Анализ механических воздействий

Линейные ускорения действуют на РЭС, размещённые на подвижных объектах (автомобилях, самолётах, ракетах и т.п.), движущихся с ускорением (например, при разгоне и торможении), а также при движении по криволинейной траектории (центробежное ускорение). Линейные ускорения характеризуются ускорением в единицах g и длительностью воздействия.

Отношение силы F, появляющееся в результате воздействия ускоре­ния, к силе тяжести Р называют перегрузкой:

.

Значение перегрузки  показывает, во сколько раз дополнительная сила  больше силы тяжести Р, действующей на РЭС. Если известна перегрузка, то появляющаяся при этом сила может быть вычислена по формуле:

В общем случае каждый элемент конструкции РЭС представляет собой колебательную систему, имеющую сосредоточенную и распределённую нагрузку. Эта система колеблется относительно точек крепления. 

Вибрации представляют собой механические колебания, характеризующиеся диапазоном частот и величиной ускорения (в единицах g). Свойство РЭС противодействовать их влиянию характеризуется вибропрочностью (способностью конструкции РЭС противостоять разрушающему воздействию вибрации в нерабочем состоянии и продолжать нормально работать после включения и снятия вибрационных нагрузок) и виброустойчивостью (способностью РЭС выполнять заданные функции во включённом состоянии в условиях воздействия вибраций.). Вибропрочное и ударопрочное РЭС должно противостоять разрушающему дейст­вию длительной вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений, а также действию ударов заданной силы и длительности и способно после этого нормально выполнять свои функции.

Акустический шум. На РЭС, размещаемые поблизости от работающих двигателей ракет, самолётов, кораблей, автомобилей и железнодорожного транспорта, немаловажное влияние может оказывать акустический шум, которыйхарактеризуется спектром звуковых частот, давлением звука, мощностью колебаний источника звука, силой звука.

 Если на аппарат воздействует синусоидальная вибрация, то пере­грузка

,

где А - амплитуда вибрации, мм; f - частота вибрации, Гц.  

Особенно опасен механиче­ский резонанс, когда частота вынуждающего ко­лебания совпадает с частотой собственных механических колебаний конструкции РЭС или отдельных её элементов. При эксплуатации РЭС на подвижных транспортных средствах внешние вибрации могут вызвать резонансные колебания, усиливающие механические нагрузки в несколько раз, что может вызвать отказы в работе и даже полное разру­шение РЭС из-за взаимного перемещения отдельных элементов конструк­ции.

Заметим, что акустический шум заставляет вибрировать в равной степени практически все элементы конструкции, в то время как ударные и вибрационные нагрузки воздействуют на элементы конструкции РЭС через их точки крепления. В результате этого действенность влияния ударных и вибрационных нагрузок зависит от положения точек крепления элементов конструкции относительно направления их воздействия. Таким об разом, результат действия акустического шума часто может быть даже более разрушительным, чем действие ударных и вибрационных нагрузок.

Основными конструкторскими методами зашиты конструкции РЭС от заданных механических воздействий является выбор оптимальных конструкторских решений. Так, причиной сбоев и отказов в работе РЭС подвижных объектов может быть неправильный выбор несущих конструкций [1]: отсутствие амортизаторов, дополнительных элементов крепления, недостаточная жёсткость и т.п. Необходимо установить вид конструкции: моноблочное исполнение или в составе стоек, шкафов и т.д. Нужно найти способы повышения жёсткости элементов конструкции, а также подобрать материалы с соответствующей прочностью и жёсткостью.

 Для обеспече6ия надёжной работы РЭС в условиях механических воздействий, необходимо продумать и выбрать правильную ориентацию элементов на печатной плате (с учётом ориентации платы в блоке), способы дополнительного креп­ления ЭРЭ, материалы основания, га­бариты печатной платы и т.д.

Для разрабатываемой РЭС непременно должно быть выявлено оптимальное место расположения и надёжная конструкция элементов крепления, определены способы предохранения крепёжных изделий от самоотвинчивания.

Стационарные РЭС. Особенности:

- их работа происходит в помещениях с нормальными климатическими условиями;

- незначительные механические перегрузки во время работы:

-  ограничения на габариты и массу любой части РЭС, определяемые удобством транспортирования, выгрузки, передвижения внутри помещения и т.п.

Обычным источником вибраций для стационарных РЭС являются внутренние источники: вентиляторы, мощные преобразователи напряжения, вращающиеся антенные устройства и т.п. В первую очередь при разработке конструкции стационарных РЭС следует выделить источники вибрации и элементы, чувствительные к ним, чтобы затем принять компетентные решения при компоновке. Наиболее лёгкие режимы работы у стационарных РЭС группы С1 (см. Таблица 2.8), эксплуатируемых в отапливаемых помещениях, и это упрощает их конструкцию.  

Таблица 2.15 представляет типовые параметры эксплуатационных воздействий на стационарную сухопутную аппаратуру подвижной радиосвязи групп С1 и С2.

Таблица 2.15 - Параметры эксплуатационных воздействий на стационарную сухопутную аппаратуру подвижной радиосвязи [3]

РЭС для подвижных объектов. При конструировании РЭС для подвижных объектов (мобильные связные, радиолокационные и пеленгаторные станции, диспетчерские станции различных предприятий, железнодорожный транспорт, передвижные телевизионные студии, автомобильные приёмники и навигаторы и т.д.) следует предусмотреть:

- предохранение от сильного запыления и абразивного воздействия частиц песка и пыли;

- защиту от действия избыточной влажности;

- повышенную защиту от вибраций и ударов, включая необходимость работы в условиях механических воздействий.

-  возможность лёгкого расчленения на части с целью погрузки и разгрузки силами двух человек.

При разработке конструкции РЭС, размещаемой на движущемся транспорте важно определить направления, по которым воздействуют механические нагрузки, что позволяет выработать рекомендации по компоновке РЭС.

Для возимой сухопутной аппаратуры, размещаемой на автомобильном и железнодорожном транспорте, направление вибраций чаще всего вертикальное, а ударов и ускорений - в направлении движения. Для корабельных РЭС главное направление практически всех видов механических воздействий - горизонтальное, а для ударных - и вертикальное. Для авиационных РЭС направление вибраций и ударов при движении по земле, как правило, вертикальное, в полете для всех механических воздействий - горизонтальное.

Таблица 2.16 представляет типовые параметры эксплуатационных воздействий для возимых РЭС групп В3 – В5 (см. Таблица 2.8).

Таблица 2.16 – Типовые параметры эксплуатационных воздействий на возимую сухопутную аппаратуру подвижной радиосвязи [3]

Носимые РЭС. Носимые (портативные) РЭС (приёмная и радиопередающая аппаратура, телефоны, небольшие измерительные и медицинские приборы и т.п.) характеризуются размещением их на человеке и необходимостью защиты от случайных значительных ударов, неизбежных в полевых условиях. Физические возможности одного человека позволяют носить продолжительное время за плечами 10 кг, на ремне через плечо 3 кг, в кармане 0,7 кг.  

Для носимых РЭС, присуща высокая зависимость конструкции от габаритов и массы источников питания. Кроме общих климатических требований, при работе носимой РЭС добавляются усложнённые условия в холодное время года, связанные с конденсацией росы в результате отпотевания при внесении с холодного воздуха в тёплое помещение, поэтому носимое РЭС для полевых условий обычно выполняют в герметичном корпусе. Таким образом, носимые РЭС должны иметь малые габариты, незначительную мощность потребления, высокую надёжность и сравнительно небольшую стоимость.  

Таблица 2.17 знакомит с типовыми параметрами эксплуатационных воздействий для носимых РЭС групп Н6, Н7 (см. Таблица 2.8).

Таблица 2.17 – Типовые параметры эксплуатационных воздействий на носимую сухопутную аппаратуру подвижной радиосвязи [3]

Бортовые РЭС. В очень жёстких условиях обыкновенно работают бортовые авиационные и космические   РЭС (Таблица 2.18). Специфическими особенностями таких РЭС являются действие на них совокупности жёстких внешних факторов (быстрая смена температур и вибраций, аэродинамических и радиационных воздействий в широком диапазоне), которые действуют одновременно, что приводит к отказам системного характера.

Таблица 2.18 - Типовые параметры эксплуатационных воздействий бортовых РЭС

Очевидно, что при проектировании бортовых РЭС из экономических соображений необходимо стремиться к минимизации их габаритов и массы.

Значительная часть бортовых РЭС (в том числе и космических) работает в условиях разреженной атмосферы – вне герметичного отсека. Температура летательных аппаратов изменяется в широких пределах (см. табл. 2.7). Это приводит к тепловым ударам, что крайне неблагоприятно сказывается на работе бортовых РЭС и их надёжности.  

Успех космических и авиационных полётов во многом определяются безотказностью работы РЭС. Практически любые затраты на повышение показателей надёжности будут оправданы, если это связано с жизнью людей. Нередко восстановление бортовых РЭС в процессе эксплуатации практически нереально, так как они контролируются, диагностируются и ремонтируются только в специализированных предприятиях. Поэтому многие бортовые РЭС должны иметь резервирование. Резервирование может включаться как автоматически, так и экипажем.

Специальные требования предъявляются к РЭС космической технике: 

- эта аппаратура необслуживаемая, а эксплуатироваться должна несколько лет;

- в контейнере космического аппарата размещены множество разнообразных РЭС, что требует решения острой проблемы обеспечения электромагнитной совместимости;

- значительная цикличность изменения температуры приводит к тепловым ударам;

- велика опасность воздействия радиации;

- аппаратура работает в вакууме или в условиях атмосферы с постоянным газовым составом низкой влажности;

- аппаратура работает в условиях невесомости (отсутствует естественная конвекция);

- большие механические нагрузки во время старта и практически полное их отсутствие во время работы.

Таким образом, при конструировании бортовых РЭС важно обеспечить повышенную надёжность, высокую контролепригодность[8], а если возможно присутствие человека, то и быструю техническую диагностику, легкосъемность узлов РЭС и возможность ремонта с использованием типовых элементов замены[9].    

Особенности эксплуатации морских РЭС. Морская среда, окружающая судно, является постоянно действующим фактором, активизирующим разрушительные физико-химические процессы, протекающие при воздействии влаги на металлические и изоляционные материалы, входящие в состав РЭС. Основные проблемы связаны с комплексным воздействием климатических и механических факторов: 100% -я влажность при повышенной температуре и солевом тумане в сочетании с непрерывной вибрацией от двигателей и прочих механизмов, ударными перегрузками и линейными ускорениями от волн и качки. Во время штормов и в аварийных ситуациях возможно прямое воздействие воды, и на этот случай должна обеспечиваться водозащищённость и брызгозащищённость. 

При разработке РЭС, устанавливаемых на морских судах (особенно в тропическом исполнении) необходимо предусматривать коррозионную стойкость и плеснестойкость.

Длительное автономное плаванье с отрывом от ремонтных баз обязывает предусмотреть возможность ремонта РЭС без захода на ремонтную базу на месте установки при минимальном количестве персонала и ограниченных контрольно-измерительных и ремонтных средствах.

На военных судах, имеющих ракетное, торпедное или артиллерийское вооружение, надлежит предусмотреть защиту от ударов и ускорений, возникающих при стрельбе. Кроме того следует позаботиться о защите разрабатываемых РЭС от сильных акустических, электромагнитных и радиационных воздействий, возникающих вследствие работы бесчисленных видов РЭС, а также работы гидроакустических станций.

При размещении судовых и корабельных РЭС одной из самых сложных задач является обеспечение электромагнитной совместимости [40].     

Радиолокационные установки, устройства передачи сигналов бедствия и т.п. должны сохранять работоспособность в случае повреждения самого судна или корабля в результате столкновения или других аварийных ситуаций.

Бытовые РЭС. Условия эксплуатации бытовых РЭС считаются наиболее лёгкими, так как бытовые РЭС менее других подвержены механическим и климатическим воздействиям.   Бытовые РЭС характеризуются:

- возможностью эксплуатации абсолютно неподготовленным человеком;

- повышенными требованиями к безопасности эксплуатации;

- улучшенной эстетикой внешнего вида, удобством размещения;

- повышенными аудио и видео параметрами;

- определяющим значением стоимости;

- массовостью производства и, следовательно, высокой технологичностью.

По условиям эксплуатации бытовая радиоэлектронная аппаратура [41] подразделяется на четыре группы (Таблица 2.19).

Таблица 2.19 - Группы бытовых РЭС по условиям эксплуатации

Таблица 2.20 знакомит с нормами климатических и механических воздействий для бытовых РЭС, устанавливаемые ГОСТ 11478-88 [41].

Таблица 2.20 – Типовые нормы климатических и механических воздействий для бытовой радиоэлектронной аппаратуры

Таблица 2.21 характеризует необходимую прочность бытовых РЭС всех групп исполнения при их испытании на падение с определённой высоты.

Таблица 2.21 – Зависимость допустимой высоты падения бытовых РЭС от их массы

Мы поможем в написании ваших работ!