Одной из основных задач при конструировании радиоэлектронных средств является обеспечение их надежного функционирования в реальных условиях эксплуатации, когда на РЭС воздействуют различные дестабилизирующие факторы, среди которых имеют место занимают механические воздействия — удары и вибрации.
Механические воздействия явится причиной возникновения чрезмерно больших механических напряжений, деформаций или ускорений в элементах и узлах РЭС. Это приводит к нарушению механической прочности, разрушению и отказу. Поэтому при проектировании РЭА стремятся к тому, чтобы напряжения, деформации и ускорение не превышали допустимой величины, безопасной для деталей аппаратуры.
Способность РЭС функционировать при механических воздействиях определяется как вибропрочность и виброустойчивость.
Вибропрочность определяет способность РЭС выдерживать без разрушения определенные механические нагрузки. Величина допустимых для данной аппаратуры механических возмущений и является мерой вибропрочности РЭС. Вибропрочность количественно определяют максимальными амплитудами колебаний в заданном диапазоне частот или допустимой величиной ускорений элементов, а также продолжительностью действия механических возмущений. Например, если в технических условиях определено, что аппарат может работать в диапазоне частот механических колебаний 100–4000 Гц, выдерживает ускорения 15g и частоту колебаний 50 Гц в течение 20 ч, то такая РЭС является вибропрочной при условии, что параметры механических воздействий будут находиться в указанных пределах.
Виброустойчивость определяет способность РЭС нормально функционировать при действии помех и шумов, вызываемых механическими нагрузками. Виброустойчивость так же, как и вибропрочность, характеризуется значениями амплитуд ускорений и частот механических колебаний, при которых не нарушается нормальное функционирование аппаратуры. Например, если для аппарата задана допустимая величина шумов, то предельными значениями ускорения и частоты механических колебаний будут те, при которых не превышается эта допустимая величина. Допустимые ускорения, характеризующие виброустойчивость элементов и аппаратуры, в большинстве случаев меньше ускорений, при которых выполняются условия вибропрочности. Поскольку требования виброустойчивости одновременно удовлетворяют и требования вибропрочности, достаточно, чтобы ускорения элементов конструкции не превосходили значений, определяемых виброустойчивостью. При конструировании особое внимание уделяется резонансным явлениям.
Современные РЭС являются сложными многоэлементными конструкциями, в которых элементы имеют различную массу и различные упругие характеристики. Поэтому РЭС в целом может иметь большое число резонансных частот. Чем больше резонансных частот конструкции в заданном диапазоне частот механических колебаний, в котором должен работать аппарат, тем больше вероятность повреждения аппарата. При конструировании применяются различные меры, позволяющие вывести резонансные частоты конструкции из рабочего диапазона частот или уменьшить амплитуды колебаний при резонансах, используя различные способы гашения колебаний.
Механические возмущения действуют на радиоэлектронную аппаратуру при ее транспортировке и эксплуатации. При конструировании необходимо знать возможные источники механических воздействий для того, чтобы правильно разместить аппаратуру на транспортных средствах с учетом ее виброустойчивости и вибропрочности или принять меры защиты РЭС с помощью амортизаторов и демпферов.
При транспортировке аппаратуры различают внутренние и внешние источники механических воздействий. Внутренними источниками являются, например, двигатели транспортных средств, создающие вибрацию. К внешним источникам относятся неровности дороги, пульсирующие порывы ветра, акустический шум, волнение водной поверхности и т. п. Внешними источниками механических воздействий считаются также колебания систем подвески железнодорожных платформ, вызванные толчками на стыках рельс.
Каждому виду транспорта присущи свои параметры механических возмущений, действующих на аппаратуру, поэтому при выборе вида транспорта для перевозки аппаратуры необходимо согласовывать параметры вибропрочности и виброустойчивости РЭА с параметрами механических воздействий транспорта.
При эксплуатации стационарной РЭС источниками возмущений являются вращающиеся части вентиляторов и электродвигателей, агрегаты электропитания. Заметим, что такие источники в большинстве случаев можно изолировать от РЭС, и вопросы защиты от механических воздействий стационарной РЭС являются не такими сложными, как вопросы защиты нестационарной.
В наиболее сложных условиях работает аппаратура, установленная на ракетах. Такие РЭС подвержены механическим колебаниям, имеющим широкий спектр частот и значительные ударные нагрузки. Эти нагрузки действуют в основном на начальных и заключительных стадиях полета и распространяются по корпусу ракеты в виде различных поверхностных волн. Значительной величины при этом достигают также линейные ускорения, действующие на РЭС.
Авиационная РЭС испытывает ударные (импульсные) механические воздействия, в основном при взлете и посадке. Для вертолетов механические колебания в полете более существенны, чем в самолетах, что связано с вращением несущих плоскостей.
В таблице приведены характеристики источников вибраций, действующих на РЭС, установленную на подвижных объектах.
|
Источник вибрации |
Характеристики вибраций |
|
Транспортные средства колесного типа |
Частота возбуждающих колебаний подвески машины 2–10 Гц, кузова 8–15 Гц, ускорение Ig; частоты возбуждения двигателя 20–60 Гц. |
|
Транспортные средства гусеничного типа |
Ударновозбуждаемые вибрации в диапазоне частот 400–700 Гц, амплитуда колебаний на низких частотах + 0,25 мм. |
|
Корабль |
Частоты возбуждающих колебаний и ускорения: кормовая часть 2–35 Гц, 0,05–0,5 g. |
|
Самолет |
Частоты возбуждения 3–500 Гц, амплитуда колебаний +3,8 мм на низких частотах. Акустические вибрации с частотой до 130 кГц на уровне 150 дБ выше звукового порогового уровня. |
|
Управляемые снаряды |
Частоты возбуждающих колебаний 30–5000 Гц, ускорения 5–30g. На участке резонанса возможны ускорения до 40g. Акустические вибрации с частотой до 10 кГц на уровне 130 дБ выше звукового порогового уровня. |
Литература:
1. Андреев П. Г. Микропроцессорные системы в учебном процессе / П. Г. Андреев, И. Ю. Наумова, Н. К. Юрков, Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2009. Т. 1. С. 161–164.
2. Гарькина И. А. Системные методологии, идентификация систем и теория управления: промышленные и аэрокосмические приложения/И. А. Гарькина, А. М. Данилов, Э. В. Лапшин, Н. К. Юрков//Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. 2009. № 1. С. 3–11.
3. Горячев Н. В. Исследование и разработка средств и методик анализа и автоматизированного выбора систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры / Горячев Н. В., Танатов М. К., Юрков Н. К. // Надежность и качество сложных систем . 2013. № 3. С. 70–75.
4. Горячев Н. В. Концептуальная схема разработки систем охлаждения радиоэлементов в интегрированной среде проектирования электроники / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Проектирование и технология электронных средств. 2009. № 2. С. 66–70.
5. Бростилова Т. Ю. Волоконно-оптический датчик деформации/Т. Ю. Бростилова, С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина//Надежность и качество сложных систем. 2013. № 1. С. 93–99.
6. Бростилов С. А. Метрологический анализ измерительной подсистемы информационно-измерительной системы для исследования средств воздушного охлаждения / С.А Бростилов, Н. В. Горячев, Т. Ю. Бростилова // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 2. С. 127–129.
7. Горячев Н. В. Алгоритм функционирования стенда исследования теплоотводов и систем охлаждения радиоэлектронной аппаратуры/ Н. В. Горячев, И. Д. Граб, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Инновации на основе информационных и коммуникационных технологий. 2011. № 1. С. 385–391.
8. Горячев Н. В. Программные средства теплофизического проектирования печатных плат электронной аппаратуры / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. 2013. № 10. С. 128–130.
9. Бростилов С. А. Волоконно-оптические кабели для волоконно-оптических датчиков/С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Бростилова, А. Ю. Удалов, А. В. Архипов//Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 108–111.
10. Бростилов С. А. Математическое моделирование процессов отражения и распространения электромагнитных волн в тонкой градиентной диэлектрической пластине/С. А. Бростилов, Е. В. Кучумов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 281–283.
11. Бростилов С. А. Волоконно-оптический датчик давления на основе туннельного эффекта/С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина, Т. Ю. Бростилова // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. Технические науки. -2010. -№ 4. -С. 106–117.
12. Горячев Н. В. Индикатор обрыва предохранителя как элемент первичной диагностики отказов РЭА / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2010. Т. 2. С. 78–79.
13. Меркульев А. Ю. Системы охлаждения полупроводниковых электрорадиоизделий / А. Ю. Меркульев, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Молодой ученый. — 2013. — № 11. — С. 143–145.
14. Горячев Н. В. Программа инженерного расчёта температуры перегрева кристалла электрорадиокомпонента и его теплоотвода / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, И. Д. Граб, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 2. С. 242–243.
15. Сивагина Ю. А. Обзор современных симплексных ретрансляторов радиосигналов/ Ю. А. Сивагина, И. Д. Граб, Н. В. Горячев, Н. К. Юрков //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 74–76.
16. Горячев Н. В. Проектирование топологии односторонних печатных плат, содержащих проволочные или интегральные перемычки / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 2. С. 122–124.
17. Горячев Н. В. Автоматизированный выбор системы охлаждения теплонагруженных элементов радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, И. Д. Граб, К. С. Петелин, В. А. Трусов, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2013. № 4. С. 136–143.
18. Граб И. Д. Алгоритм функционирования компьютерной программы стенда исследования теплоотводов/ И. Д. Граб, Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков //Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2011. Т. 1. С. 244–246.
19. Трифоненко И. М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И. М. Трифоненко, Н. В. Горячев, И. И. Кочегаров, Н. К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396–399.
20. Лысенко А. В. Краткий обзор методов имитационного моделирования / А. В. Лысенко, Н. В. Горячев, И. Д. Граб, Б. К. Кемалов, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2011. № 14. С. 171–176.
21. Горячев Н. В. Концептуальное изложение методики теплофизического проектирования радиоэлектронных средств / Н. В. Горячев, Н. К. Юрков // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 214–215.
22. Горячев Н. В. и программно-информационное обеспечение информационно-измерительного лабораторного комплекса / Н. В. Горячев, А. В. Лысенко, Н. К. Юрков // Известия Южного федерального университета. Технические науки. 2012. Т. 130. № 5. С. 169–173.
