Введение к работе
- 4 -Актуальность исследования определяется широким применением ламп накаливания (ЛН) общего (ЛОН) и специального (СЛН) назначения. Электрические ЛН являются массовыми и наиболее распространёнными по сравнению с другими искусственными источниками света (КС). Сохраняется устойчивая тенденция их увеличения в мировом и отечественном светотехническом производстве. Всё большее применение находят ЛН, работающие в разнообразных режимах частых включений (РЧВ). СЛН широко используются в аппаратуре, подвергающейся во время работы динамическим нагрузкам (вибрации и ударам различной силы и интенсивности).
Решение основных задач конструирования (улучшение параметров ЛН, поддержание высокого качества ламп при эксплуатации, экономия электроэнергии и материалов) предусматривает постоянное совершенствование конструкции и технологии изготовления ламп, оптимизацию параметров ЛН и условий их эксплуатации. Для ЛОН и СЛН эти проблемы особенно актуальны, так как дзкэ небольшое увеличение экономичности или снижения себестоимости единичной лампы в силу их массового производства даёт заметный положительный эффект.
Традиционное проектирование консервативно и при 2-3-летней разработке новой ЛН в ней оказывается реализованным уровень науки и техники на момент начала проектных работ. Это противоречие разрешимо созданием более гибкой технологии автоматизированного проектирования (АП), основанной на математических моделях (ММ) ламп и протекающих в них физических процессов. Наибольший эффект достигается использованием ЭВМ и математических методов при АП на основе системного анализа путем создания систем автоматизированного проектирования (САПР).
Глазным элементом конструкции ЛН является тело накала (ТН). Важнейшим параметром, определяющим режим работы и срок службы-в ЛОН является температура, а з СЛН - частоты собственных и вынужденных колебания ТН. Поэтому разработка математических моделей температурных режимов ТН в ЛОН и динамики колебаний ТН в СЛН с целью АП является актуальной задачей.
Цель работы: построение структуры САП? ламп накаливания (САПР-ЛН), определение ее компонент; разработка ММ, алгоритмов их реализации и программного обеспечения для исследования температурных режимов ТН в ЛОН и динамики колебаний ТН в СЛН.
Основные положения, выносимые на защиту и их научная новизна. В диссертационной работе представлены следующие результаты, все из которых (кроме последнего) получены впервые:
построена структура САПР ламп накаливания;
приведена характеристика компонент САПР-ЛН;
расписана функциональная схема проектирования ламп накаливания з условиях САПР;
предложены методы расчёта потерь мощности тела накала в окружающей его газовой среде;
разработан метод расчёта измененения температуры ТН в нестационарном режиме работы ЛН, питаемой периодическим несинусоидальным напряжением;
создана ММ стационарного режима работы лампы накаливания;
получена ММ переходного процесса в лампе с более приближённой к реальности моделью ТН, учитывающей его взаимодействие с электродами при произвольном периодическом электрическом напряжении;
применен метод вычислительного эксперимента к построенной ММ лампы накаливания с целью исследования причин нестабильности
параметров ЛОН и улучшения технологии их производства;
изложен обшия метод составления основных уравнений, описывающий динамику пространственного криволинейного тела накала, и предложен способ расчёта частот собственных изгибно-крутильных колебаний такого ГН;
предложена усовершенствованная методология разработки программного обеспечения для САПР ламп накаливания.
Практическая ценность. Предложенные ММ и алгоритмы их реализации в программном обеспечении САПР-ЛН позволяет эффективнее решать задачи конструирования еовых ЛН. олу. дхтт возможность і:...'~го обоснованного выбора конкретного конструкционного исполнения требуемой лампы (с учётом предъявляемых к ней технических требований), обеспечиваемого применением математических методов.
Представленные в диссертации практические задачи прорабатывались и решались в тесном взаимном сотрудничестве с инженерами-разработчиками ламп накаливания по их непосредственным запросам. Все предложенные математические модели алгоритмизированы и реализованы в программном обеспечении на распространённых языках программирования для персональных ЭВМ. Результаты диссертации использовались при выполнении ряда научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ, направленных на повышение надёжности и качества отечественных ЛОН и специальных ЛН. Практическое использование результатов диссертационной работы подтверждено актом внедрения.
Апробация работы. Материалы диссертации докладывались на XV и XVI отраслевых научно-технических конференциях молодых учёных и специалистов (г. Саранск, ВНИИИС, 1988 и 1990 гг.), международной светотехнической конференции (г. Санкт-Петербург, июнь 1993 г.), Всероссийской научно-технической конференции с между-
народным участизм (г. Саранск, Мордовский госунивврситэт, да- . кабрь 1994 г.), международной светотехнической конференции "Осветление*96" (г. Варна, октябрь 1996 г.). и на заседаниях научных семинаров математического отдела ВНИИКС им. А.Н.Лодыгина.
Публикации. Основные положения диссертационной работы изложены в двенадцати печатных работах.
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Основной материал изложен на 152 страницах машинописного текста, включая в себя 6 рисунков на шести и 3 таблицы на трех страницах. Список литературы насчитывает 138 наименований на 1С страницах. Приложения к диссертационной работе содержат 113 страниц машинописного текста. Среди прочих вспомогательных материалов там размотаются 1 рисунок на одной и 11' таблиц на девятнадцати страницах.