Введение

В настоящее время сложно найти область деятельности человека в которой не использовались бы космические технологии. Развитие космической техники произошло благодаря многим отраслям науки и техники, использованию практически всех достижений научно-технического прогресса, значительным затратам материальных, финансовых, временных и людских ресурсов.

Для подготовки ракет-носителей к пуску требуется развитая наземная инфраструктура, обеспечивающая решение всех задач эксплуатации объектов космической техники.

Работы по завершению создания ракеты космического назначения выполняются специальной технической структурой – техническим комплексом, который является совокупностью технических средств ракетно-космического комплекса, размещенных на специально оборудованной в инженерном отношении позиции. На территории технического комплекса организуются и выполняются необходимые сборочные работы, а также предстартовые испытания, т.е. проверки всех агрегатов и систем ракеты перед ее транспортировкой на стартовый комплекс.

Цель испытаний, с метрологической точки зрения, заключается в нахождении посредством измерения истинного значения контролируемого параметра и оценивании степени доверия к нему.

Объём испытаний и трудоёмкость их проведения вследствие расширения функциональных возможностей электронных средств приводит к необходимости автоматизации испытательных и контрольно-измерительных операций путём широкого внедрения средств вычислительной техники.

Автоматизация испытаний осуществляется по двум основным направлениям.

Первое характерно для массовых видов изделий и испытаний и связано с созданием специализированных машин, комплектов для контроля качества и статистической оценки свойств материалов по стандартизированным методикам, обеспечивающим автоматическое управление режимами испытаний, централизованный сбор информации в многоточечных системах и обработку однотипных результатов испытаний.

Второе характерно при проведении многофакторных испытаний по программам, которые могут изменяться или совершенствоваться в процессе испытаний, для чего необходимо универсальное оборудование с мобильной структурой, легко приспосабливаемой для решения различных задач.

Автоматизация испытаний дает возможность:

− повысить эффективность разработок объектов испытаний и уменьшить затраты на их обработку;

− получить качественно новые результаты, достижение которых принципиально невозможно без использования автоматизированных систем исследований;

− повысить оперативность в получении, обработке и использовании информации о качестве и надежности изделий.

Целью курсовой работы является оценка и анализ показателей ЛА при проведений комбинированных испытаний. В ходе выполнения курсовой работы решаются следующие задачи:

- описание объекта испытаний и его характеристик;

- статистические оценки результатов испытаний;

- формирование выборок, отражающих полученные для объекта испытаний значения результатов испытаний;

- построение графиков динамики показателей по полученным данным;

- вычисление показателей итоговой статистики по полученным данным;

- определение объема необходимых испытаний при заданном допустимом отклонении и доверительной вероятности;

- проверка гипотез о равноточности нескольких рядов испытаний, сравнения нескольких средних значений, нормальности результатов испытаний по совокупности малых выборок, значимости аномальных результатов;

- построение уравнений регрессии линейного и неполноквадратичного вида и оценка значимости коэффициентов и достоверности построенных моделей.

1 Описание объекта испытаний и его характеристик

Комбинированные испытания - испытания, при которых на образец воздействуют два или более внешних фактора одновременно.

 Испытания с одновременным воздействием температуры и влажсти; температуры, влажности испециальной (в том числе агрессной) среды; температуртуры и солнечного излучения не относят ккомбинированным.

Комбинированные испытания, как правило, применяют для совмещения воздействия климатических внешних воздействующих факторов с механическими.

1.1 Условия испытаний на комбинированное воздействие внешних факторов и применяемое испытательное оборудование

В условиях реальной эксплуатации, хранения и транспортирования изделия подвергаются одновременному воздействию ряда внешних факторов, что требует осуществления комбинированных испытаний. Комбинированные испытания могут быть механическими, климати­ческими, механоклиматическими и другие.

К комбинированным механическим испытаниям относятся испыта­ния на совместное воздействие линейного ускорения и вибрации, требующие создания испытательного оборудования, объединяющего вибростенд с центрифугой. Возможны два варианта: установка цент­рифуги на стол вибростенда или вибростенда на стол центрифуги.

При размещении центрифуги на столе вибростенда 1 (рисунок 1.1) для получения определенного суммарного ускорения необходима ка­чественная балансировка изделия 4 и противовеса 2. Ответственны­ми элементами конструкции являются упорный подшипник 5 и кол­лектор токосъемника, являющийся продолжением приводного вала 3 и обеспечивающий подведение и съем сигналов с испытуемого изде­лия. Подобная установка позволяет получить вибрации с ускорением до 25g в диапазоне частот 25—2000 Гц, действующие перпендикуляр­но к направлению действия линейного ускорения до 15g.

Рисунок 1.1 - Центрифуга на столе вибростенда

При размещении электродинамического вибростенда на столе 2 центрифуги с гидравлическим приводом 1 (рисунок 1.2) важным требо­ванием, предъявляемым к такой установке, является обеспечение статической и динамической балансировок стола центрифуги. Для этого на противоположных концах стола размещают два идентичных вибростенда 3. Питание к вибростендам подводится с помощью кол­лектора токосъемника 7 с контактными кольцами из серебряного сплава. Подача гидравлической жидкости к гидроприводу вращаю­щейся центрифуги осуществляется через шарнирные соединения 8. Испытания можно проводить при линейных ускорениях и вибрациях, действующих по оси, нормальной к направлению линейного ус­корения.

Рисунок1.2 - Вибростенд на столе центрифуги

Иногда возникает необходимость испытаний на воздействие виб­рации, действующей в других направлениях, но при этом не допус­каются вибрации по оси, касательной (тангенциальной) к направле­нию вращения стола, из-за возникновения деформации кручения, действующей на стол центрифуги. В данном случае необходимо под­вижную катушку вибростенда удерживать в центрированном положении в магнитном поле при расположении оси вибрации в одной плоско­сти с направлением линейного ускорения. Для этого при нормальных гравитационных нагрузках используется пневматическая пружина, же­стко связанная с подвижной системой. Предотвращение приложе­ния моментных нагрузок на стол центрифуги случайным образом по отношению к приложению постоянно направленных перегрузок обес­печивается специальным зажимом 4 для стягивания вибрационных стендов в местах, соответствующих центру тяжести. В конструкции стяжного приспособления 6 предусмотрена также возможность пред­варительного механического напряжения стола центрифуги, для кон­троля которого используется тензометрический датчик 5. Для одно­временного воздействия механических и температурных факторов испытуемое изделие 10обертывается изоляционным материалом, про­питанным согревающей или охлаждающей жидкостью. Уровень виб­ронагружения фиксируется вибропреобразователем 9.

К комбинированным климатическим испытаниям можно отнести составное циклическое испытание на воздействие температуры и влаж­ности. Эти испытания проводят для выявления отказов, которые вызываются явлением, иногда называемым «дыханием». Ему под­вержены изделия относительно больших габаритных размеров, име­ющие зазоры между уплотнениями и металлическими конструкциями или между уплотнениями и проволочными выводами. Наличие зазо­ров приводит к проникновению в них влаги (воды), которая, замер­зая при пониженной температуре, вызывает их увеличение. Этим испытаниям должны подвергаться, в частности, изделия, имеющие полости, которые образуются при опрессовке пластмассой.

Для реализации указанных испытаний используют термовлаго ка­меры, которые должны обеспечивать выполнение следующих усло­вий:

• повышение температуры от —10±2 до +25±2°С за время не более 90 мин. и от 25±2 до 65±2°С за время 1,5—2,5 ч;

• понижение температуры от 25±2 до — 10±2°С за время, не более 30 мин. и поддержание температуры — 10±2°С в течение 3 ч;

• поддержание относительной влажности 93±3% при постоянной температуре и 80—96% во время пониженной температуры.

Термовлагокамеры построены на тех же принципах, что и каме­ры тепла и влаги. Возможно построение термовлагокамер с нагревом за счет циркуляции воздуха, нагретого косвенным способом в тепло­обменнике, и увлажнения инжекционным способом — барботированием (рисунок 1.3), а также с косвенным нагревом нагревателями за рубашкой камеры и увлажнением, аналогичным указанному выше (рисунок 1.4).

Рисунок 1.3 - Термовлагокамера с косвенными термостатированием и увлажнением за счет барботирования

1- термодатчик регулировки температуры; 2- вентилятор; 3-регулятор температуры; 4- осушитель; 5 – теплообменник; 6,11 – холодильная установка; 7 – испаритель холодной установки; 8 – воздушный насос; 9 – воздушный фильтр; 10 – измеритель количество воздуха; 12 – термостат термоносителя; 13 – канал циркуляции воздуха; 14 – насос термоносителя; 15 – электронагреватель.

1.2 Комбинированно-последовательные испытания на воздействие холода

Комбинированно-последовательное испытание на воздействие хо­лода, пониженного атмосферного давления и влажного тепла имити­рует условия, возникающие в неотапливаемых и негерметизированных зонах летательных аппаратов. Поскольку с увеличением высоты температура и давление убывают, то при подъеме летательного аппа­рата происходит интенсивное охлаждение всех изделий, находящихся в некомфортных зонах. При спуске во влажную атмосферу давление и температура повышаются и изделие покрывается инеем. Образовавшаяся при оттаивании инея влага или вода проникает внутрь изде­лия, чему способствует разность давлений. Оставшаяся в изделии вода при соответствующих условиях превращается в лед. Если испы­туемое изделие имеет движущиеся части, то вследствие образования льда перемещение их может быть нарушено. Поэтому в испытатель­ной камере должны быть предусмотрены средства контроля за этими перемещениями. Следовательно, в процессе испытаний необходимо сначала воспроизвести воздействие холода и пониженного атмосфер­ного давления не ниже 1 кПа, а затем воздействие повышенных влаж­ности и давления.

Рисунок 1.4 - Термовлагокамера с косвенным термостатированием, нагревате­лями в зарубашечном пространстве камеры и увлажнением за счет барботирования

1 — вентилятор; 2 — нагреватель; 3 — осушитель; 4 — холодильная установка; 5 — увлажнитель; 6 — воздушный фильтр; 7 — измеритель коли­чества воздуха; 8 — воздушный насос; 9 — термостат термоносителя; 10 — насос термоносителя.

Для проведения указанных испытаний необходимо иметь термо- влагобарокамеру, позволяющую соответственно воспроизводить ис­пытательные режимы, предусмотренные при испытаниях на воздей­ствие пониженной (повышенной) температуры и пониженного атмосферного давления, а также относительной влажности более 95%.

Увлажнение осуществляется подачей водяного пара в рабочий объем камеры. Кроме того, камера должна иметь нагревательные прибо­ры, позволяющие нагревать ее до 35°С за период времени, не превы­шающий 1 ч.

1.3 Комбинированные механоклиматические испытания

Комбинированные механоклиматические испытания предусматри­вают совместное воздействие вибрации и тепловлажностного факто­ра. Получили распространение комбинированные испытания на воз­действие сухого тепла или холода и синусоидальной вибрации. Испытаниям могут подвергаться тепловыделяющие и нетепловыделяю­щие изделия. Комбинированное воздействие повышенной темпера­туры и вибрации иногда приводит к повышению температуры сопря­женных поверхностей за счет трения, вызываемого вибрацией, что в свою очередь ухудшает некоторые механические свойства изделия.

Комбинированное воздействие вибрации, повышенных темпера­тур и влажности приводит к росту интенсивности отказов вследствие попадания влаги внутрь вакуумированных объемов (например, в элек­тровакуумных приборах), вызывая последующее снижение герметич­ности уплотнительных частей. Кроме того, оно обусловливает уско­рение процессов коррозии, ухудшающих качество заземления и повреждающих защитные покрытия, что приводит в ряде случаев к электрическим отказам. Комбинированное воздействие пониженной температуры и вибрации может вызвать изменение свойств у многих материалов. Будучи гибкими и эластичными в нормальных услови­ях, они под действием холода становятся хрупкими и жесткими, что изменяет их реакцию на воздействие вибрации.

Для реализации, комбинированных механоклиматических испыта­ний необходимо специальное оборудование, позволяющее воспроиз­водить воздействие климатических факторов и вибрации. С этой целью в едином комплексе совмещают климатическую камеру и вибростенд, к которому предъявляются следующие основные требования:

• герметичность уплотнения между камерой и подвижными час­тями вибростенда, что обеспечивает паронепроницаемость, а следовательно, исключает изменение температуры и возник­новение конденсации влаги;

• вакуумонепроницаемость при работе камеры в режиме пони­женного атмосферного давления;

• отсутствие механической связи вибростенда через уплотнение с камерой, что исключает, с одной стороны, передачу колеба­ний вибростенда на камеру, а с другой — изменение характера нагрузки вибростенда и соответствующее изменение частот и амплитуд вибрации;

• тепловая изоляция камеры, исключающая теплообмен через уп­лотнение и обеспечивающая постоянство температуры в камере.

При соединении камеры с вибростендом надо учитывать, что камеры имеют относительно большую толщину изоляции стенок (100— 150 мм), а это приводит к необходимости иметь в ряде случаев доста­точно длинный плунжер (более 170 мм), что дает возможность раз­мещать стол вибростенда в камере так, чтобы его верхняя кромка не опускалась ниже уровня пола камеры. Имеется ряд конструктивных решений относительно совместной работы испытательной камеры с вибростендом: например, соединение жестко установленного вибро­стенда без плунжера с перемещаемой в вертикальной плоскости ка­мерой и в горизонтальной плоскости агрегатной частью (на специ­альных роликах) (рисунок 1.5 а); жестко установленные камера и агрегатная часть и перемещаемый на роликах вибростенд с демонти­руемым плунжером (рисунок 1.5 б). Для испытаний изделий больших габаритных размеров и массы может использоваться специальная каме­ра, имеющая гидравлическое устройство, обеспечивающее ее подъем над неподвижно установленным вибростендом (рисунок 1.5 в).

Рисунок 1.5 – Возможные конструкции комбинированных камер испытаний на климатические и вибрационные воздействия

а – неподвижный вибростенд и перемещаемая в вертикальной плоскости камера; б – перемещаемый вибростенд и неподвижная камера; в – неподвижный вибростенд и поднимаемая камера; 1 – вибростенд; 2 – стол вибростенда; 3 – климатическая камера; 4 – ролики для перемещения агрегатной части; 5 – агрегатная часть; 6 – ролики для перемещения камеры или вибростенда; 7 – демонтируемый плунжир вибростенда; 8 – гидравлическое устройство(подъемник); 9 – воздушные каналы, соединяющие агрегатную часть с камерой.

1.4 Методы проведения комбинированных испытаний

Разработка методов комбинированных испытаний основывается на знании условий реальной эксплуатации, когда изделие одновремен­но подвергается воздействию нескольких внешних факторов. При этом очевидно, что разработка таких методов должна базироваться на ис­пользовании определенного испытательного оборудования. Хотя выше была обоснована целесообразность комбинированных механических испытаний на совместное воздействие вибрации и линейных ускоре­ний, однако ни серийно выпускаемого испытательного оборудова­ния, ни стандартизированных методов испытаний пока еще нет, по­этому рекомендации по методике их проведения не приводятся.

Рассмотрим принципы, положенные в основу методов комбини­рованных климатических и механоклиматических испытаний, реко­мендуемых стандартами МЭК.

Во всех методах предусматриваются испытания на воздействие изменений температуры. При испытаниях нетепловыделяющих изде­лий температуру в камере в процессе испытаний измеряют с помо­щью контрольных датчиков, входящих в ее конструкцию. При испы­таниях тепловыделяющих изделий необходимо найти температурную измерительную точку на изделии, в которой в последующем должны проводиться измерения температуры. Для определения этой точки изделие размещают в камере, имитирующей «свободный обмен воз­духа», и устанавливают температурный режим, соответствующий за­данной степени жесткости. Осуществляют выдержку в течение вре­мени, требуемого для установления стационарного режима. Находят самую горячую точку на поверхности испытуемого изделия, регист­рируют полученную температуру и принимают эту точку за измери­тельную.

Если не имеется камеры, способной имитировать условия «сво­бодного обмена воздуха» при повышенной температуре, то изделие располагают в камере или помещении, где оно защищено от воздей­ствия солнечного света и сквозняка, включают питание и после дос­тижения теплового равновесия определяют самую горячую точку. Температура в этой точке не должна превышать допустимой темпера­туры нагрева изделия.

Рассмотрим метод испытаний на составное циклическое воздей­ствие температуры и влажности, который рекомендуется применять для ускоренного определения способности изделий выдерживать раз­рушающее воздействие циклических изменений температуры при высокой влажности, чередующихся с воздействием холода. Особен­ностью составных циклических испытаний является непрерывность процесса воздействия различных внешних факторов, в то время как в других случаях при переходе от испытаний на воздействие повышен­ной (пониженной) температуры к воздействию повышенной влажно­сти предусматривается стабилизация изделия, т. е. выдержка его в те­чение определенного времени в нормальных климатических условиях. Этому виду испытаний следует подвергать изделия, в конструкциях которых могут возникать отказы, обусловленные так называемым «ды­ханием» явлением, отличным от абсорбции и заключающимся в проникновении воды в трещины и зазоры конструкции изделия. При отрицательных температурах вода замерзает, что, как правило, при­водит к отказам. Процесс «дыхания» наиболее часто проявляется в изделиях, имеющих сравнительно большие объемы, заполненные воздухом или газом, а также зазоры между уплотнениями и металли­ческими конструкциями или между уплотнениями и проволочными выводами, допускающие проникновение воды.

Для изделий, опрессованных пластмассой или имеющих детали из пористого материала, характерны явления абсорбции и диффу­зии, поэтому к ним составное циклическое испытание не применя­ется. От других методов оно отличается тем, что помимо цикличес­ких изменений температуры при высокой влажности предусматривается чередование воздействия холодом.

Таким образом, данный вид испытаний по сравнению с другими циклическими испытаниями характеризуется большей жесткостью режима за счет следующих факторов: большего числа колебаний тем­пературы или «всасывания» за некоторый интервал времени; больше­го диапазона температурного цикла; большей скорости изменения тем­пературы в пределах температурного цикла; включения ряда перепадов температур до отрицательных значений и этапов с выдержкой при температуре ниже нуля.

В случае испытаний изделий под электрической нагрузкой выде­ляемое ими тепло не должно вызывать заметного повышения темпе­ратуры камеры и тем самым влиять на режим испытаний.

Процесс испытаний начинается с предварительной выдержки (рисунок 1.6), включающей, в зависимости от необходимости, перио­ды сушки, увлажнения, стабилизации и первоначальных измерений. Далее изделия помещают в термовлагокамеру и подвергают установ­ленным воздействиям. Выдержка изделия при внешних воздействиях складывается из десяти циклов «температура—влажность» (если не пре­дусмотрено другое число), продолжительностью 24 ч.

Рисунок 1.6 – Режим предварительной выдержки: а – с последующим воздействием холода; б – без воздействия холода

Каждый такой цикл выдержки состоит из нескольких этапов. Различают два вида циклов выдержки с различными этапами воздействия влажности и последующим воздействием холода (рисунок 1.7 а) и без воздействия холода (рисунок 1.7б).

Рисунок 1.7 - Режим выдержки в условиях влажности: а — с последующей выдержкой в условиях холода; б — без последующей выдержки в условиях холода

В течение любых пяти из первых девяти циклов изделия должны быть подвергнуты воздействию холода после воздействия влажности (этапы a—f). Выдержка в условиях холода может проводиться в той же или в отдельной камере. Остальные четыре из первых девяти цик­лов осуществляются без выдержки в условиях холода. В последнем цикле, следующем по окончании этапа «температура—влажность», в камере поддерживаются температура 25±2 °С и относительная влаж­ность 93±3% в течение 3,5 ч, после чего проводятся заключительные измерения.

Заключительные измерения электрических параметров и провер­ка механических характеристик могут проводиться на следующих эта­пах:

• при высокой влажности в последнем цикле;

• непосредственно после извлечения изделий из камеры в усло­виях, аналогичных первоначальным измерениям;

• после периода сушки в нормальных атмосферных условиях в течение 24ч.

Комбинированно-последовательное испытание на воздействие пони­женных температуры и атмосферного давления, а также влажного тепла в основном предназначено для изделий, применяемых в лета­тельных аппаратах, особенно в неотапливаемых и негерметизированных зонах. При подъеме ЛА, когда температура и атмосферное дав­ление понижаются (первый этап), детали и уплотнения из эластомеров затвердевают и сжимаются, что может привести к отказам. При спуске ЛА атмосферное давление и влажность повышаются, изделия покры­ваются инеем, который при возрастании температуры оттаивает и в виде воды проникает в зазоры, трещины и через уплотнения. В свя­зи с этим рассматриваемые испытания проводятся в два этапа: на первом этапе осуществляют воздействие холода и пониженного ат­мосферного давления, а на втором — пониженного атмосферного давления и влажного тепла.

Распакованное изделие при температуре 20 °С помещают в каме­ру в выключенном состоянии и устанавливают в положении, огово­ренном в нормативной документации.

На первом этапе температуру воздуха в камере понижают со ско­ростью, не превышающей 1 °С-мин.-1, до значения, выбираемого из ряда, предусмотренного для испытаний на воздействие понижен­ной температуры. После достижения заданной температуры и уста­новления теплового стационарного режима проверяют функциони­рование изделия, для чего проводят требуемые измерения. При постоянной низкой температуре понижают атмосферное давление в камере со скоростью, не превышающей 15-103 Па — мин.-1, до значе­ния, выбранного из ряда, предусмотренного для испытаний на воз­действие пониженного атмосферного давления. Вновь, как и в пре­дыдущем случае, проверяют функционирование изделия.

На втором этапе при постоянном заданном значении атмосфер­ного давления повышают температуру в камере с приблизительно постоянной скоростью до +30 °С за период времени не более 1 ч и одновременно вводят в камеру пар со скоростью, достаточной для образования инея. После достижения температуры 0—5 °С, когда иней на изделии растает, давление в камере восстанавливают до атмос­ферного за 15—30 мин. При этом температура в камере повышается до температуры в лаборатории или до +30 °С. Поддерживая темпера­туру на заданном уровне и относительную влажность более 95%, про­веряют функционирование изделия.

Испытания завершаются процессом восстановления, при кото­ром изделие остается в камере до тех пор, пока температура не дос­тигнет значения, соответствующего нормальным атмосферным усло­виям. После этого производят внешний осмотр изделия и измеряют все предусмотренные нормативной документацией параметры.