Материал: Защита конструкций РЭС от динамических механических воздействий

Рис. 5.11. Схема монтажа амортизаторов

При пространственном нагружении в данной системе могут применяться лишь некоторые типы амортизаторов, например резинометаллические или типов АПН ДК тросовые некоторые виды пневматических амортизаторов. Схему, представленную на рис. 5.11,6, целесообразно использовать в условиях простран­ственного нагружения на реактивных самолетах и ракетах. Здесь амортизаторы расположены в плоскости, проходящей через центр тяжести защищаемого объекту Такая схема позволяет уменьшить колебания по горизонтальным осям. Наиболее выгодно располагать амортизаторы так, чтобы расстояние от центра тяжести объекта было равно радиусу инерции. Однако это не всегда удается, так как связано с увеличением габаритов системы монтажа амортизаторов.

Амортизаторы не обязательно располагать в горизонтальной плоскости, проходящей через центр тяжести РЭС. Эффективность их не уменьшается при установке на наклонной плоскости, проходящей через центр тяжести объекта, на расстояниях, равных радиусу инерции (рис. 5.11, в). Габариты такой системы больше, но больше и ее устойчивость. Монтаж амортизаторов в двух горизон­тальных плоскостях (рис. 5.11, г) обычно используют при защите РЭС, у которых отношение высоты к ширине больше двух. Установка амортизаторов в верхней плоскости обеспечивает дополнительные точки опоры. Если амортизаторы расположены несимметрично относительно центра тяжести, то все режимы собственных колебаний взаимосвязаны и система становится неустойчивой.

Двусторонний монтаж (рис. 5.11, Э) обеспечивает всестороннюю защиту от действующих сил. Амортизаторы предварительно нагружены, что делает систему жесткой, т. е. сдвигает ее собственную частоту в область более высоких частот. Схема монтажа амортизаторов под углом к осям симметрии объекта (рис. 5.11, е) используется для изоляции пространственных вибраций, но она и наиболее сложная, так как при небольшом отклонении направления линий, проходящих через ось жесткости амортизаторов, от направления на центр тяжести объекта в системе возникают все шесть связанных режимов собственных колебаний.

Если ось жесткости амортизатора совпадает с центром тяжести объекта, то все действующие силы уравновешиваются и вращательные колебания невелики. Этому условию удовлетворяет схема монтажа амортизаторов, расположенных снизу и сверху объекта под углом (рис. 5.11, эк:). Так как характеристики системы амортизации во всех положениях виброизолируемого объекта одинаковы, то характер движения объекта установки (транспортного средства) может быть любым. При проектировании системы амортизации необходимо учитывать наличие кабелей, шин заземления, трубопроводов и пр., которые могут изменить собственную частоту системы амортизации и приводить к смещению центра тяжести виброизолируемого объекта.

Разработка системы виброизоляции является сложной, тру­доемкой и длительной работой, сократить которую можно при использовании моделирования на аналоговой ЭВМ МН-10 и др. Это позволяет избежать натурного моделирования, сократить сроки и увеличить точность моделирования. Удобство этого метода заключается в возможности быстрого изменения исходных данных и наглядности наблюдения характера колебаний вибро­изолированного объекта.

В качестве примера рассмотрим методику моделирования системы виброизо­ляции объекта массой 5 кг, установленного по схеме рис. 5.11, а на четырех пружинных амортизаторах типа АФД-5, имеющих демпфер с сухим трением. На основание воздействует ударный импульс амплитудой F=200 H и длительностью = 0,01 с. Жесткость одного амортизатора типа АФД-5 равна 14,3 Н/мм, коэффициент демпфирования = 32 Н. Требуется определить характер изменения во времени перемещения, скорости и ускорения виброизолированного объекта.

Рис. 5.12. Схема модели удара на аморти­зированный объект с использованием блоков аналоговой ЭВМ

Представляем систему виброизоляции в виде системы с одной (степенью свободы (рис. 5.1). В этом случае коэффициент жестко­сти всей системы виброизоляции, включающей четыре амортизато­ра, К= 57200 Н/м. Считаем, что до приложения ударного импуль­са система находилась в равнове­сии: . Для проведе­ния масштабирования на основе предварительных расчетов прини­маем: м; м/с; м/с². Выбираем длительность ударного импульса в машине с. Поведение системы описывается. уравнением (5.1). Рассчитаем масштабные коэф­фициенты в последовательности:

1. Приведем уравнение (5.1) к виду, удобному для моделирования:

Обозначим .

2. Произведем выбор масштабов, если для ЭВМ МН-10 максимальная амплитуда сигнала = 25 В:

Эти масштабы учитывают при анализе осциллограмм, полученных на экране осциллографа или ленте самописца.

3. Произведем переход от физического уравнения к уравнению, пригодномудля решения на аналоговой ЭВМ:

Схема модели для решения этого уравнения представлена на рис. 5.12.

4. Рассчитаем коэффициенты К, учитывая, что для интегрирующих блоков а для суммирующего блока где и — масштабы величин на выходе и входе блоков:

Рис. 5.13. Схема генератора, имитирующего ударное воздействие в ЭВМ: Е_п—напряжение питания

Рис. 5.14. Осциллограммы результата моделирования ударного воздействия на ЭВМ

Схема генератора, имитирующего ударное воздействие, припри­ведена на рис. 5.13, а результаты моделирования — на рис. 5.14. Из осциллограмм следует, что длите­льность переходного процесса при воздействии ударного импульса длительностью 0,01 с составляет 0,15 с; максимальное перемещение объекта виброизоляции имеет ме­сто через 0,025 с после начала удара, максимальное ускоре­ние — через 0,005 с после начала удара; коэффициент демпфи­рования изменяет знак в мо­мент, когда объект находится в крайних положениях, а скорость равна нулю.

Использование вибропоглоща­ющих материалов. Уменьшение массы и габаритов блоков РЭС, а также необходимость обеспе­чения работы объектов вибро­изоляции в широком диапазоне частот (вплоть до 2000 Гц) за­трудняют защиту от механичес­ких воздействий с помощью традиционных методов амортизации и демпфирования, так как не обеспечивают минимума массо-габаритных параметров РЭС и защиты от акустических воздействий высокой интенсивности (130...165 дБ). Эффективным средством является введение демпфирования в конструкцию РЭС.

Рис. 5.15. Односторонняя (а) и двусторонняя (б) заливка вибропоглощающим пенополи-уретаном:

В ряде случаев оно используется совместно с амортизацией. Наиболее перспективным и распростра­ненным способом демпфирования кон­струкций РЭС является одно- или дву­сторонняя заливка (рис. 5.15, 5.16) или введение высокоэффективных вибропог­лощающих материалов в структуру не­сущих оснований. Эти способы основаны вибропоглощающим пенопо на способности полимеров рассеивать большое количество энергии при рас­тяжении, изгибе или сдвиге за счет упругих свойств. К недостаткам данных способов относятся: худшая ремонтопригодность при заливке, худший теплоотвод от залитых элементов, сильная зависимость демпфирующих свойств от температуры, возможность возникновения больших внутренних напряжений в компаунде при изменении температуры, изменение свойств полимеров при воздействии радиации. Тем не менее использование вибропоглощающих материалов позво­лило снизить коэффициент виброизоляции ячеек, представленных на рис. 5.17, с 40 до 3 за счет приклейки ИС к рамке.

Рис. 5.16. Деформации вибропоглощающих конструкций с наружным (а) и внут­ренним (б) вибропоглощающим слоем: 1, 3— конструкционный; 2—вибропоглощающий материал

Рис. 5.17. Ячейки С низким Кйэффициентом динамичности ((3 = 3) на основе металлической рамки (а) и скаченной компаундом КТ-102 печатной платы (б

Ячейки (рис. 5.17, а) компаундом КТ-102, а к склеенной компаундом КТ-102 (рис. 5.17,6) плате—клеем КВК. При одном и том же эффекте демпфирования толщина внешней заливки должна быть в 5... 10 раз больше, чем при введении вибропоглощающих материалов в структуру несущей конструкции.

Параметры некоторых вибропоглощающих материалов приве­дены в табл. 5.4. Примеры применения вибропоглощающих материалов для подавления резонансных колебаний в конструк­циях представлены на рис. 5.18—5.20. На рис. 5.20 представлено несущее основание для монтажа ракетного РЭС (США) массой 11,3 кг, состоящее из семи слоев стеклотекстолита, склеенных вязкоупругим компаундом, и имеющее массу 2,25 кг. Это позволило по сравнению с монолитным основанием такой же формы уменьшить резо­нансную частоту с 320 до 95 Гц, а коэффициент виброизоляции — с 36 до 3,6, т. е. на порядок. Для обес­печения работоспособности вибропо­глощающих покрытий при изменении температуры внешней среды их иногда выполняют из электропроводного по­лимера, что позволяет поддерживать температуру путем подогрева поли­меров электрическим током.

Таблица 5.4 Параметры вибропоглощающих материалов

Рис. 5.18. Применение вибропогло­ Рис. 5.19. Демпфирование электро

щающих материалов в трубча мон­тажных плат РЭС: а—кассет

тых и стержневых конструкциях ная конструкция; б—слоистая пла

(а) и в конструкциях экранов (б): та; 1 — конструкционный материал;

1—вибропоглощаютдий материал 2—вибропоглощающий материал;

3—кассета

Технологичность конструкций вибро­изоляции РЭС. Для обеспечения тех­нологичности виброзащиты РЭС могут быть приняты следующие меры: 1) ис­пользованы типовые виброизолиру­ющие основания, разработанные и из­готовляемые специализированными ор­ганизациями (рис. 5.21); 2) обеспечена в производстве стабильность центра тяжести виброизолированного объекта благодаря стабильности расположения в однотипных объектах (блоках, стойках) элементов электрических свя­зей (плоских и радиочастотных кабелей, жгутов объемных проводников и т. д.) и различных комму­никаций (трубопроводов, шин заземления и т. д.). 3) преду­смотрены прокладки, с помощью которых могут быть компен­сированы неодинаковые прогибы амортизаторов из-за раз­броса положения центра тяжести объекта амортизации и жест­ кости отдельных амортизаторов; 4) конструкция системы вибро­изоляции должна обеспечивать легкость сборки, демонтажа, регулировки.

Рис. 5.20. Виброизоляция конусной несущей платы (а) и ее частотная характеристика ( б)

Для обеспечения технологичности конструкции виброизоляции, выполненной с применением внешней заливки или внутренних вибро­поглощающих слоев, предусматриваются следующие меры: 1) пред­почтительно выбирается заливочный материал (пенопласт и др.), полимеризующийся без дополнительного повышения температуры; 2) должна быть обеспечена хорошая адгезия внутренних вибропоглощающих слоев конструкции по всей поверхности контакта; 3) поли­мерные материалы выбираются с учетом их токсичности и химичес­кой агрессивности (особенно для гермоблоков); 4) разрабатываются технологические приемы демонтажа и повторного монтажа залитого или установленного на виброизолирующий слой объекта виброизоляции, а также исправления брака при виброизоляции заливкой либо при установке на виброизолирующий слой (это не всегда требует демонтажа и повторного монтажа).

Р

347