Влияние условий эксплуатации на конструкцию РЭС

Так как характер и интенсивность воздействия внешних дестабилизирующих факторов зависят от методов использования и объекта установки РЭС, наиболее комплексно особенности конструкции РЭС определяет объект-носитель. С учетом факторов условий эксплуатации и рабочих частот особенности конструкции проектируемого РЭС определяются более детально. Это позволяет конструктору адекватно систематизировать комплекс требований к разрабатываемой конструкции, более оперативно выбрать конструкцию-аналог и на ее основе разработать конструкцию для проектируемого РЭС. Таким образом, наиболее общей с конструкторской точки зрения является классифи­кация конструкций РЭС по виду объекта установки, который определяет назначение и особенности использования РЭС. Согласно этой классификации РЭС разделяют на 18 групп по трем категориям: стационарной, транспортируемой, портативной.

Каждой из групп аппаратуры соответствует совокупность кли­матических и механических факторов, которой она должна соответствовать.

Условия эксплуатации РЭС, имеют различную природу и изменяются в весьма широких пределах. Факторы, воздействующие на приборы и в определенной мере ограничивающие работоспособность аппаратуры, разделяют на климатические, механические и радиационные.

К климатическим факторам относят: изменение температуры и влажности окружающей среды, тепловой удар, атмосферное давление, присутствие агрессивных веществ и озона в окружающей среде, солнечное облучение, грибковые образования (плесень), наличие микроорганизмов, насекомых и грызунов, взрывоопасность и воспламеняемость атмосферы, водные воздействия (дождь, брызги).

К механическим факторам относят вибрацию, механические и акустические удары, линейные ускорения.

К радиационным факторам относят все виды космической, естественной и искусственной радиации.

Эти факторы принято называть дестабилизирующими факторами. Каждый из них может проявлять себя и независимо от остальных, и в совместном действии с другими факторами той или другой группы.

Климатические факторы. Нормальными климатическими условиями являются: температура +25±10 °С, относительная влажность 45...80 %, атмосферное давление 83-106 кПа (630...800 мм рт. ст.), отсутствие активных веществ в окружающей атмосфере.

Совокупность воздействующих на конструкцию РЭС кли­матических факторов и их характеристики определяются климатичес­кой зоной, в которой она эксплуатируется. Весь земной шар разделен на семь климатических зон, климат которых определяется как очень холодный, холодный, умеренный, тропически влажный, тропически сухой, умеренно холодный морской и тропический морской.

Очень холодный регион располагается в Антарктиде, средняя мини­мальная температура ниже -60 °С (рекорд -88,3 °С). Особенностью региона является сочетание низких температур с сильным ветром.

В холодную зону включены большая часть России и Канады, Аляска, Гренландия. Средняя минимальная температура здесь достигает -50 °С, го­довой перепад температур достигает 80 °С, средне­суточный до 40 °С. Особенностью этой климатической зоны является высокая прозрачность атмосферы, что благоприятно для ионизации воздуха и, как следствие, накоплению на поверхности аппаратуры статиче­ского электричества. Характерным также является обледенение, иней, ветер со снежной пылью.

Рис. Классификация РЭС по признаку объекта установки.

В умеренный климатический регион включены часть территории Рос­сии, большая часть Европы, США, прибрежные территории Австралии, Южной Африки и Южной Америки. Для него характерно годовое измене­ние температур от -35 до +35 °С, образование инея, выпадение росы, нали­чие тумана, изменение давления воздуха от 86 до 106 кПа.

Влажная тропическая зона располагается вблизи экватора и включает большую часть Центральной и Южной Америки, среднюю часть Африки, Юг Индии, Индонезию, часть Юго-Восточной Азии. Для этой зоны харак­терны среднегодовые температуры +20...+25 °С с перепадом температуры за сутки не более 10 °С. Высокая влажность и повышенная концентрация солей (особенно вблизи побережья морей и океанов) делает атмосферу этой зоны коррозионно-агрессивной. Благоприятное сочетание температуры и влажности способствует существованию более 10000 видов плесневых грибков.

К зоне с сухим тропическим климатом относят северную часть Афри­ки, центральную Австралию, засушливые районы Средней Азии, Аравий­ский полуостров, часть Северной Америки. Этот регион характеризуется высокими температурами (до +55 °С), низкой влажностью, интенсивным солнечным излучением (до 1500 Вт/м²), высоким содержанием пыли и песка в атмосфере с абразивным и хими­ческим воздействием на аппаратуру.

Умеренно холодная морская зона включает моря, океаны и прибреж­ные территории, расположенные севернее 30° северной широты и южнее 30° южной широты. Остальная часть морей, океанов и прибрежных терри­торий относится к тропически морской зоне. Климат морских зон отличает­ся сравнительно небольшими суточными перепадами температур, наличием высокой влажности и значительной концентрацией хлоридов в атмосфере.

Учитывая специфику каждой из климатических зон, РЭС наземного ба­зирования, предназначенная для работы в тропических зонах, должна быть изготовлена в соответствующем исполнении по ГОСТ 15150-84, что отмечается в документа­ции индексом Т. РЭС, устанавливаемая на судах имеет обозначение ОМ. РЭС, пригодная для эксплуатации на суше и на море, имеет индекс В.

Температурные условия влияют на место уста­новки РЭС, расположение источников внешнего подогрева, выделение тепла активными элементами внутри. Необходимо обеспечивать, чтобы температура нагрева чувстви­тельных к температуре радиоэлементов находилась в допустимых пределах. Кроме того, для многих конструктивных материа­лов характерно теп­ловое старение.

Работоспособность РЭС определяется температурным диапазоном работы, в котором РЭС должна выполнять заданные функции в рабочем состоянии. Для исключения выхода из строя РЭС в процессе хранения и транспортирования в нерабочем состоянии необходимо, чтобы она выдерживала температуры, большие рабочего диапазона. Эти предельные температуры характеризуют тепло- и холодопрочность конструкции РЭС.

Тепловой удар – это резкое изменение температуры окружающей среды, при котором время изменения температуры исчисляется минутами, а ее перепад - десятками градусов. Наиболее сильно тепловой удар проявляется в элементах конструкции, где имеются локальные механические напряжения, способствуя образованию микротрещин.

Влажность - один из наиболее агрессивных воздействующих факторов, проявляющий себя при погружении аппаратуры в воду, воздействии капель дождя и брызг, водяных паров, образовании росы и инея. Адсорбция воды на поверхности элементов РЭС способствует коррозии металлических деталей, старению неметаллов, изменению электроизоляционных характеристик изоляторов. Способность воды смачивать поверхность и проникать в поры материалов и микротрещины увеличивается с по­вышением температуры.

Вода в атмосфере всегда загрязнена активными веще­ствами - углекислыми и сернистыми солями кальция, магния, железа, хло­ристым кальцием, газами - что способствует проявлению кор­розии. Выпадение росы на поверхность аппаратуры происходит при опреде­ленной температуре (точка росы), значение которой зависит от относитель­ной влажности атмосферы:

Относительная влажность, % ……… 100 80 60 40 20

Точка росы, °С ……………………… 15,5 12,1 7,8 2,0 -6,6

Давление воздушной среды и диапазон его изменения зависит от высоты над уровнем моря места, где эксплуатируется РЭС. На высоте 5 км давление воздуха может падать до 40 кПа, при этом ухудшается отвод тепла конвективным теп­лообменом, уменьшается электрическая прочность воздуха, повышается ионизация воздуха и образование химически активных ионов и радикалов. Содержание влаги в атмосфере с ростом высоты уменьшается. Температура в тро­посфере (80 % всей воздушной массы) убывает в среднем на 6 град на каждом километре.

Атмосферная пыль содержит углекислые и сернокислые соли и хлориды, которые, взаимодей­ствуя с влагой, ускоряют процессы коррозии, способствует утечке зарядов и может вызвать пробой между контактами с высоким потенциалом. Стандар­тами определены три уровня концентрации пыли: 0,18; 1,0; 2,0 г/м3.

Грибковые образования (плесень) относят к низшим растениям, не имеющим фотосинтеза. Они выделяют лимонную, уксусную, щавелевую кислоты и другие химические вещества, под действием которых ухудшаются электроизоляционные свойства полимерных материа­лов. Защита от этих образований обязательна для аппаратуры тропической зоны.

Механические факторы. В процессе транспортирования и эксплуатации РЭС подвергается воз­действию вибраций, в основном, от внешних источников колеба­ний. Особо опасны вибрации, частота которых близка к собственным часто­там колебаний узлов и элементов конструкции. Свойство аппаратуры про­тиводействовать их влиянию характеризуется вибропрочностью и вибро­устойчивостью. Виброустойчивость определяет способность РЭС выполнять заданные функции во включенном состоянии в условиях воздействия виб­раций. Вибропрочность характеризует способность противостоять разрушающему воздействию вибрации в не­рабочем состоянии и нормально работать после снятия вибрационных нагрузок. Воздействующие на конструкцию РЭС вибрации характеризуются диапазоном частот и величиной ускорения (в единицах g).

Явление удара в конструкции РЭС возникает при быстрых изменениях ускоре­ния. Удар характеризуется ускорением, длительностью и числом ударных импульсов. Различают удары одиночные и многократные. Линейное ускорение характеризуется ускорением (в единицах g) и длительностью воздействия.

При воздействии вибрации и ударных нагрузок на элементы конст­рукции РЭС в них возникают статические и динамические деформации, так как любой элемент конструкции представляет собой колебательную систе­му, имеющую сосредоточенную и распределенную нагрузку. Ударно-вибрационные нагрузки воздействуют на элементы конструкции РЭС через их точки крепления. Эффективность воздействия определяется также положением элементов относительно его на­правленности. Детали крепления элементов в определенной мере являются демпферами, ослабляющими действие источника вибраций.

Акустический шумот внешних источников характеризуется давлением звука, мощно­стью колебаний источника звука, силой звука, спектром звуковых частот. Акустический шум подвергает механическим нагрузкам практически в равной степени все элемен­ты конструкции. При прочих равных условиях действие акустического шума более разрушительно, чем действие ударно-вибрационных нагрузок.

Все более расширяющиеся сферы применения РЭС ужесточают требования к устойчи­вости их конструкции воздействию механических факторов.

Радиационные факторы. Радиационное воздействие вызывает как немедленную, так и накапли­вающуюся реакцию элементов, составляющих конструкцию РЭС. Среди существующих видов излучений наибольшую опасность представляют элек­тромагнитные излучения и ионизирующие частицы высоких энергий.

Полный спектр электромагнитных излучений охватывает диапазон длин волн от десятков тысяч метров до тысячных долей нанометра. Наибо­лее значимое воздействие на РЭС оказывают гамма- и рентгеновское излучение (длина волн менее 10 нм). Эти виды излучения обладают зна­чительной проникающей и ионизирующей способностью.

Существенное воздействие на конструкцию РЭС могут также оказывать заряжен­ные частицы: альфа, бета и протоны, а также нейтроны, обладающие вы­сокой проникающей способностью.

Наиболее устойчивы к воздействию облучения металлы. Наи­меньшей радиационной стойкостью обладают магнитные материалы и электро­технические стали. Некоторые металлы, например марганец, цинк, молибден и др., после облучения нейтронами сами становятся радиоактивными. Воздействие излучения на полимеры приводит к разрушению межмо­лекулярных связей, образованию зернистых структур и микротрещин. В ре­зультате полимерные детали теряют эластичность, становятся хрупкими.

Наименее стойкими к облучению являются полупроводниковые приборы и интеграль­ные микросхемы. Необратимые дефекты в полупроводниках приводят к потере выпрямительных свойств диодов, транзисторы всех типов при облучении теряют усилительные свойства, в них возрастают токи утечки, пробивное напряжение снижается. Их радиационная стойкость составляет 10¹²...10¹⁴ нейтронов/см² при облучении нейтронами и 10⁴...10⁷ рад при гамма-облучении.

В интегральных микросхемах (МС) при облучении существенно изме­няются характеристики вследствие изменения параметров входящих в них ре­зисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов. Так же изменяются изолирую­щие свойства разделительных p-n-переходов, возрастают токи утечки, появля­ются многочисленные паразитные связи между элементами структуры микросхем, что в результате приводит к нарушению их функционирования.

Стационарные РЭС - это аппаратура, эксплуатируемая в отапливае­мых и неотапливаемых помещениях, помещениях с по­вышенной влажностью, на открытом воздухе, в производственных цехах. Условия эксплуатации и транспортирования такой аппара­туры характеризуются весьма широким диапазоном рабочих (-50...+50 °С) и предельных (-50... +65 °С) температур, влажностью до 90...98 %, вибрацией до 120 Гц при 4...6 g, наличием многократных (до 5 g) и одиночных (до 75 g) ударов, воздействием дождя до 3 мм/мин и соляного тумана с дис­персностью капель до 10 мкм и содержанием воды до 3 г/м³. Для стационарной РЭС следует учитывать два варианта внешних воздействий: при ее транспортировании в упаковке (определяются характеристиками транспортного средства и упаковки РЭС) и в ходе использования РЭС по назначению. Наиболее простые условия эксплуатации у РЭС, эксплуатирующихся в кондиционированном помещении (узкий интервал температур, умеренная пыль и влажность). Более жесткие условия у РЭС, размещающихся в неотапливаемых помещениях (больший диапазон колебаний температур, влажность, пыль, грибковая плесень). На РЭС, эксплуатирующихся под навесом воздействуют более резкие колебания температуры, большее количество пыли, песка, брызги воды. Наконец, для РЭС, эксплуатирующихся на открытом воздухе дополнительно воздействуют более резкие тепловые колебания за счет нагрева солнцем, ультрафиолетовое излучение, вода и снег, что является серьезным испытанием.

Наземные РЭС являются самыми значительными и по разнообразию видов, и по общему количеству, и по условиям эксплуатации.

РЭС, устанавливаемые на улице подразделяются по условиям эксплуатации на климатические зоны установки в соответствие с ГОСТ 15150 «Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды». Также существенное влияние на конструкцию стационарных наземных РЭС оказывает факт их установки в составе оборудования (станки с ЧПУ, стиральные машины, холодильники и иное оборудование в котором РЭС выполняют функции контроля и управления).

Стационарные РЭС, эксплуатируемые в отапливаемых и кондиционированных помещениях составляют самую большую группу по численности и разнообразию среди прочих видов наземных стационарных РЭС. Сюда можно отнести стойки связной аппаратуры, операторские пульты, электронно-вычислительные машины, стационарную бытовую технику (телевизоры, музыкальные центры, телефоны и т.д.).

Рис. Стационарный радиопередатчик.

Рис. Пример стационарных РЭС: Блок цифровой обработки сигналов.

Для подземных РЭС характерны следующие условия эксплуатации:

1. Жесткий тепловой режим (ввиду затрудненного теплоотвода);

2. Высокая пыле и влагозащищенность. Воздействие коррозионной среды (влажный грунт и блуждающие токи) приводят к ускоренной химической и электрохимической коррозии, что приводит к необходимости выполнять корпуса подземных РЭС в герметичном исполнении;

3. Практическое отсутствие вибраций и ударов, однако требуется защита от ударов и вибраций на этапе транспортировки и установки;

4. Достаточно узкий температурный режим (0°С …20°С);

5. Высокая надежность работы в течение длительного времени, так как операции по нахождению неисправностей и ремонту подземных сетей достаточно дорогостоящи.

Рис. Примеры конструкций наземных стационарных РЭС: 1 – стойка; 2 – контейнер; 3 – тележка; 4 – настольный прибор; 5 – пульт; 6 – моноблок

Транспортируемые РЭС - это аппаратура, устанавливаемая и экс­плуатируемая на автомобилях и автоприцепах, железнодорожном и гусе­ничном транспорте, на судах различных классов, на борту самолетов и вертолетов. Специфика работы этого вида аппарату­ры предопределяет повышенное воздействие механических факторов. Каж­дый вид транспорта имеет собственные вибрационные характеристики. Для предупреждения повреждения аппаратуры необхо­димо, чтобы вся она и отдельные ее части имели собственные частоты колебаний вне диапазона частот вибрации транспортного средства.

Требования, выдвигаемые транспортируемым РЭС:

1. Работоспособность в условиях низкочастотных вибраций (колебания автотранспорта на неровностях дороги);

2. Работоспособность в условиях высокочастотных вибраций (вибрация двигателя);

3. Работоспособность в условиях ударных воздействий (удары на ухабах и и колдобинах при движении по бездорожью);

4. Работоспособность в широком интервале температур (от –50°С до +80°С) при размещении вне отапливаемого салона или кунга;

5. Сохранение работоспособности при хранении в широком интервале температур (от –50°С до +80°С);

6. Брызго и водозащищенность для РЭС, которые только транспортируются на автомобилях, а работают на открытом воздухе после доставки в требуемое место;

7. Высокая пылезащищенность РЭС;

8. Условия колебания атмосферного давления являются для возимых РЭС благоприятными, как и для других наземных РЭС.

К возимым РЭС относят мобильные связные и пеленгаторные станции (размещаемые в кунгах автомобилей), диспетчерские станции строительных, сельскохозяйственных, железнодорожных организаций, передвижные телевизионные станции, автомобильные приемники (автомагнитолы) и т.д.

Часть РЭС, устанавливаемых стационарно на шасси автомобилей должны обеспечивать устойчивую работу РЭС не только на стоянке, но и в движении.

Некоторые виды возимой аппаратуры не должны быть постоянно установленными на автомобилях, а только перевозится с их помощью в требуемое место работы (например, аппаратура связи геологоразведочных партий и военных подразделений).

Рис. Примеры автомобильных транспортируемых РЭС

На РЭС, установленные на автомобильном транспорте, могут воздей­ствовать вибрация частотой до 200 Гц и удары, вызванные неровной доро­гой. При движении железнодорожного транспорта возможны внезапные толчки (при маневрировании - удары с ускорением до 40 g). Биение колес о стыки рельсов вы­зывают вибрацию с частотой до 400 Гц при ускорении до 2 g. Особо жест­ким воздействиям подвергается конструкция РЭС, эксплуатируемая на гусе­ничном транспорте. Здесь вследствие «стука» гусениц частота вибраций может доходить до 7000 Гц с амплитудой ±0,025 мм. Кроме того, постоянно воздей­ствие акустического шума.

Рис. Возимая радиостанция Р-409

Требования к морским корабельным РЭС:

Рис.Комплекс РЭС в морском исполнении, установленных на тяжелом атомном ракетном крейсере «Петр Великий»

РЭС в морском исполнении устанавливаются на больших сравнительно тихоходных кораблях и малых быстроходных судах. Характерными усло­виями работы является наличие вибраций, ударных нагрузок и агрессивной (морской) атмосферы. Вибрация на судне вызывается работой винтов, гребного вала, двигателей и гидродинамическими силами при движении судна по неспокойному морю. Диапазон частот вибраций на кораблях обычно не превышает 25 Гц с небольшой амплитудой вибраций.

1. Высокая стойкость к ударным воздействиям (удары волн, стрельба (в случае, если РЭС обслуживают торпедное, артиллерийское или ракетное оружие корабля);

2. Высокая стойкость к линейным разнонаправленным ускорениям (качка корабля на волнах);

3. Высокая коррозионная стойкость РЭС т.к. работа протекает в условиях коррозионно-активной окружающей среды (морская вода, морской туман активизируют процессы химической и электрохимической коррозии);

4. Высокая плеснестойкость, т.к. влажная среда создает условия для роста плесени и грибков в первую очередь на органических материала РЭС (изоляция, заливочные материала и т.п.)

5. Высокая степень унификации конструций морских РЭС (конструкции должны обеспечивать возможность замены блоков на более современные с течением времени эксплуатации, а также облегчать возможность комплектования ремонтных баз запасными блоками с целью удешевления и упрощения ремонта);

6. Морские РЭС должны разрабатываться с учетом размера люков и проходов на корабле;

7. Обеспечивать высокую надежность работы в течение продолжительного времени (до года);

8. Высокая ремонтопригодность при минимальном наборе контрольно-измерительных средств, минимального числа персонала и отсутствия возможности (в течение длительного времени) захода на базу;

9. Требование исполнения конструкции РЭС в брызго и водозащищенном исполнении.

10.Конструкция морских РЭС должна соответствовать тропическому исполнению.

11.Морские РЭС должны быть защищены от сильных высокочастотных и низкочастотных электромагнитных полей (работа гидроакустических станций).

12.Высокая вибростойкость (работа механизмов и двигателей корабля).

Дополнительные требования к буйковым РЭС:

1. Обеспечение особой коррозионной стойкостью ввиду постоянного пребывания на или под поверхностью морской воды;

2. Высокая надежность ввиду продолжительного времени автономной работы;

3. Обеспечение защиты от наружного давления для погружных буйковых РЭС (наружное давление увеличивается на 1атм. на каждые 10м.).

4. Повышенные требования к ударостойкости, так как помимо воздействия волн, способ установки буйковых РЭС предусматривает их сбрасывание в море с корабля (вертолета, самолета).

5. Благоприятные условия по теплоотводу и обеспечению стабильного температурного режима (за счет окружающей корпус буйковых РЭС воды).

Разнообразие морских РЭС чрезвычайно велико это навигационные и радиолокационные станции, аппаратура связи, радиомаяки, эхолоты, эхоледомеры, гидроакустические станции и др. Разнообразие морских РЭС крайне затрудняет типизацию конструкций и снабжение запасными частями.

В наиболее благоприятных условиях на корабле находятся связные РЭС, так как они размещаются в радиорубке, где поддреживаются стабильные температурные условия и осуществляется непрерывная вентиляция воздуха. РЭС автоматики устанавливают в нежилых помещениях где условия эксплуатации значительно тяжелее. Для обеспечения защиты от электромагнитных помех применяют экранировку помещения где размещаются РЭС (радиорубка), если отдельные блоки РЭС необходимо электрически соеденить между собой, то соединение выполняют экранированным кабелем, причем броня кабеля заземляется через небольшие интервалы по всей длине.

К группе буйковых РЭС можно отнести подводные ретрансляторы, широко используемые при прокладке кабелей связи по морскому дну. Данные изделия характеризуются усиленными требованиями к герметичности исполнения, стойкостью к наружному давлению и требованию обеспечения бесперебойной работы ретранслятора так как стоимость его ремонта поле того как он будет уложен вместе с кабелем наморское дно чрезвычайно высока.

Рис.6 Размещение буйковых морских РЭС: 1) Корпус буя; 2) трос; 3) якорь.

На самолетах электронная аппаратура на­ходится, как правило, в фюзеляже и кабине. При этом на нее воздействуют вибраци­онные нагрузки частотой до 500 Гц с амплитудой до 10 мм и акустический шум, уровень которого достигает 150 дБ при частоте 50... 10000 Гц.

Рис. Самолетная РЭС, установленная в пилотской кабине.

Основные требования к самолетной РЭС:

1. Минимизация массо-габаритных параметров РЭС;

2. Обеспечение устойчивой работы РЭС в условиях высоко разреженной атмосферы (давление на высоте 25 км. Составляет 5мм.рт.ст.);

3. Устойчивость РЭС к ударам (при посадке, в воздушных «ямах»);

4. Устойчивость РЭС к значительным линейным ускорениям (изменение скоростного режима и маневрирование на высокой скорости);

5. Устойчивость РЭС к низкочастотным вибрациям (взлет и посадка);

6. Устойчивость РЭС к высокочастотным вибрациям (работа двигателя);

7. Обеспечение устойчивой работы РЭС в широком диапазоне рабочих температур (от -60°С до 150°С при работе вне герметизированного отсека);

8. Высокая ремонтопригодность (возможность быстрого предполетного тестирования и оперативной замены неисправных блоков запасными);

9. Высокая оперативность и простота эксплуатации РЭС и считывания информации операторами с индикаторов РЭС (в ходе полета пилот находится в ограниченном пространстве и не имеет возможности подолгу вглядываться в показания приборов или настраивать их);

10. Многоблочный вариант конструкции РЭС с разветвленной сетью связи между блоками, размещаемыми ввиду недостаточности места за обшивкой в переборках, фюзеляже, грузовых отсеках; на больших самолетах встречается стоечный вариант компоновки РЭС в специальном радиоотсеке.

11. Высокая надежность работы РЭС при малой длительности ее работы, (полет продолжается от десятков минут до максимум несколько десятков часов (при условии дозаправки в воздухе).

Характерной особенностью проектирования бортовой РЭС является требование минимизации ее массо-габаритных параметров. Это связано с общей задачей уменьшения собственной массы летательного аппарата так как чем меньше собственная масса летательного аппарата тем больший груз он может перевезти при прочих равных условиях. От этого напрямую зависит рентабельность эксплуатации и соответственно окупаемость авиатехники.

Следует отметить, что амплитуды и частоты вибраций определяются конструкцией самолета и могут варьроваться в достаточно широких пределах в зависимости от типа самолета (винтовой или реактивный, истребитель или пассажирский лайнер и т.д.).

Диапазон рабочих температур также во многом определяется конструкцией и назначением самолета. Для «кукурузника» разброс рабочих температур составляет от –40°С до +90°С, в то время как для высотного сверхзвукового самолета может составлять от –60°С на высотах 25 и более километров до 150°С при бреющем полете на высокой скорости.

Основные требования к вертолетным РЭС:

Требования к вертолетным бортовым РЭС в значительной степени аналогичны требованиям к самолетным бортовым РЭС с той спецификой, в целом более «мягкие» по сравнению с последними. Это связано с тем, что отсутствуют сильные разряжения и перепады температур ввиду сравнительно невысоких высот полета, уменьшены линейные ускорения ввиду более низких скоростей вертолета, однако к вибрации двигателя добавляются вибрации лопастей пропеллеров и в целом амплитуда вибраций от работы двигателя выше, чем в условиях самолета.

Рис. Авиационный передатчик «Полет»

Основные требования к ракетной РЭС:

1. Минимизация массо-габаритных параметров РЭС;

2. Устойчивость РЭС к ударам (при старте, погрузочно-разгрузочных работах, транспортировании);

3. Устойчивость к РЭС линейным ускорениям (набор скорости, изменение скоростного режима и маневрирование);

4. Устойчивость РЭС к низкочастотным вибрациям (в ходе транспортирования);

5. Устойчивость РЭС к высокочастотным вибрациям (работа двигателя и турбулентные потоки при движении в атмосфере);

6. Обеспечение устойчивой работы РЭС в широком диапазоне рабочих температур, обусловленных погодными условиями в месте старта с одной стороны и быстрым нагревом корпуса ракеты до температур нескольких сот градусов при полете в атмосфере с другой стороны;

7. Высокая ремонтопригодность (возможность быстрого предполетного тестирования и оперативной замены неисправных блоков запасными);

8. Необходимость резервирования узлов РЭС для обеспечения высокой надежности работы;

9. Цилиндричная форма печатных плат и несущих конструкций;

10. Высокая надежность работы РЭС при малой длительности ее работы и разовом использовании;

11. Обеспечение сохранности и надежного функционирования РЭС после периодов долгого хранения (порядка несольких лет).

Рис. Пример ракетных РЭС (навигационная установка).

По сравнению с самолетными бортовыми РЭС в ракетных РЭС ужесточены требования минимизации массо-габаритных параметров ввиду ужесточения требований по величине полезной нагрузки, предъявляемых к самой ракете. Помимо этого ужесточены требования по надежности (безотказности), ремонтопригодности. Ударные воздействия и величины линейных ускорений имеют большую величину вследствие значительно более резкого набора скорости при старте и высоких скоростей при маневрировании. Для конструкции ракетных РЭС характерна цилиндрическая форма печатных плат, причем платы набираются и стягиваются в монолитный пакет, помещаемый в герметичный блок, защищающий платы от механических воздействий. Между платами помещаются теплоотводящие пластины и эластичные изолирующие прокладки. В теплоотводящих пластинах и наружных крышках блока, в которые помещены платы с элементами протекает хладогент (фреон). Таким образом тепловой режим обеспечивается при помощи наиболее эффективной проточной жидкостной системой охлаждения. Герметичный блок в котором размещаются платы с элементами дополнительно обеспечивает защиту РЭС от колебаний температур и атмосферного давления.

Основные требования к космическим бортовым РЭС

На этапе старта и выхода на орбиту:

1. Минимизация массо-габаритных параметров РЭС;

2. Обеспечение устойчивой работы РЭС при быстром снижении атмосферного давления от нормального до условий вакуума;

3. Устойчивость РЭС к ударам (при старте и транспортировке);

4. Устойчивость РЭС к значительным линейным ускорениям (при старте и наборе скорости);

5. Устойчивость РЭС к низкочастотным вибрациям (при старте и наборе скорости);

6. Устойчивость РЭС к высокочастотным вибрациям (работа двигателя);

7. Обеспечение устойчивой работы РЭС в широком диапазоне рабочих температур окружающей среды (корпус ракеты нагревается от предстартовой температуры до нескольких сот градусов при разгоне через плотные слои атмосферы), а также чредование термоударов;

8. Высокая ремонтопригодность (возможность быстрого предполетного тестирования и оперативной замены неисправных блоков запасными) для космического корабля;

9. Высокая оперативность и простота эксплуатации РЭС и считывания информации операторами с индикаторов РЭС (в ходе полета пилот находится в ограниченном пространстве и не имеет возможности подолгу вглядываться в показания приборов или настраивать их);

10. Многоблочный вариант конструкции РЭС с разветвленной сетью связи между блоками, размещаемыми ввиду недостаточности места за обшивкой в переборках, фюзеляже, грузовых отсеках;

11. Высокая надежность работы РЭС, достигаемая многократным резервированием при большой продолжительности ее работы.

Дополнительные требования при работе космического корабля на орбите (вне герметизированного отсека):

1. Работа РЭС в условиях вакуума;

2. Работа РЭС в условиях циклического чередования температур;

3. Опасность воздействия радиации;

Дополнительные требования при работе спутника на орбите:

1. Высокая продолжительность работы;

2. Особовысокая надежность работы РЭС;

3. Отсутствие возможности обслуживания и ремонта РЭС;

4. Работа РЭС в условиях вакуума;

5. Работа РЭС в условиях циклического чередования температур;

6. Опасность воздействия радиации.

По сравнению с самолетными бортовыми РЭС в космическх РЭС ужесточены требования минимизации массо-габаритных параметров ввиду высокой стоимости вывода на орбиту полезного груза. Помимо этого ужесточены требования по надежности (безотказности), ремонтопригодности, так как успех космического полета полностью зависит от исправности РЭС. Ввиду этого, а также с ограниченностью ремонтной базы (а в случае автономного спутника с ее отсутствием) и требованием долговременной бесперебойной работы широко применяется резервирование (дублирование) РЭС. Резервирование аключается как автоматически так и экипажем (при его наличии).

Рис. Размещение космических РЭС

Портативные РЭС включают аппаратуру и специализированные вычислители, находящиеся в распоряже­нии обслуживающего персонала. Сюда же мож­но отнести и переносную радиоприемную и передающую аппаратуру.

Носимые РЭС размещаются на операторе или в руках оператора, должны работать во время движения оператора, все это диктует следующие требования носимым РЭС, определяемые спецификой их применения:

1. эргономичность (координация размеров с размерами туловища, ного, рук, пальцев и т.д., отсутствие острых углов и острых выступающих элементов и др.);

2. миниатюризация массо-габаритных параметров;

3. повышенная ударостойкость (падения из рук или падение вместе с оператором);

4. повышенная вибростойкость (ходьба, бег, прыжки оператора, путешествия оператора на различных видах транспорта и др.);

5. защита от разнонаправленных линейных ускорений (размахивание РЭС в руках, путешествие на транспорте и ускорения при дижении пешком);

6. Защита от электромагнитных помех;

7. защита от влаги (смена температур и конденсат при входе оператора в теплое помещение с мороза);

8. расширенный диапазон температур эксплуатации;

9. брызгозащищенность.

10. присутствие в конструкции РЭС (или в дополнительном комплекте к конструкции) элементов для крепления и фиксации РЭС на операторе.

В качестве примеров носимых РЭС можно привести сотовые телефоны, миниатюрные радипередатчики, навигаторы и т.д.