Характеристика условий эксплуатации специализированных групп приборной аппаратуры

Условия эксплуатации определяются классом, к которому относится объект установки (третья группа требований по назначению). Обзор условий эксплуатации рассмотрим на примере аэрокосмической ПА, разновидности которой относятся ко всем трем классам ПА [24, 38, 43, 54].

Класс 1 – наземная ПА. Класс наземной ПА включает в себя три основные группы: стационарная (постоянно работающая в помещениях), на подвижных объектах (возимая), переносная. Эти группы с позиций условий эксплуатации можно разделить на нормальные, наземные естественные, наземные транспортные. К группе переносной относится лабораторная, производственная и эксплуатационная контрольно-испытательная и диагностическая аппаратура, устанавливаемая на столах в помещениях лабораторий, цехов, полигонов, тренажерных центров, ремонтно-эксплуатационных предприятий и т.п. Стационарная ПА отличается, относительно большими габаритами, массой и характеризуется: 1) особой продолжительностью эксплуатации и необходимостью постепенной модернизации; 2) работой в помещениях с нормальными климатическими условиями: температурой воздуха 15-25.°С, относительной влажностью 45-75%, атмосферным давлением 96-106 кПа; 3) отсутствием механических перегрузок во время работы; 4) высокой ремонтопригодностью при ремонте на месте установки.

Переносная ПА работает, как и стационарное в нормальных климатических условиях.

К группе возимой относится, например, авиационная ПА аэропортов, стартовых комплексов, ракетных подвижных комплексов и т.п. Условия эксплуатации - наземные транспортные, т.е. наличие механических воздействий в виде различных колебаний, ударов, перепады некоторых климатических воздействий (давления, температуры, влажности), возможность воздействия пыли, песка и т.п.

Возимая ПА может эксплуатироваться в естественных наземных условиях (например, при "полевых" испытаниях), характеристики которых определяются климатической зоной и наземными транспортными условиями (условиями закрытых кабин транспортных средств).

Данная группа ПА имеет ограничение по мощности рассеяния. Нормальная мощность рассеяния на единицу объема фургона для естественного воздушного охлаждения составляет 0,5 кВт/м³; предельной является мощность 1 кВт/м³. Общая масса комплекса ПА для одного автофургона должна составлять примерно 2/3 грузоподъемности транспортного средства; остальная 1/3 идет на запас для проезда в сложных дорожных условиях, на ЗИП и бытовое оборудование операторов. Масса каждого моноблока не должна превышать 60 кг для осуществления демонтажа с автомашины в аварийных ситуациях.

Класс 2 – авиационная ПА, размещаемая на морских объектах. Этот класс включает в себя две основные группы: ПА для обслуживания корабельной авиации и ракет; бортовая ПА самолетов авианесущих кораблей, палубных вертолетов и гидросамолетов. Конструкции аппаратуры первой группы разрабатываются в морском исполнении, второй группы - в смешанном варианте (бортовом и морском). Эксплуатация ПА данного класса отличается тремя особенностями:

- комплексное воздействие климатических и механических факторов (100%-ная влажность при повышенной температуре и солевом тумане в сочетании с непрерывной вибрацией от двигателей, ударными перегрузками и линейными ускорениями);

- длительное автономное плавание с отрывом от ремонтных баз;

- акустические, магнитные и радиационные воздействия.

Необходимо учитывать чрезвычайно широкий спектр механических факторов, воздействующих на ПА, как во время полетов, так и при нахождении на борту корабля.

Таким же, постоянно действующим фактором, опасным для приборного оборудования, является морская среда, окружающая корабль. Соленость океанской воды велика, достигает 35 г солей на 1 л. Это обстоятельство активизирует разрушительные физико-химические процессы, протекающие при воздействии влаги на металлические и изоляционные материалы конструкций приборного оборудования.

Приборная аппаратура класса 2 должна разрабатываться в тропическом исполнении, рассчитанном на высокую коррозионную стойкость и плеснестойкость. Кроме того, на случай прямого попадания воды должна обеспечиваться водозащищенность и брызгозащищенность. Прямое воздействие воды наблюдается во время штормов, в аварийных ситуациях, при противопожарном и противорадиоактивном самоорошении помещений.

При конструировании ПА данного класса необходимо учитывать специфические требования:

- обеспечение высокого уровня типизации в целях упрощения материально-технического снабжения оборудования запасными частями;

- осуществление ремонта при минимальном количестве персонала и ограниченных контрольно-измерительных и ремонтных средствах без отправки на ремонтное предприятие;

- ограниченность размеров помещений, отсеков, проходов для обслуживания оборудования;

- обеспечение защищенности от сильных высокочастотных и низкочастотных электромагнитных полей (работа гидроакустических станций и большого числа локационных систем и передатчиков);

- повышенные значения вибростойкости, ударостойкости, стойкости к ускорениям.

Класс 3 – бортовая приборная аппаратура. Этот класс включает в себя группы ПА авиационной, космической и ракетной техники.

Вертолетная и самолетная ПА характеризуется относительной кратковременностью непрерывной работы, измеряемой часами. В остальное время ПА находится под контролем персонала аэродрома или ремонтной базы: подвергается периодическому осмотру и контролю, перед каждым вылетом производится предполетная проверка. Конструкция такой ПА должна обеспечивать свободный доступ к внутренним узлам (модулям) для уменьшения времени на поиск неисправности. Чем меньше времени расходуется на предполетную проверку, тем больший эффект от эксплуатации летательного аппарата. Отсюда вытекает требование высокой контроле- и ремонтопригодности конструкции.

Постоянная потребность в усложнении функций ПА бортового класса ограничивается возможностями летательных объектов по массогабаритным показателям, поэтому уменьшение габаритов и массы бортовой ПА считается одной из важнейших задач при конструировании.

Приборная аппаратура, располагаемая вне гермоотсеков, должна работать в условиях разреженной атмосферы. На большой высоте воздух разрежен (на высоте 26 км - до 2 кПа), что приводит к снижению электрической прочности элементов конструкции.

Независимо от места установки ПА на летательном объекте, на нее воздействует значительное количество внешних факторов, среди которых можно выделить следующие основные группы: механические, климатические, биологические, термические, электромагнитные, радиационные и специальные среды.

Подробная, классификация внешних факторов, воздействующих на бортовую ПА и определяющих условия ее эксплуатации, приведена на рис.1.5-1.8.

Условия эксплуатации бортовой ПА в значительной степени зависят от вида летательного аппарата, его скоростей и высоты полетов. Так, температура корпуса самолета изменяется в широких пределах. Летом на аэродроме в южных районах корпус нагревается более чем до 50°С. При взлете и подъеме температура резко падает, достигая минус 50°С на высоте 10 км. На сверхзвуковых самолетах при полете в плотных слоях атмосферы корпус может нагреваться до 150°С. В результате ПА, расположенная вне гермоотсека, испытывает тепловые удары.

Вибрационные ударные и линейные перегрузки для конструкций самолетной ПА значительны. Во всех случаях задается диапазон частот вибрации, так как нижние частоты возникают во время движения самолета по взлетно-посадочной полосе, а верхние связаны с работой двигателя. На взлете и при посадке образуются ударные перегрузки с хаотическим чередованием ударов. При любом изменении скорости возникают линейные перегрузки.

К космической и ракетной ПА, помимо общих требований к бортовому классу, предъявляют дополнительные требования: I) особой ограниченности объема и массы в связи с необходимостью иметь минимальную массу ракеты-носителя; 2) чрезвычайно высокой безотказности; 3) высотой ремонтопригодности в предстартовый период; 4) совместного действия вибрационных и линейных нагрузок во время старта.

К наиболее характерным факторам, воздействующим на ПА на больших высотах и в космическом пространстве относятся: глубокий вакуум, лучистые тепловые потоки, невесомость, радиоактивные излучения, широкие пределы изменения температур.

Приборная аппаратура искусственных спутников Земли относится к группе космической, но является необслуживаемой. Эта аппаратура характеризуется:

1) особой продолжительностью эксплуатации без обслуживания (годы);

2) работой в условиях атмосферы с постоянным газовым составом низкой влажности или в вакууме; 3) циклическим изменением температуры; 4) отсутстви-ем механических нагрузок во время работы; 5) опасностью воздействия радиации.

Дополнительные отличительные черты ракетной ПА: 1) разовость использования; 2) необходимость в особой кратковременности предстартовой проверки и высокой ремонтопригодности в предстартовых условиях; 3) работа в условиях быстрого возрастания окружающей температуры на обшивке ракеты (до нескольких сотен градусов); 4) длительная сохраняемость при многолетнем хранении ; 5) большие ударные нагрузки.

Исходные нормы внешних воздействий, на основе которых устанавливаются нормы для групп бортовой ПА:

- диапазон температур окружающей среды от -60 до + 50°С;

- влажность 98. ..100% при температуре ;

- пребывание в условиях инея и росы и работоспособность через 5 - 10 мин после включения;

- разрежение воздуха до 750 Па,

- вибрационные воздействия в диапазоне частот от 5 (с перегрузками 4-5 ) до 2000 Гц (с перегрузками до 10 );

- вибрационные воздействия на одной частоте (обычно в районе 40 -50 Гц с перегрузками 4-5 ) длительные;

- ударные перегрузки с длительностью удара до 80мс и перегрузками до 10-15 ;

- линейные ускорения с перегрузками до 15 ;

- акустические шумы до 130 - 160 дБ;

- прочие специальные воздействия по ТЗ.