 |
Факторы, влияющие на конструкцию РЭС
|
|
|
|
Конструкция РЭС зависит от назначения (рисунок 29), которое определяет ее основные параметры и предъявляемые к ней требования. Так, при конструировании бытовых РЭС важно обеспечить высокие эстетические показатели, минимальную стоимость, удобство и простоту эксплуатации. Для профессиональных РЭС более существенными являются технические параметры; надежность, габаритные размеры и масса, удобство эксплуатации и ремонта. При этом вопросы стоимости и эстетики могут не иметь первостепенного значения, особенно для РЭС, не предназначенных для серийного и массового производства.
Необходимо проследить влияние всех основных факторов (назначения, радиотехнической системы, схемотехники, объекта установки, технологии, человека-оператора) на конструкцию РЭС.
Рисунок 29– Факторы, влияющие на конструкцию РЭС
Необходимо дать анализ влияния внешних воздействующих факторов (ВВФ) на РЭС (конструкцию РЭС в целом, несущие элементы и элементы крепления, электрорадиоэлементы, материалы конструкции), а именно рассмотреть влияние температуры, влажности, атмосферных осадков (дождя, снега, града, тумана), пыли, песка, солнечной и космической радиации, вибрации, ударов, линейного ускорения, невесомости, биологических факторов.
На конструкцию значительное влияние оказывает радиотехническая система (РТС), определяющая принцип действия, общую сложность аппаратуры, требования к надежности, помехоустойчивости и стабильности.
Для конструктора важной особенностью в аппаратуре, использующей цифровые принципы, является значительное увеличение количества элементов по сравнению с аппаратурой аналогового принципа действия, выполняющей те же функции. Если одновременно с переходом на цифровые принципы происходит переход на методы конструирования, основанные на использовании микросхем, то это не вызывает увеличения массы и объема РЭС и обычно сопровождается существенным выигрышем в этом отношении. Поэтому одним из основных направлений в конструировании должно быть использование микросхем в сочетании с цифровым принципом действия значительной части аппаратуры. Он определяет как элементную базу, так и особенности конструкторских решений.
|
|
|
РТС задает диапазон частот, на которых работает аппаратура, что определяет выбор элементной базы и конструкторские решения, обеспечивающие электромагнитную совместимость (ЭМС).
Мощность, потребляемая аппаратурой, также оказывает влияние на выбор элементной базы, определяет способы и систему обеспечения теплового режима и, следовательно, конструкторское решение РЭС.
Конструкция зависит от объекта, на котором размещается аппаратура (рисунок 30).
Рисунок 30 – Структурная схема взаимосвязей бортового устройства
летательного аппарата с внешним окружением
Объект установки определяет границы общих климатических условий работы аппаратуры, особенности микроклимата, характерного для этого объекта, механические воздействия, требования к массе, габаритам, форме, разделению РЭА на части, требования к размещению, управлению, контролю, доступу для ремонта.
К климатическим факторам, влияющим на конструкцию РЭС, относятся: температура, влажность, давление, осадки (роса, снег, иней, дождь), ветер, солнечная радиация, пыль, песок. Сюда также относят и биологические факторы: микроорганизмы (грибки, плесень), насекомые, грызуны.
Влияние на конструкцию РЭС климатических факторов
Объекта установки
Рассмотрим влияние климатических факторов на электроизоляционные и металлические материалы, элементы конструкций РЭС, параметры электрорадиоэлементов (ЭРЭ).
|
|
|
Повышенная температура приводит к изменению физико-механических и электрических свойств изоляционных материалов, уменьшает вязкость пропиточных масел и смазок, размягчает твердые изоляционные и связующие материалы, пропиточные и заливочные компоненты вытекают. Нарушается механическая прочность деталей из органических пластмасс (оргстекло, винипласт, полиэтилен), они деформируются под действием собственного веса и внешних усилий.
В диэлектриках, как правило, растет тангенс угла диэлектрических потерь (tg δ), падают удельные поверхностное и объемное сопротивления изоляции (R изол), снижается электрическая прочность, что ведет к возрастанию опасности пробоя.
С повышением температуры изменяется сопротивление металлов и сплавов, что приводит к изменению режимов работы электрических цепей. Материалы имеют различные температурные коэффициенты линейного расширения (ТКЛР). Так, у изоляционных материалов ТКЛР изменяется от 0,5∙10-6 1/°С для кварца до 180∙10-6 1/°С для полиэтилена, у металлов и сплавов – от 0,9∙10-6 1/°С для инвара до 39∙10-6 1/°С для цинка. Следовательно, с повышением температуры возможно изменение размеров, ослабление крепления деталей и узлов, деформация элементов конструкции, если не учтены различия ТКЛР сопрягаемых деталей.
Повышенная температура вызывает изменение посадочных мест и установочных размеров, заклинивание, ослабление креплений деталей и узлов, деформацию при сопряжение пластмасс и металлических деталей с разными ТКЛР.
С повышением температуры у полупроводниковых приборов изменяются электрические параметры, в частности входные и выходные сопротивления, что приводит к изменению режима работы устройства.
Конденсаторы всех типов меняют емкость вместе с тем изменяются электрическая прочность, диэлектрические потери, сопротивление изоляции. Изменение емкости с повышением температуры определяется величиной температурного коэффициента емкости (ТКЕ). У керамических конденсаторов, например, ТКЕ разделен на 16 классов от +120∙10-6 до –3300∙10-6 1/°С.
Резисторы с изменением температуры меняют величину сопротивления (R), что характеризуется величиной температурного коэффициента сопротивления (ТКС), который изменяется в зависимости от номинала – чем большее R, тем больший ТКС/
|
|
|
С повышением температуры изменяется индуктивность и собственная емкость катушек индуктивности, что ведет к изменению резонансной частоты контура.
Длительное воздействие повышенной температуры приводит к ускоренному старению материалов. Это сопровождается усадкой, снижением прочности, образованием трещин, деформацией, разрушением.
Старение электроизоляционных материалов при повышении температуры на 10 °С выше предельной сокращает их срок службы в 1,5... 2 раза.
Пониженная температура, как правило, приводит к снижению эластичности, повышению хрупкости, растрескиванию и разрушению пластмасс и резины. Смазка загустевает, что ухудшает работу подвижных соединений.
Перепады температур ускоряют процесс образования трещин, зазоров, вызывают заклинивание подвижных соединений, хрупкие детали растрескиваются; эластичные меняют форму.
Повышенная влажность приводит к коррозии металлов, особенно опасно воздействие влаги при повышенной температуре. При использовании материалов с различными величинами электрохимического потенциала процесс коррозии ускоряется. Материалы органического происхождения (бумага, картон, текстолит, гетинакс) при увлажнении набухают, в результате чего падает удельное объемное сопротивление, растут диэлектрические потери. Стекло, керамика, слюда, кварц, полистирол, полиэтилен адсорбируют влагу на поверхности, что приводит к образованию водяных пленок и снижению поверхностного сопротивления изоляции.
Вода при температуре 100 °С, проникнув в поры материала, испаряется и вызывает его разрушение за счет увеличения объема при испарении. Лакокрасочные покрытия наиболее подвержены такому виду разрушения.
Вода при температуре ниже 0 °С замерзает и также вызывает разрушение покрытий.
Вода обладает малой вязкостью и значительной проникающей способностью. Она заполняет трещины, каналы, структурные пустоты диэлектриков. Следовательно, появляются проводящие мостики в структуре, например, печатной платы.
|
|
|
При воздействии влаги на негерметизированные конденсаторы снижается сопротивление изоляции, электрическая прочность, увеличивается емкость и тангенс угла диэлектрических потерь.
У герметизированных конденсаторов воздействие повышенной влажности приводит к понижению сопротивления поверхностной изоляции, и конденсации влаги на поверхности.
Влага действует на обкладки конденсаторов, снижая коррозийную стойкость, повышая потери в поверхностном слое металла в контактных соединениях.
В катушках индуктивности при воздействии влаги возрастают диэлектрические потери, паразитная емкость, снижается добротность.
У резисторов повышается сопротивление, в переменных резисторахвозникает окисление подвижных контактов, что снижает их надежность.
В переключателях под действием влаги растут диэлектрические потери, уменьшаются переходные сопротивления контактов. У монтажных проводов снижаются электрическая прочность и сопротивление изоляции, увеличиваются паразитные емкости монтажа и токи утечки.
Дождь в промышленных районах всегда загрязнен активными элементами – серой, углекислым газом, кислотами, что ускоряет процесс коррозии металлов и разрушение электроизоляционных материалов. Особенно быстро разрушаются материалы во влажном морском климате.
Иней, обледенение также могут оказывать нежелательные воздействия на внешние элементы РЭА, например на антенно-фидерные устройства, вызывать уменьшение излучаемой мощности, ухудшение условий приема сигналов, поломки элементов конструкции.
Снежная пыль обладает высокой проникающей способностью, усиливает коррозию металлов и ускоряет процесс разрушения материалов.
Уменьшение атмосферного давления (на каждые 10 м подъема давление снижается на 133,32 Па) приводит к ухудшению условий отвода тепла от элементов аппаратуры, снижению электрической прочности воздуха. Из-за разности давлений возможна деформация кожуха герметичных РЭС.
Пыль обладает большой проникающей способностью. Попадая в зазоры, она вызывает ускоренный износ трущихся поверхностей контактных устройств. Осаждаясь на поверхности, она вызывает уменьшение сопротивления изоляции, приводит к образованию токопроводящих мостиков.
Солнечная радиация является фактором, также отрицательно влияющим на аппаратуру. Длинноволновая часть спектра солнечных лучей (инфракрасная и красная) вызывает тепловой эффект, коротковолновая (ультрафиолетовая и фиолетовая) – фотохимическое действие, которое приводит к разрушению материалов органического происхождения (распаду резины, каучука, целлюлозы), особенно лакокрасочных покрытий. Солнечная радиация ускоряет коррозию металлов и сплавов.
|
|
|
К биологическим факторам, влияющим на РЭС, прежде всего относится плесень. Она на 90 % состоит из воды, способна ее поглощать и покрывать поверхности водяной пленкой. Плесень разрушает натуральные волокнистые материалы (хлопок, бумагу), ухудшает электрические и физико-механические свойства пластмасс с органическими наполнителями, поражает стекло (оптические призмы, линзы). Плесень хорошо размножается на металле при наличии пыли и жировых пятен. Остатки канифоли – среда для ее размножения. Плесень снижает сопротивление изоляции, электрическую прочность, ускоряет коррозию металлов, разрушает защитные покрытия, контакты; вызывает замыкание и пробои.
Насекомые (термиты, муравьи) съедают органические материалы, пластмассы с органическими наполнителями. Термиты повреждают кабели.
|
|
|
