Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Основы эксплуатации судовых радиоэлектронных средств. Учебное пособие
.pdf
Рис. 2. Классификация объективных эксплуатационных факторов
влияющих на системы.
3.2. Внешние факторы влияющие на надежность систем при эксплуатации
Климатические воздействия. Нормальные климатические условия
характеризуются температурой 205°С, относительной влажностью воздуха 65
15%, атмосферным давлением 96... 104 кПа (720. . .780 мм рт. ст.) и отсутствием
загрязненности воздуха.
Анализ климатических условий показывает, что температура воздуха
может колебаться от — 70 до +70°С.
Отклонение температуры от нормальной приводит к изменению физических и механических свойств материалов, из которых изготовлены элементы радиотехнических систем. Эти изменения вызывают отклонения параметров
элементов от номинальных значений и технических характеристик аппаратуры в
целом. При восстановлении нормальной температуры отклонения параметров
самоликвидируются или остаются. Колебания температуры ускоряют процесс
старения элементов, увеличивая интенсивность их отказов.
21
Влажность и атмосферные осадки. Влажность является одним из
факторов, отрицательно действующим на РТС. Воздействие влаги на комплектующие элементы аппаратуры, как правило, обратимо, но при прохождении через них тока это воздействие становится необратимым.
При повышенной влажности воздуха:
— ускоряется коррозия металлов и сплавов, тем самым снижаются
прочностные характеристики деталей и может произойти нарушение контактных соединений и обрывы проводников (при относительной влажности воздуха
80... 100% срок службы деталей, изготовленных из черных металлов или имеющих в своем составе металлические элементы, снижается в 2. . . 2,5 раза, а деталей из алюминиевых сплавов — в 2 раза);
— снижаются электроизоляционные свойства некоторых пластмасс и
сопротивление изоляции кабелей (гетинакс, текстолит, целлюлоза и пресспорошки при увлажнении набухают, а их удельное объемное сопротивление
уменьшается, растут диэлектрические потери);
— ухудшаются адгезионные и объемные свойства некоторых смазок
нефтяного происхождения;
— ускоряются разрушения лакокрасочных защитных покрытий;
— нарушается герметизация заливок;
— увеличиваются потери в контурных катушках дросселей и транс-
форматоров;
— разрушается структура резисторов (увеличивается действительное
значение сопротивления и резко снижается их влагостойкость).
Пониженная влажность воздух (менее 30%) ухудшает эластичность
снижает прочность ряда эмалевых и лакокрасочных покрытий. Она способствует усыханию изоляционных материалов (лент, пленок) и ухудшению их механических свойств.
Атмосферные осадки всех видов способствуют возрастанию влажности. Обледенение воздействует на наружные устройства РТС, приводя к ухуд-
22
шению работы всей аппаратуры, а в ряде случаев и к ее механическому разрушению. Снег особенно опасен в арктических условиях, когда в результате ветра
он забивается во все щели, затрудняя работу или приводит к отказу РТС.
Дождь и ветер замедляют процесс коррозии, а туман, испарения, таяние загрязненного снега ускоряют этот процесс, дождь очищает поверхность от
загрязнения, а туман способствует осаждению грязи на поверхность металла.
Атмосферное давление. На поверхности Земли колебания атмосферного давления незначительны, поэтому они существенного влияния на РТС не
оказывают. Однако РЭА широко используется на летательных аппаратах, в высокогорных районах, в подземных и подводных условиях, где атмосферное давление значительно отличается от нормального. Влияние пониженного атмосферного давления на надежность РТС может быть непосредственное и косвенное. При непосредственном влиянии изменяются параметры комплектующих
элементов. В частности, изменяются емкость и допустимое рабочее напряжение
конденсаторов с воздушным диэлектриком, уменьшается величина пробивного
напряжения в изоляторах, волноводах, разрядниках и между проводниками в
монтаже. Так, например, при изменении высоты от 1 до 1,6 км величина пробивного напряжения уменьшается в четыре раза. На высотах выше 2 км могут
появляться тихие или скользящие искровые разряды в негерметизированных
высоковольтных выпрямителях, антенно-фидерных устройствах и т. п. На
больших высотах имеется опасность возникновения газовых пробоев, образующихся вследствие плазменного состояния атмосферы от воздействия ионизации
и высокочастотного поля. Такой пробой начинается с появлением коронного
разряда, который может возникнуть при более низком напряжении, чем напряжение перекрытия. Это приводит к изменению диаграммы направленности антенны, уменьшению излучаемой мощности, искажениям формы импульсов импульсных СВЧ передатчиков. Косвенное влияние пониженного давления выражается в ухудшении условий воздушного охлаждения РТС вследствие умень-
23
шения плотности воздуха. Это приводит к перегреву аппаратуры, а следовательно, и увеличению вероятности ее отказа.
Примеси в воздухе. Надежность РТС зависит от чистоты воздуха, в
котором могут содержаться вредные принеси (пыль, песок и т. п.).
Пыль, попадая внутрь шкафов, стоек, корпусов радиотехнических систем, приводит к изменению параметров комплектующих элементов (увеличивается емкость конденсаторов с воздушным диэлектриком, снижается величина
сопротивления изоляции и т. п.), к появлению тресков и шумов в радиоприемниках и усилителях за счет образования коронного разряда, к увлажнению радиодеталей (см. влияние влажности).
В воздухе имеются и другие вредные принеси. Наиболее опасными из
них являются агрессивные химические газы (сернистый газ, хлор и т. п.), воздействие которых приводит к коррозии некоторых материалов, нарушает нормальную структуру и ухудшает их свойства,
Биологическая среда. Влияние биологической среды на надежность
РТС заключается в поражении ее плесенью, насекомыми и грызунами.
Под действием плесени наиболее сильному разрушению подвергаются:
— изделия из древесины. Происходит изменение плотности, удельного веса, цвета, механической прочности. Изделия приобретают специфический
«грибной» запах;
— изделия из натуральных волокнистых материалов (текстиль, хлопок, пряжа, конопля, джут, шерсть);
— лакокрасочные покрытия металлических и других изделий. Тем самым ускоряется процесс коррозии за счет выделения уксусной, лимонной, щавелевой и других кислот;
— изделия из пластмасс, наполнители и пластификаторы которых
подвержены действию плесени (поливинилацетат, глифталевая смола, натураль-
24
ный каучук, производные лавровой и фосфористой кислот, естественные масла
и др.). Повышается хрупкость изделий и изменяются их электрические свойства;
— стеклянные призмы и линзы. Их поверхности при наличии питательной среды мутнеют, появляются пятна, вызванные выщелачиванием стекла;
— изделия из натурального и синтетического каучука при непосредственном контакте резины с водой или землей;
— изделия из кожи. Они теряют свою эластичность.
В РТС остатки канифоли в местах пайки являются хорошей питательной средой для образования и роста плесени. Появление плесени снижает сопротивление изоляции, ускоряет процесс коррозии металлов, разрушает защитные покрытия, нарушает контакты, приводит к замыканию, способствует пробоям изоляции.
Для радиотехнических систем опасны такиё насекомые-вредители, как
термиты, некоторые типы жуков (кожеед, мебельный и хлебный точильщики и
др.), моли разных видов (платяная, меховая, ковровая и др.), красные муравьи,
черви (сверлянки, корабельные), тараканы. Термиты съедают древесину, пластмассы на основе целлюлозы, кожу, повреждают кабели и провода с изоляцией из
органических материалов. Иногда термиты повреждают даже асфальт. Выделения, отлагаемые термитами на токонесущих проводах радиоаппаратуры, вызывают утечку тока и короткие замыкания. Жуки повреждают кожу, брезент, древесину и другие материалы. Моли так же, как и жуки, поражают войлок, фетр,
шерстяные и суконные ткани. Красных муравьев привлекают материалы, содержащие компоненты сладкого вкуса (например, эксцельсировые трубки). Зарегистрированы случаи, когда тараканы портили изоляцию, выводя РТС из
строя.
Значительные повреждения радиотехническим средствам могут нанести различные грызуны (крысы, белки, полевые мыши, суслики и т. д.).
Они повреждают кабели, изоляцию электропроводки, некоторые виды
пластмасс, резиновые, кожаные и другие изделия.
25
Число отказов радиотехнических систем при воздействии биологиче-
ской среды сравнительно невелико и по не которым данным составляет не более
0,5%.
Ионизирующее излучение. На надежность РТС в процессе их экс-
плуатации могут влиять различные ионизирующие излучения, которые включают как естественный радиационный фон (см. ГОСТ 15484–70), так м излучения,
возникающие в результате ядерных реакций (в реакторе, при атомном или термоядерном взрывах). Степень воздействия ионизирующего излучения на РТС
зависит от вида и дозы излучения, мощности дозы излучения, распределения
энергии излучения по спектру, природы облучаемого вещества я условий, в которых происходит облучение.
Действие ионизирующего излучения на материалы, применяемые для
изготовления РТС, приводит к обратимым (временным) и необратимым (остаточным) изменениям их физических, химических и электрических параметров.
Обратимые изменения могут исчезать одновременно с моментом окончания облучения или оставаться в течение некоторого времени (период восстановления)
после облучения. Эти изменения обычно вызываются гамма-излучением. Необратимые изменения приводят к нарушениям структуры вещества. Эти изменения в основном зависят от величины дозы и спектра излучения.
При воздействии ионизирующего излучения происходит — изменение
свойств металлов (твердость, прочность, электрическое сопротивление);
— размягчение бутилкаучука;
— уменьшение эластичности натурального каучука
— изменение свойств полистиролов и стеклоткани, пропитанной тер-
мореактивными смолами
— уменьшение механической прочности большинства диэлектриков;
— изменение свойств полупроводниковых материалов.
В последнем случае транзисторы и полупроводниковые диоды ведут
себя в схеме как дополнительные миниатюрные источники мощности, элек-
26
тронно-дырочные пары представляют собой избыточные носители и образуют
первичный ионизирующий ток в диффузионных переходах. Появление последнего вызывает увеличение рабочих токов транзисторов, что нарушает работу
схемы за счет появлении паразитных сигналов в увеличивает вероятность пробоя перехода из-за насыщения транзистора, появляется обратная связь, приводящая к возникновению паразитной генерации.
При воздействии ионизирующего излучения на интегральные полупроводниковые схемы возможны случаи перегрева схемы за счет увеличения
переходных токов. Небольшие дозы ионизирующего излучения в значительной
мере влияют на проводимость конденсаторов. Причем возрастание проходимости происходит с той же скоростью, с какой увеличивается интенсивность излучения. После окончания излучения проводимость конденсаторов восстанавливается в течение не более 1 с.
Механические воздействия. В зависимости от назначения и места
установки радиотехнические системы могут 1 подвергаться различным механическим воздействиям, к которым относятся удары, вибрации, ускорения, рабочие усилия и звуковые давления.
Вибрации могут появиться при возвратно-поступательном или вращательном движении несбалансированных масс, из-за выхлопа газа в двигателях
внутреннего сгорания, в результате работы реактивного двигателя на самолете,
ракете, космическом корабле, за счет аэродинамических эффектов при движении летательных аппаратов в атмосфере Земли и т.д.
Воздействие вибраций приводит преждевременному изнашиванию
элементов радиоаппаратуры, к появлению них усталостных явлений и к частичному или полному разрушению. Последнее обычно происходит при совпадении
частот вибрации с собственными резонансными частотами элементов. Вибрация
может приводить к обрыву в местах их крепления, нарушению герметизации,
возникновению коротких замыканий.
27
3.3. Внутренние факторы влияющие на надежность систем
при эксплуатации
Процессы старения и изнашивания. Известно, что после продолжи-
тельного периода нормальной эксплуатации наступает период, когда увеличивается интенсивность отказов радиоэлементов. Это возрастание интенсивности
отказов происходит из-за необратимых изменений параметров и характеристик
элементов и технических систем, вызванных их старением и износом. Старение
элементов является результатом сложных физико-химических процессов, происходящих в элементах радиоаппаратуры в течение всего времени эксплуатации. Эти процессы, протекая непрерывно, ускоряются под воздействием внешних факторов, рассмотренных выше.
Старение материалов и элементов проявляется по-разному. Например,
каучуковые материалы становятся жесткими и ломкими, покрываются трещинами, которые со временем удлиняются по поверхности и распространяются
вглубь. Магнитодиэлектрики изменяют свою магнитную проницаемость. В непроволочных резисторах в процессе старения продолжается кристаллизация
проводящего слоя, что приводит к медленному уплотнению этого слоя и уменьшению сопротивления. С другой стороны, окисление проводящего слоя вызывает увеличение сопротивления непроволочного резистора. В бумажных герметизированных конденсаторах снижается сопротивление диэлектрика из-за старения изоляции. У герметизированных электролитических конденсаторов спустя
3000... 4000 ч нарушается герметичность, что приводит к быстрому ухудшению
свойств конденсаторов.
Электронные лампы в процессе работы постепенно ухудшают свои
характеристики. Это проявляется в основном в уменьшении крутизны и тока
эмиссии.
Электрические нагрузки. В РТС электрические нагрузки в элемен-
тах появляются при прохождении полезного сигнала по линии, в состав которой
28
входят эти элементы, при подключении к этим элементам питающих напряжений, необходимых для их нормальной работы. Если электрические нагрузки не
превышают допустимых значений, оговоренных в технических условиях, то их
влияние на надежность РТС незначительно.
Однако в процессе эксплуатации могут происходить недопустимые
изменения электрических нагрузок. Причины их появления различны. Например, изменение питающего напряжения сети, неправильный выбор режима при
проектировании, нестабильность нагрузки следующего каскада и т. п. Появление электрических перегрузок приводит к изменениям температурного режима
со всеми вытекающими отсюда последствиями (см. влияние температуры), к
электрическим пробоям между различными элементами схемы, к отказам при
включении — выключении аппаратуры из-за переходных процессов, возникающих в схемах непосредственно после включения или выключения.
Поэтому при эксплуатации следует периодически контролировать
электрические режимы работы комплектующих элементов, стараясь предотвратить их работу в режиме, близком к предельному.
29
4. Cущность восстанавливаемости системы судовых РЭС
4.1. Основные положения
Восстанавливаемость, включающая приспособленность систем к
восстановлению работоспособности и способность обслуживающего персонала
выполнять различные виды работ в процессе эксплуатации, относится только к
ремонтируемым системам и характеризуется их ремонтопригодностью.
Ремонтопригодность — это свойство системы, заключающееся в
приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения
ее отказов, повреждений и устранения их последствий путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Поэтому конструкция системы должна обеспечивать максимальную ремонтопригодность и минимальное время пребывания
ее в неработоспособном в любых условиях эксплуатации.
Таким образом, ремонтопригодность систем характеризует лишь техническую сторону восстанавливаемости. Быстрота же восстановления зависит
также от квалификации обслуживающего персонала и материальнотехнического снабжения. В этом проявляется организационная сторона восстанавливаемости.
Отказ системы «человек - техника» может произойти не только из-за
отказа системы, но и вследствие отказа оператора. В восстановлении работо-
способности оператора проявляется второе свойство восстанавливаемости системы. Восстановление работоспособности обслуживающего персонала —
совокупность мероприятий, устраняющих отказы операторов и уменьшающих
количество ошибок (отдых, замена, лечение и т. п.), допущенных ими в процессе
эксплуатации системы.
Ремонтопригодность, зависящая от приспособленности конструкции
системы к работам, выполняемым при различных видах технического обслуживания и ремонтов, характеризуется различным содержанием работ при техниче-
30
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]