Климатические воздействия
совокупность типичных изменений атмосферных процессов, обуславливаемых географическими координатами, уровнем солнечной радиации, строением земной поверхности, вертикальным теплообменом и другими определяющими метеорологическими факторами за длительное (20…30 лет) время.
К климатическим факторам относят:
- изменение температуры и тепловой удар;
- влажность окружающей среды;
- увеличение или уменьшение атмосферного давления;
- наличие движущихся потоков пыли и песка;
- присутствие активных веществ в окружающей атмосфере;
- наличие солнечной радиации;
- грибковые образования (плесень);
- микроорганизмы, насекомые, грызуны.
Механические воздействия
Вибрации в конструкциях РЭС
Под вибрацией аппаратуры понимают механические колебания ее элементов или конструкции в целом.
Вибрация может быть периодической и случайной. Периодическая вибрация может быть гармонической и полигармонической.
Гармоническая вибрация сравнительно редко встречается в реальных условиях, но широко используется при лабораторных испытаниях и при анализе динамических характеристик конструкции и для определения реакции системы при более сложных формах вибрации.
Параметрами воздействия вибрации являются частота и ускорение.
Линейное и центробежное ускорение в конструкциях РЭС
Линейное ускорение характеризуется величиной ускорения и возникает при изменении скорости движения; центробежное возникает при изменении направления движения. Влияние линейного и центробежного ускорений на РЭС одинаково и зависит лишь от их величины.
При расчетах аппаратуры, работающей в условиях линейных ускорений, последние обычно считаются равными максимальному их значению за все время действия, либо изменяющимися по ступенчатому или линейному закону. Линейное ускорение часто задается в виде перегрузки - отношения действующего ускорения к ускорению свободного падения.
7.1.3. Удары в конструкциях РЭС.
Аппаратура может подвергаться ударным воздействиям, возникающим при транспортировке, монтаже или эксплуатации, при действии ударной волны и т.д.
Удар - кратковременное (длительностью менее 0,1 с) и непериодическое силовое воздействие на элементы конструкции со стороны объекта - носителя. Удар характеризуется длительностью импульса и ускорением. Интенсивность ударного воздействия зависит от формы, амплитуды U и длительности ударного импульса.
Формой ударного импульса называется зависимость ударного ускорения от времени u(t). Для упрощения при расчетах форму ударного импульса идеализируют, заменяя ее подходящей более простой формой, например - прямоугольной, треугольной, полусинусоидальной и т.д.
Шум и акустические удары в конструкциях РЭС.
Сильные шумы и акустические удары с уровнем шума свыше 140 дБ вызывают высокочастотную вибрацию, опасную для различных элементов РЭС. Особенное внимание акустическим воздействиям придается при размещении РЭС вблизи реактивных двигателей и подобных им других источников шума.
Характеризуется акустический шум звуковым давлением и спектром звуковых частот.
Тепловые воздействия
В процессе эксплуатации РЭС подвергаются влиянию положительных и отрицательных температур, источниками которых являются окружающая среда, объект установки и сама РЭС. Диапазон изменения температур в околоземной атмосфере может составлять 100С, а в космосе он еще шире. Объект установки РЭС может иметь источники тепла (двигатели) и холода (баки с охлажденным топливом, жидкий азот для охлаждения чувствительных элементов). Сама РЭС является источником тепла, поскольку представляет собой систему преобразующую энергию.
Воздействие положительных и отрицательных температур может снизить надежность аппаратуры. Причинами параметрических отказов могут быть:
n ухудшение изоляционных свойств материалов;
n изменение коэффициента усиления;
n изменение параметров конденсаторов, резисторов, магнитных сердечников и т.п.
Тепловым режимом называется пространственно-временное изменение температуры устройства. Оно зависит от мощности источников и поглотителей энергии, геометрических и физических параметров среды, поглощающей тепло.
Тепловой режим блока РЭС характеризуется совокупностью температур отдельных его точек в пространстве и во времени - температурным полем, Т (х,у,z,t).
Радиационные воздействия
Радиационное воздействие окружающей среды на РЭС, в основном, происходит в двух видах:
n солнечная радиация;
n ионизирующее излучение.
Солнечная радиация представляет собой воздействие на материалы конструкции РЭС потоков фотонов различного происхождения. Обычно проявляются последствия солнечной радиации либо в избирательном поглощении лучей различной длины волны материалы конструкции РЭС - так называемая, фотолитическая солнечная радиация, либо фотолитическая, приводящая к нагреву материала.
Итогом и в том и в другом случае является снижение механической прочности материалов, изменение (ухудшение) свойств механической подсистемы Sм РЭС, а вслед за этим - и ухудшение свойств РЭС как системы в целом.
Так как солнечная радиация проявляется для РЭС в основном в нагреве материалов конструкции, а защита от такого вида воздействий уже было рассмотрена ранее в дальнейшем остановимся подробнее на втором виде воздействия.
№5 Специфика элементной базы и современные тенденции в конструировании РЭС.
Резкое развитие принципа функционально-узлового конструирования произошло с появлением и развитием микроэлектроники. Применение интегральных схем (ИС) - РЭС третьего поколения, и больших ИС (БИС) - РЭС. четвертого поколения, позволило резко улучшить множество функциональных характеристик РЭС. Микроминиатюризация - способ уменьшения габаритов и массы РЭС, трудоемкости и материалоемкости, способ повышения качества К и сокращения сроков и затрат на разработку и производство Тпр, другими словами - один из способов разрешения противоречий дальнейшего развития радиоаппаратостроения.
В простейшем понимании микроминиатюризация представляет собой факт очередной смены элементной базы. Однако он повлек за собой и изменение конструктивных решений РЭС в целом, и изменение методов и средств конструирования.
Для того, чтобы извлечь полностью достоинства новой, более эффективной элементной базы очень быстро обнаружили необходимость решения ряда сопутствующих задач кроме простой замены активной элементной базы.
Условиями комплексной микроминиатюризации являются:
проектирование схемы РЭС на принципах дискретной цифровой техники (вместо электромеханических узлов - электроника);
схемы строить на ИС общего (широкого) и частного применения;
решить проблему нормального теплового режима РЭС и электромагнитной совместимости;
использовать новые принципы формирования больших мощностей излучения;
в области СВЧ использовать генераторы Гана, полосковые линии и т,д.;
осуществлять миниатюризацию комплектующих конструктивных элементов (разъемы, кабели,…).
Важным следствием внедрения микроэлектроники было дальнейшее упрощение пространственной организации конструкций узлов, субблоков, блоков и более крупных единиц конструкций микроэлектронной аппаратуры.
Последние годы развития микроэлектроники характеризуются не только "завоевыванием новых позиций", что выражается, в повышении степени интеграции элементной базы, применении новых материалов, поиске оригинальных конструктивных решений, но и закреплением уже завоеванных позиций - унификацией и стандартизацией как элементной базы, так конструкций. Различного рода "базовые", типовые конструкции узлов, субблоков, блоков находят вое более широкое применение как в масштабах некоторых предприятий, отдельных отраслей, так и государства в целом.
Другая тенденция развития РЭ - расширение функциональных воэможностей, т.е. повышение качества К РЭС, пришла в противоречие с требованием получения такого аппарата обществом в минимальные сроки после возникновения потребности в нем. Возникло противоречие "качество - сроки" (или проблема морального старения).
№ 6, Классификация РЭС. Структура и классы РЭС.
В настоящее время РЭС проникли практически во все сферы деятельности человека, поэтому от того, что это за аппаратура, в каких условиях работает, каково ее основное назначение - зависит и процесс создания этих конструкций.
Различают несколько критериев, по которым классифицируют РЭС. Основным из них является вид объекта-носителя. Он по существу, задает большинство факторов, влияющих на РЭС. В табл. 3.1. указаны основные классы РЭС и среда использования.
Классификация РЭС.
Таблица 3.1.
3.2.1.2. Особенности построения РЭС различных классов.
Наземная РЭС делится на несколько групп.
По ГОСТ 16019-78 стационарные РЭС разделяются на работающую в отапливаемых наземных и подземных помещениях (1 группа) и в не отапливаемых помещениях на открытом воздухе (2 группа). Этот класс РЭС характеризуется:
- продолжительной эксплуатацией и постепенной модернизацией;
- работой при нормальном атмосферном давлении;
- отсутствием механических воздействий во время работы;
- транспортировкой в амортизированной упаковке;
- высокой ремонтопригодностью при ремонте на месте установки.
На габариты стационарных РЭС накладываются ограничения, связанные с размерами помещений для ее установки (дверей, коридоров и т.п.).
Особая группа стационарных РЭС - переносные РЭС, которые не должны иметь большой массы и могут не работать по время переноски.
Возимые РЭС (3 и 5 группы по ГОСТ 16019-78) размещаются на автомобилях различных видов, на гусеничном транспорте (транспортеры, тракторы, танки и т.п.) и на железнодорожном транспорте.
Для различных видов автомобилей характерны свои диапазоны механических нагрузок, свои ограничения по габаритам и массе, а также различные влияния окружающей среды (например, может быть предусмотрено кондиционирование в кабине машины). Гусеничный транспорт к тому же характеризуется более плавным движением, однако увеличивается опасность ударов при движении по бездорожью.
Носимые РЭС предполагают работу аппаратуры во время переноски (6 и 7 группа). Большое значение имеет при конструировании учет физических возможностей человека (минимальные габариты и масса). Необходимо в полной мере учитывать сильные удары, климатические воздействия (особенно случаи выпадения росы при оттаивании РЭС в теплом помещении). В особо тяжелых условиях РЭС выполняются в герметичном корпусе.
Морские РЭС характеризуются следующими особенностями:
1) комплексное воздействие климатических и механических факторов: 100% влажность при высокой температуре и солевом воздействии, сочетание их с непрерывной вибрацией, ударным нагрузками и линейными ускорениями;
2) длительное автономное плавание при невозможности осуществлять сложные ремонты в этот период;
3) акустические, магнитные и радиационные воздействия. Все РЭС как правило выполняется брызгозащищенной, устанавливаемая на открытой палубе - водозащищенной, а аварийная - герметичной.
Основные отличия судовых РЭС следующие:
1) высокий уровень применения типовых конструкций для целей сокращения набора запасных блоков на борту;
2) высокая степень ремонтопригодности при минимальном персонале и наборе контрольно-измерительной аппаратуры;
3) ограничение габаритов блоков размерами люков кораблей;
4) обязательное применение комплексных мер защиты от всех видов механических воздействий;
5) особое внимание осуществляется на обеспечение электромагнитной совместимости РЭС в пределах всего судна, для чего принимают меры не только в отношении РЭС, но и самого судна. В зависимости от того, где находится аппаратура (в радиорубке, где должны поддерживаться комфортные условия, или в необитаемых помещениях корабля), необходимы различные меры защиты от факторов внешней среды.
Буйковые предполагают наличие длительного периода необслуживаемой эксплуатации, воздействие сильных ударов волн, относительно хорошим тепловым режимом из-за охлаждения забортной водой. Корпус РЭС выполняется герметичным, способным противостоять воздействию соленой воды.
Бортовые РЭС размещаются на самолетах, вертолетах, ракетах и космических аппаратах. Это наиболее специфическая группа РЭС, которая работает в самых жестких условиях: вибрации, линейных ускорениях, ударах, при пониженном давлении, холоде, влаге, соляном тумане, солнечной и космической радиации.
Однако каждая группа имеет свои особенности:
- авиационные РЭС характеризуются относительно малым периодом непрерывной работы (часы), а в остальное время РЭС может ремонтироваться на земле; кроме того, почти всегда проводится предполетная проверка функционирования. Поэтому контролепригодность и ремонтопригодность выходит на одно из первых мест в показателях качества РЭС. Кроме того, этот вид РЭС работает в тяжелых климатических условиях и пониженном атмосферном давлении;
- к космическим и ракетным РЭС помимо общих для данной группы требований, предъявляются и специфические: особая ограниченность массы и габаритов, самые высокие требования к безотказности, хорошая ремонтопригодность в предстартовый период, совместное действие вибрации и линейных ускорений во время старта.
Как правило космические РЭС характеризуется длительным периодом необслуживаемой эксплуатации, работой в вакууме или в специальной газовой среде, циклическими сильными перепадами температуры, воздействием радиации.
Ракетные РЭС характеризуются разовостью использования, особо кратковременной предстартовой подготовкой (высокая ремонтопригодность), быстрым возрастанием температуры при старте, большими ударными нагрузками, необходимостью длительной сохраняемости при хранении.
В заключении этого раздела приведем данные требований по устойчивости к мехвоздействиям и действию факторов окружающей среды для различных групп РЭС. Кроме того, в табл. 3.3. указаны ориентировочные значения коэффициента влияния Км, который должен учитываться при расчете надежности РЭС, работающих в реальной обстановке.
Требования устойчивости.
Таблица 3.2.
| Параметры | Стационарная | Возимая | Судовая | Носимая | Авиационная | Аварийная | Ракетная | Космическая |
| Прочность при синусои- дальных вибрациях f, Гц (f/а, м/сек2 | 10…30/ 6…37 | 10...30 2,4… 10, 7 | 10…30/ 7…37 | 5…500/ 0,1.. | 10…70/ 19... | 0…500 до 196 | 1,5 5…58 | |
| Устойчи- вость к ударам tn, мс, м/с2/N ударов | 5…10/ 2 …10/ | 5…10/ 40…80/ 147 | 5…10/ 40…80/ 98 | 15/58… 117/18 | -/736/500 | 10…12/ 498/- | ||
| Воздействие повышенной температуры Q, к/t, ч | 328/2…6 | 333/2…6 | 333/2…6 | 333/2…6 | ||||
| Циклическое изменение температуры DQ, к/t, ч | 223… 333/ 2…6 | 223… 333/ 2…6 | 223…333/2…6 | 223… 333 | ||||
| Воздействие соляного тумана Q, К/ дисперс-ность, г/м*м*м/t, ч | 300/ 2…3/48 | 300/ 2…3/48 | 300/ 2…3/48 | 300/ 2…3/48 | 300/ 2…3/48 | |||
| Воздействие пониженного атм. давления Р, кПА/t, ч | 61/2…3 | 61/2…3 | 61/2…3 | 61/2…3 | 2…101/- | 1…101/- | 0,13 …101/- | 0…101/- |
Коэффициент влияния. Таблица 3.3.
| Место установки РЭС | Коэффициент Км =l¤l0 | Место установки РЭС | Коэффициент Км =l¤l0 |
| Лабораторные и благоустроенные помещения | 1,0 | Железнодорожная. платформа | |
| Стационарные наземные помещения | Самолет | 120…160 | |
| Защищенные отсеки кораблей | Управляемый снаряд | ||
| Автоприцеп | Мощная ракета |
№ 7. Общая характеристика процесса конструирования: цели, задачи, стадии разработки, роль формализации и творчества.