Эксплуатационные факторы

Эксплуатационные факторы определя­ются качеством и уровнем организации экс­плуатации аппаратуры (субъективные фак­торы), воздействием внешних условий, а также наработкой аппаратуры, временем хранения и цикличностью работы (объек­тивные факторы).

Субъективные эксплуатаци­онные факторы. Эти факторы связа­ны с действиями инженерно-технического персонала, эксплуатирующего аппаратуру, организацией работы, наличием условий для проведения профилактических (регламент­ных) и ремонтных работ, в том числе на­личием достаточного количества запасного имущества и принадлежностей (ЗИП). Так, например, высокие характеристики ремонто­пригодности позволяют в минимальные сроки проводить профилактические работы и в случае возникновения отказов и неис­правностей быстро их обнаруживать и уст­ранять. Недостаточная квалификация об­служивающего персонала, отсутствие не­обходимого количества ЗИП могут не по­зволить реализовать полностью показатели ремонтопригодности [21, 23, 32, 33]. Гру­бые нарушения инструкций по эксплуата­ции аппаратуры (нарушение порядка и пра­вил включения и выключения, несоблюде­ние установленных режимов работы, перио­дичности и объема планово-профилактиче­ских и регламентных работ и др.) приводят нередко к отказам и поломкам аппаратуры. Многое зависит и от качества, четкости и простоты инструкции по эксплуатации, че­му, к сожалению, не всегда уделяется должное внимание.

Объективные эксплуатационные факторы. Эти факторы связа­ны со специфическими условиями работы аппаратуры, а также с внешними фактора­ми, определяемыми воздействием на РЭА внешней среды.

Специфические условия работы аппара­туры (стационарная, подвижная, самолет­ная, судовая, ракетная, космическая РЭА) в значительной степени влияют на показа­тели надежности. На надежность РЭА мо­гут влиять расположенные вблизи техниче­ские устройства, например выделяющие большое количество тепла, что может при­вести к тяжелым температурным режимам РЭА.

Надежность РЭА зависит от внешних климатических факторов (температура и влажность воздуха, давление и т. д.), био­логических факторов (грибок, насекомые, грызуны и т. д.), радиационных факторов (воздействие ионизирующих излучений)и др.

Рассмотрим подробнее влияние на на­дежность некоторых основных специфиче­ских условий работы и внешних факторов.

Ударно-вибрационные нагрузки. Часто действие ударов и вибраций может прева­лировать над влиянием электрического и температурного режимов. Удары и вибра­ции сопровождают эксплуатацию любой транспортируемой аппаратуры, причем в за­висимости от условии транспортировки (ра­боты на носителе РЭА) ударно-вибрационные нагрузки могут быть самыми различ­ными по частотному диапазону и амплитудевибраций, по величине ускорении при уда­рах. Вследствие случайности вибраций, т. е. случайного наличия в спектре колебании составляющих с различными частотами, результирующее действие вибрации обычно оказывается более легким, чем действие од­ной гармонической составляющей.

В табл. 1-2-2.1 приведены основные ориен­тировочные характеристики ударно-вибрационного режима работы на различных транспортных средствах («носителях»).

Таблица 1-2-2.1

В результате знакопеременного дейст­вия ударно-вибрационных нагрузок происходит быстрое накопление признаков уста­лости племен гон с последующим, обычно внезапным, отказом. Под воздействием виб­раций и ударов возникают многочисленные механические повреждения элементов, осо­бенно таких, как ЭВП, реле, конденсаторы, ослабляется крепление деталей, нарушает­ся работа контактных групп реле, появля­ется переменный контакт в резьбовых сое­динениях, разрушаются пайки и др. Вслед­ствие вибраций и ударов параметр потока отказов самолетной РЭА примерно в 10

В этих условиях надежность РЭА в значительной степени зависит от качества амортизационных устройств, их характери­стик. Помимо применения аморти­зационных устройств защита аппаратуры от ударов и вибраций достигается выбором места се установки на транспортном сред­стве (носителе). Например, аппаратура, устанавливаемая в нижней носовой части реактивного самолета, имеет значительно более тяжелый ударно-вибрационный режим по сравнению с размещением ее в верхней средней части фюзеляжа.

Климатические воздействия. Вредное влияние климата проявляется главным об­разом за счет высокой или низкой темпе­ратуры воздуха и повышенной влажности. Температурные влияния сказываются тем сильнее, чембольше скорость изменения температуры и чем чаще эти изменения по­вторяются.

Низкая температура окружающей сре­ды вызывает разрушение изоляционных ма­териалов (пластмасс, резины) и компаун­дов, замерзание электролита в аккумулято­рах, загустевание смазок. При низкой тем­пературе в герметизированных элементах возникает внутреннее разрежение, в герме­тизированных конденсаторах тина КБГ происходит усадка пропиточного материа­ла, приводящая к пробоям. При темпера­туре -60^oС емкость таких конденсаторов падает на 12-15%.

При температуре -40°С и ниже силь­но уменьшается емкость электролитических конденсаторов, могут не возбуждаться ко­лебания в кварцевых резонаторах. Кроме того, могут возникать нарушения работо­способности электромеханических и механи­ческих изделий: штепсельных разъемов, пе­реключателей, потенциометров, реле, приво­дов антенн из-за существенного различия в значениях коэффициентов объемного рас­ширения разнородных материалов и загустевания смазок.

При низких температурах сопротивле­ние резисторов (угольных и композицион­ных) возрастает до 20% (при температуре -65° С). Сохраняют при этом свои пара­метры остеклованные константановые рези­сторы.

Высокая температура воздуха ухудша­ет теплоотвод от энерговыделяющих эле­ментов, которые могут испытывать перегре­вы; возможны разрушения органическихматериалов.

Наиболее чувствительны к действию высоких температур германиевые ППП: при температуре выше +70°С их параметры изменяются значительно, а при температуре выше +100° С эти приборы полностью те­ряют свою работоспособность. До темпера­туры +300° С способны работать лишь ППП на основе арсенида галлия и алма­за [14].

Резкие колебания температуры способ­ствуют появлению трещин и ослаблению механических соединений. При колебаниях температуры в условиях влажного воздуха на узлах аппаратуры конденсируется вла­га, что создает благоприятные условия для образования электрических пробоев. Повышенная влажность воздуха (более 70%) является одним из серьезных факторов, сни­жающих надежность РЭА. При этом ухуд­шается и без того тяжелый тепловой ре­жим ряда узлов. Обладая большой проникающей способностью, вода заполняет меж- структурные каналы элементов, в результате чего проводимость диэлектриков повышает­ся до проводимости воды. Происходят утечки и замыкания в соединительных ка­белях, высокочастотных разъемах.

Негерметизированные конденсаторы из­меняют свои характеристики из-за диффу­зии влаги через пластмассу и выводы. По­вышенная влажность является одной из основных причин отказов негерметизированных трансформаторов и дросселей. Необра­тимые изменения сопротивления высокоом­ных резисторов типа ВС и МЛТ происхо­дят при систематическом увлажнении лако­вого покрытия.

Большинство изделий электронной тех­ники и электротехники (резисторы, конден­саторы, негерметизированные реле, катуш­ки индуктивности и др.) отказывают, если масса поглощенной воды более 0,1-0,2% массы изделий. Кварцевые резонаторы от­казывают в случае, когда количество паров внутри герметичного корпуса оказывается большим 0,004% объема корпуса.

В районах с систематическим наличием повышенной влажности РЭА быстро разру­шается вследствие коррозийных явлений.

Биологические факторы. Среди биоло­гических факторов наибольшее значение имеет действие грибка (плесени), насеко­мых и грызунов. Грибковая плесень возни­кает при наличии питательной среды, теп­ла и недостаточной циркуляции воздуха. Особенно благоприятные условия для об­разования плесени имеются в тропических и субтропических районах (комбинация вы­сокой влажности и высоких температур). Наиболее подвержены действию плесени пластмассы на целлюлозной основе. Пле­сень появляется также на неорганических изоляционных материалах, металле и стек­ле. Грибок способствует коррозии, разруша­ет контактные соединения. Для борьбы с плесенью применяют специальные лаки.

Неисправности, вызванные насекомыми в областях с умеренным климатом, встре­чаются сравнительно редко. Однако в райо­нах с жарким климатом насекомые очень опасны. Они поселяются в разъемах, нару­шая контакты; некоторые насекомые объ­едают изоляцию. Особенно опасны термиты.

Влияние циклического режима работы. Циклическим считается режим работы, свя­занный со сравнительно частыми включе­ниями и выключениями аппаратуры. При каждом включении и выключении возника­ют переходные токи и напряжения, вели­чины которых обычно намного превышают, хотя и кратковременно, допустимые по ТУ; коэффициент электрической нагрузки при этом становится больше единицы. В рядеслучаев значения интенсивности отказов элементов в переходном режиме работы возрастают до двух и более порядков по сравнению с установившимся режимом [27].

Замечено, что наиболее часто отказы возникают в первые минуты работы аппа­ратуры, причем число отказов в этом про­межутке времени растет с увеличением час­тоты циклов.

На рис. 1-2-2.3 представлен график зави­симости параметра потока отказов аппара­туры от числа циклов работы в единицу

Рис. 1-2-2.3. Зависимость надежности от циклично­сти работы РЭЛ. (˄ц—параметр потока отказовв циклическом режиме. ˄н—параметр потокаотказов в непрерывном режиме, f— число вклю­чений за 1 ч работы).

времени. Для аппаратуры, работающей при большой частоте включений и выключений, безотказность может быть в несколько де­сятков раз ниже надежности аппаратуры, работающей квазинепрерывно.

Влияние факторов космического прост­ранства. В связи с освоением околоземного и межпланетного космического простран­ства, созданием различного рода автомати­ческих и пилотируемых космических лета­тельных аппаратов (КА) при анализе рабо­тоспособности и расчете надежности их бортовой аппаратуры наряду с другими следует учитывать новые факторы, воздей­ствию которых обычно не подвергается на­земная, корабельная, авиационная и даже ракетная аппаратура. К таким факторам необходимо отмести воздействие глубокого вакуума, высоких и сверхнизких темпера­тур, микрометеоритных потоков и косми­ческой радиации (космических ионизирую­щих излучений).

Глубокий вакуум. Глубокий ва­куум наблюдается уже на высотах поряд­ка 100 км [14] и определяется давлением около Ю^-4 мм рт.ст. С увеличением высо­ты давление среды непрерывно понижается и на высоте порядка 2000 км падает до 10^-13 мм рт.ст. Однако вблизи космического летательного аппарата всегда существу­ет «локальная атмосфера» и только при очень длительном космическом полете у внешней поверхности аппарата давление может достигнуть (на значительных удалениях от Земли) величин, меньших 10^-6 мм рт. с г.

Глубокий вакуум может воздействовать на антенные устройства, изоляторы, про­водники, оптические элементы РЭА, расположеннше на внешней поверхности косми­ческого объекта, а также на те узлы и блоки РЭА, которые расположены в негерметизированных приборных отсеках. Спе­цифические воздействия глубокого вакуума на элементы РЭА связаны:

с сублимацией (переходом вещества из твердой фазы в газообразную, минуя жид­кую фазу) металлических и неметалличе­ских элементов; испарением смазочных ма­териалов;

с ухудшением трения, поскольку в ва­кууме улетучиваются поверхностные газо­вые пленки материалов и исчезают оксид­ные пленки, защищающие поверхность ма­териалов. При очень глубоком вакууме данное явление может привести даже к схватыванию (свариванию) контактирую­щих материалов;

с изменением значений электропровод­ности. Так, на поверхности диэлектриков могут накапливаться электрические заряды, появляются поверхностные токи утечки. В результате газовыделения с поверхности элементов (при длительном пребывании в космосе) изменяются значения объемной теплопроводности;

с ухудшением теплопередачи, посколь­ку в вакууме отсутствуют конвективный теплообмен и теплопроводность среды (при вакууме ниже 10^-4 мм рт. ст.). Теплопере­дача в вакууме осуществляется только пу­тем излучения и кондуктивного тепло­отвода через хорошие тепловые кон­такты.

Для элементов РЭА, расположенных в негерметизированных отсеках и не имею­щих трущихся деталей, глубокий вакуум оказывает влияние на работоспособность в основном вследствие ухудшения теплообме­на, что и должно учитываться при анали­зе надежности узлов РЭА космических объектов. Другие воздействия глубокого вакуу­ма важны для элементов, имеющих тру­щиеся детали и быстро сублимирующие ве­щества.

Высокие и сверхнизкие тем­пературы. Аппаратура, установленная на космических объектах, подвергается не­посредственно (для элементов, расположен­ных на внешней поверхности) или косвен­но (для элементов, расположенных в при­борных отсеках) действию тепловых пото­ков. Эти потоки вызываются: прямымизлучением Солнца, собственным излучени­ем Земли (для ИC3) или планет, отражен­ным от Земли (планет) солнечным излуче­нием, т. е. альбедо Земли (планет), под ко­торым понимают отношение отраженной энергии ко всём падающей энергии. Данные излучения влияют на тепловой режим рабо­ты узлов и блоков РЭА, особенно тех, ко­торые расположены на наружной поверхно­сти космического объекта.

Суммарная интенсивность прямого сол­нечного излучения составляет в околозем­ном космическом пространстве около 1400 Вт/м², альбедо Земли — 550 Вт/м². Собственное излучение Земли меняется в зависимости от характера земной поверхно­сти (океан, пустыни, горы и т.д.) и в сред­нем принимается равным 210 Вт/м². Теп­ловой режим космической аппаратуры, а следовательно, и бортовой аппаратуры зависит от многих факторов, характеризу­ющих поглощаемую и излучаемую тепло­вую энергию: конфигурации космического объекта, параметров орбиты; коэффициента поглощения, удельной теплоемкости и сте­пени черноты оболочек объекта; энерговыделения бортовой аппаратуры и др.

Металлические элементы (например, антенны), хорошо поглощающие в видимой части солнечного спектра, могут в космиче­ском полете разогреваться до достаточно высокой температуры, в связи с чем иног­да применяют специальные покрытия (стек­ла, краски), имеющие малые значения ко­эффициента поглощения в видимой части спектра и большие—в инфракрасной.

Кроме оптических свойств, температу­ра поверхности наружных элементов кос­мического объекта определяется качеством обработки поверхности, причем у шерохова­тых поверхностей коэффициент поглощения значительно больше, чем у гладких (поли­рованных) поверхностей.

Дата добавления: 2014-08-09; просмотров: 819; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!