Класс 2 – морская аппаратура.

Включает в себя три основные группы:

• Судовую,

• Корабельную,

• Буйковую.

Он отличается тремя особенностями:

1. Комплексное воздействие климатических и механических факторов: 100% влажность при повышенной температуре, тумане в сочетании с непрерывной вибрацией, ударами, перегрузками и линейными ускорениями.

2. Длительное автономное плавание с отрывом от ремонтных баз.

3. Акустические, магнитные и радиационные воздействия.

Морская среда, окружающая судно, является постоянно действующим фактором , опасным для радиоэлектронной аппаратуры. Соленость океанской воды велика – 35г солей на 1 л. 35%

Это обстоятельство активизирует разрушительные физико-химические процессы, протекающие при воздействии влаги на металлические и изоляционные материалы.

Морская аппаратура должна разрабатываться в тропическом исполнении, предусматривать коррозионную стойкость и плеснеустойчивость. Кроме того, должна обеспечивать водозащищенность и брызгозащищенность.

Судовая и корабельная аппаратура обладает следующими признаками:

1. Высоким уровнем типизации (для упрощения снабжения запасными частями).

2. Возможностью ремонта на месте установки (без захода в ремонтную базу).

3. Необходимостью учета ограниченности размеров люков и проходов на судне.

4. Защищенностью от сильных ВЧ и НЧ электромагнитных полей.

5. Вибростойкостью и ударостойкостью (при воздействии ударных волн, при стрельбах, ускорениям при качке).

Судовая аппаратура устанавливается на грузовые, пассажирские суда , корабельная – на надводные корабли и ПЛ.

Общие требования к конструкции по надежности

Понятие надежности конструкции.

Надежность конструкции есть ее свойство сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнить требуемые в заданных режимах и условиях применения.

Надежность является сложным свойством. Оно состоит из сочетаний свойств:

– безотказности;

– долговечности;

– сохраняемости;

– ремонтопригодности (ГОСТ 27.002-83).

Первые три свойства основаны на противодействии разрушительным воздействиям, четвертое – на создании благоприятных условий для обнаружения причин повреждений и их устранения.

Понятие надежность тесно связано с двумя близкими понятиями, характеризующими состояние конструкций: работоспособностью и исправностью.

Работоспособным называют такое состояние прибора, когда он в любой момент может выполнять свои функции в соответствии с документацией.

Исправное состояние – прибор соответствует документации, но не обязательно в данный момент способен выполнять свои функции. Например: прибор может находиться на складе или транспортировался, но в этот момент он не подключен к источнику питания и следовательно не работоспособен.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности прибора.

Безотказность означает требование к конструкции непрерывно сохранять работоспособность в заданных режимах.

Долговечность – свойство прибора сохранять работоспособность (с установленными перерывами для ремонта и техобслуживания) вплоть до наступления состояния невозможности использования по назначению.

Это предельное состояние является таким состоянием, при котором дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена по одной из следующих причин:

1. из-за неустранимого нарушения ТБ;

2. из-за ухода параметров;

3. из-за нецелесообразности проведения ремонта.

Наиболее общей причиной нарушения надежности являются применение параметров изделия под воздействием физико-химических процессов.

Скорость протекания процессов связана с климатическими факторами (температура, влажность и др.), с механическими воздействиями, с перегревом внутри изделия, выбранными конструктором материалами, покрытиями, конструкторскими решениями.

Нормировано семь основных видов климатических воздействий:

1. воздействие температуры:

2. тепловые удары;

3. влажность;

4. разряжение воздуха;

5. пыль;

6. солнечная радиация;

7. гидростатическое давление.

Что касается влияния механических воздействий, то принято называть четыре вида механических воздействия:

1. вибрации;

2. удары;

3. линейные и центробежные ускорения;

4. шум и акустические удары.

Наиболее опасным при вибрационных взаимодействиях является резонанс вынужденных и собственных колебаний механической системой конструкции. При этом разрушающие воздействия могут возрастать в десятки раз.

Для обеспечения надежности при разработке конструкции выделяют три главных исходных уровня, выполнение которых обязательно для обеспечения надежности:

– выбор электрорадиоизделий и материалов по техническим условиям;

– исключение конструкционных отказов;

– правильность и полнота технологических указаний.

1) Выбор в соответствии с ТУ, для специальной с ВП.

2) Конструкционным называют отказ, возникший в результате нарушений установленных норм конструирования: ошибок в расчетах, ошибок в чертежах и текстовых документах.

3) Конструктор должен мысленно прослеживать весь технологический процесс изготовления разработанной конструкции и обращать внимание на операции, на которых может быть нанесен ущерб надежности.

Если при конструировании аппаратуры не предусмотрены меры по увеличению надежности, то отказы будут происходить часто и время, затрачиваемое на ремонт, станет большим. В результате может оказаться, что основную часть эксплуатационного времени аппаратура будет находиться в ремонте.

Отказы прибора могут быть постепенными и внезапными.

Постепенные отказы вызываются постепенными изменениями параметров элементов схемы. Например, при длительной эксплуатации конденсаторы постепенно меняют емкость, что вызывает ухудшение одного из параметров, при котором прибор перестает выполнять свои функции.

Внезапные отказы проявляются в виде скачкообразного изменения параметров прибора. Причиной может быть перегорание токопроводящего слоя резистора, провод конденсатора и т.д.

Все изделия подразделяют на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. К числу невосстанавливаемых относят почти все радиокомпоненты, детали ракет и т.д.

Ремонтопригодность – свойство изделия, заключается в том, что изделие приспособлено:

а) к предупреждению причин возникновения отказов;

б) к обнаружению причин отказов и повреждений;

в) к устранению последствий возникшего отказа или повреждения путем ремонта или технического обслуживания.

Аппаратура, которая удовлетворяет указанным требованиям, называют ремонто-пригодной.

Сохраняемость – свойство изделия непрерывно находится в исправном состоянии при хранении или транспортировании.

Рассмотренные определения дают качественную характеристику надежности. Чтобы сравнивать различные типы приборов или экземпляры прибора одного и того же типа, необходимо иметь количественные характеристики надежности. Одной из таких характеристик является вероятность безотказной работы изделия в течение заданного интервала времени:

Вероятность безотказной работы показывает какая часть изделий будет работать исправно в течение заданного времени t_P. Поясним это на примере. Допустим, что работает количество а изделий одного типа. В течение времени t_P за ним ведется наблюдение и к концу его установлено, что b изделий работают исправно, а (a-b) вышли из строя. Тогда вероятность исправной работы

где  означает, что указанная характеристика аппаратуры (как и другие характеристики надежности) носит вероятностный характер.

Для большинства радиоэлектронных приборов вероятность безотказной работы кроме физических свойств зависит от времени t_P, в течение которого изделие должно работать безотказно:

где e – основание натуральных логарифмов,  – интенсивность отказов.

Другой характеристикой надежности приборов является средняя наработка до отказа.

Допустим, какое-то количество приборов одного типа эксплуатируется в одних условиях заданное время. При этом:

- регистрируется суммарное количество часов t, которое проработали все приборы:

- количество возникших отказов n.

Тогда средняя наработка до отказа:

Мерой надежности является средняя наработка до отказа, полученная при проверке большого количества изделий. Чем больше Т_ср, тем выше надежность прибора.

Величину, обратную Т_ср, называют интенсивностью отказов и обозначают :

Размерность интенсивности отказов – 1/час.

Вероятность безотказной работы P(t) и средняя наработка на отказ Т_ср достаточно полно характеризуют надежность невосстанавливаемых изделий (например, аппаратуру ракет).

Однако большинство радио изделий конструируют так, чтобы при выходе из строя их можно было ремонтировать.

Для них фактическая надежность зависит не только от того как часто происходят отказы, но и сколько времени затрачивается на отыскание и устранение неисправностей. Надежность таких изделий дополнительно характеризуют средним временем восстановления T_в.

Если в рассмотренном примере регистрировать время, затрачиваемое на отыскание и устранении каждой неисправности, а затем найти суммарное время t_в, то среднее время восстановления

.

Нужно иметь ввиду, что время затраченное на отыскание и устранение конкретной неисправности, может быть больше или меньше T_в (среднего времени восстановления).

Интенсивность отказов прибора, состоящего из n различных элементов определяют по формуле

где ₁, ₂, ₃…_n – интенсивность отказов первого, второго n-ого элементов с учетом всех воздействующих факторов.

Интенсивность отказов показывает, какая доля всех изделий или элементов данного типа в среднем выходит из строя за 1 час работы.

Например, если то это означает, что за 1 час работы из строя выйдет одна стотысячная доля элементов; соответственно за 1000 часов работы можно ожидать выходи из строя одной сотой доли всех элементов данного типа. Если в устройстве имеется 100 таких элементов, то в среднем за каждые 1000 часов из строя выходит 1 элемент.

Экспериментально установлено, что для большинства элементов, зависимость  от времени имеет вид:

Зависимость интенсивности отказов от времени

Время от начала работы до t₁ называют периодом проработки. В это время из строя выходят элементы, имеющие грубые внутренние дефекты.

По мере выхода из строя таких элементов интенсивность отказов уменьшается и на отрезке t₁-t₂ остается практически неизменной. Время, когда происходят отдельные случайные отказы, называют периодом нормальной работы.

Определяя надежность аппаратуры имеют в виду значение интенсивности отказов в период нормальной работы.

Рост интенсивности отказов после момента времени t₂ объясняется износом элементов (старением диэлектрика конденсатора, потерей эмиссии катодом лампы….).

У многих элементов старение начинается после нескольких тысяч, а иногда и десятков тысяч часов эксплуатации.

Как видно из приведенных формул, надежность элементов является одним из факторов, существенно влияющих на интенсивность отказов.

Интенсивность отказов зависит от:

- конструкции;

- качества изготовления;

- условий эксплуатации;

- электрических нагрузок в схеме.

Влияние внешних факторов на надежность радиокомпонентов можно оценить с помощью коэффициента нагрузки. Коэффициентом нагрузки называют отношение фактического значения воздействующего фактора к его номинальному или максимально допустимому значению. Например, коэффициент нагрузки для транзисторов:

P_с – фактическая мощность, рассеиваемая на коллекторе, Р_{с max} – максимально допустимая мощность рассеивания на коллекторе.

Для диодов:

I – фактический выпрямленный ток, I_max – максимально допустимый.

Для резисторов и трансформаторов:

P – фактическая мощность, рассеиваемая на элементе, Р_Н – номинальная мощность.

Для конденсаторов:

U – фактическое напряжение приложенная к конденсатору, U_Н – номинальное напряжение конденсатора.

При увеличении коэффициента нагрузки интенсивность отказов увеличивается.

Интенсивность отказов увеличивается также, если компонент эксплуатируется при более жестких условиях: повышенной температуры, влажности, увеличенных вибрациях, ударах и т.п.

Наиболее изучено влияние на надежность коэффициентов нагрузки и температуры. Ориентировочные значения интенсивности отказов для различных групп радиокомпонентов приводятся в соответствующих таблицах. Эти значения интенсивности отказов получены для случая, когда коэффициент нагрузки K=1 и температура t=20С. Будем обозначать их ₀.

Влияние на надежность фактического значения коэффициента нагрузки и температуры учитывают при помощи коэффициента влияния . Значения этого коэффициента также приводятся в таблицах для разных коэффициентов нагрузки. Интенсивность отказов при заданном значении температуры окружающей среды, а нагрузки можно найти по формуле:

За счет облегчения температурных и электрических режимов можно существенно повысить надежность изделия.