. // Решетневские чтения : материалы XVI междунар. научн. конф. : в 2 ч. Красноярск, 2012 . Ч. 1. С. 16–17.
8. Induction heating simulation of the waveguide assembly elements / O. A. Bocharova, V. S. Tynchenko, A. N. Bocharov et al. // Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019. Vol. 1353. P. 012040
9. Patidar, B. Simulation and Experimental Validation of Induction Heating of MS Tube for Elevated Temperature / B. Patidar, M. M. Hussain, Sanjoy Das et al. // NDT Application Excerpt from the Proceedings of the COMSOL Conference in Pune. 2015.
10. Rhein S., Tilman U., Knut G. Optimal control of induction heating processes using FEM software // Conference: 2015 European Control Conference (ECC). 2015, P. 515–520.
11. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М. : Высшая школа, 1967. 599 с.
12. Бабат Г. И. Индукционный нагрев металлов и его промышленное применение. М. – Л. : Энергия, 1965. 552 с.
13. Пасконов В. М., Полежаев В. И., Чудов Л. А. Численное моделирование процессов тепло-массообмена. М. : Наука, 1984. 288 с.
14. Патанкар С. В. Численное решение задач теплопроводности и конвективного теплообмена при течении G в каналах : пер. с англ. Е. В. Калабина ; под ред. Г. Г. Янькова. М. : Изд-во МЭИ, 2003. 312 с.
15. Самарский А. А. Теория разностных схем. М. : Наука, 1977. 388 с.
16. Автоматизированное оборудование и технология для пайки волноводных трактов космических аппаратов / С. К. Злобин, М. М. Михнев, В. Д. Лаптенок и др. // Вестник СибГАУ. 2014. № 4(56). С. 219–229.
17. Modeling of thermal processes in waveguide tracts induction soldering / A. V. Murygin, V. S. Tynchenko, V. D. Laptenok et al. // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering 173(1) 012026. 2017.


Бочарова Олеся Андреевна – старший преподаватель кафедры информационно-управляющих систем; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: shyx_89@mail.ru.
Мурыгин Александр Владимирович – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой информационно-управляющих систем; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева.
E-mail: avm514@mail.ru.
Бочаров Алексей Николаевич – кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры информационно-управляющих систем; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева. E-mail: sibalexbo@gmail.com.
Зайцев Роман Викторович – аспирант; Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика
М. Ф. Решетнева. E-mail: spoon27@yandex.ru.


  МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССА ИНДУКЦИОННОЙ ПАЙКИ ВОЛНОВОДНЫХ ТРАКТОВ ИЗ АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ