ИСПЫТАНИЯ ИЗДЕЛИЙ АЭРОКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ В РАЗЛИЧНЫХ КЛИМАТИЧЕСКИХ УСЛОВИЯХ

Климатические испытания заключаются в выдерживании изделия в течение установленного времени в климатической испытательной камере во включенном или выключенном состоянии. Во время пребывания изделия в испытательной камере, после извлечения из нее или по истечению определенного времени, после выдержки в нормальных условиях проверяются технические параметры и проводятся электротехнические испытания с учетом климатических воздействий.

Климатические испытания проводят обычно после испытаний при нормальных атмосферных условиях, механических и электрических испытаний. В реальных условиях эксплуатации изделие подвергается одновременному воздействию комплекса климатических факторов (температуры, влажности, давления, солнечной радиации, микроорганизмов – плесневых грибков, пыли и песка, морского тумана). Искусственное создание таких условий при испытаниях представляет значительные трудности, и поэтому часто климатические испытания проводят на установках по каждому климатическому фактору в отдельности или же одновременно по двум-трем климатическим факторам. Особенно распространены комбинированные камеры тепла и влаги, позволяющие воспроизводить условия тропической влажности, камеры холода и давления для воспроизведения условий верхних слоев атмосферы и более сложные камеры тепла, холода и давления.

Комплексные испытания в комбинированных камерах предпочтительнее, так как климатические условия в них больше соответствуют реальным условиям эксплуатации.

Степень воздействия климатических факторов определяется не только абсолютными значениями температуры, влажности, давления, но и скоростью их изменения.

Большое значение имеет порядок проведения испытаний, ибо устойчивость изделий к воздействию климатических и механических факторов определяется главным образом устойчивостью электротехнических параметров изоляции. Трещины и увеличение капилляров изоляции, возникающие в процессе механических испытаний, ослабляют изоляцию. Это ослабление усугубляется циклическим воздействием температур и выявляется при испытании на влагоустойчивость. Замораживание воды в трещинах и капиллярах, происходящее во время испытания холодоустойчивости, приводят к дальнейшему разрушению изоляции, которое выявляется при последующих испытаниях. Такой порядок проведения испытаний эффективно выявляет скрытые дефекты, наиболее жестко воздействуя на изделия.

3.1 ВИДЫ КЛИМАТИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ

Климатические испытания характеризуются последовательностью, значениями климатических факторов и временем их действия. В комплекс климатических испытаний входят испытания на:

а) теплоустойчивость при температуре от +50 до +65ºС (323…338 К) в течение 4…10 час;

б) холодоустойчивость при температуре от ─10 до ─60ºС (263…213 К) в течение 4…6 час;

в) влагостойкость в условиях тропической влажности (температура 40ºС, относительная влажность воздуха 95…98%) в течение 48…96 час;

г) влагостойкость при температуре 32ºС и относительной влажности 95…98% в течение 15…30 суток;

д) брызгозащищенность в течение 2 час;

е) водонепроницаемость в течение 1 час;

ж) устойчивость к воздействию инея и росы в течение 2час;

з) высотность при пониженном атмосферном давлении в течение 30 мин;

и) грибоустойчивость, т.е. на защищенность от разрушающего действия микроорганизмов при длительном воздействии (30 суток) температуры +30ºС и относительной влажности 98% в затемненной камере;

к) защищенность от действия солнечной радиации;

л) устойчивость от действия морского тумана.

Нормы испытательных режимов (температура, относительная влажность, давление, продолжительность и т.п.) устанавливают по видам и группам изделий (наземная, самолетная, космическая, корабельная) в зависимости от вида испытаний (влагостойкость, холодоустойчивость, высотность, теплоустойчивость и т.п.).

Нормы испытательных режимов определяются ТУ на изделия или нормалями.

Соблюдение режимов, последовательности испытаний и времени выдержки аппаратуры в нормальных условиях после проведения климатических испытаний очень важно.

Перед каждым видом испытаний и после него проверяют работоспособность аппаратуры. В случаях, предусмотренных ТУ, в процессе измеряют параметры испытываемого изделия и сравнивают их с допустимыми значениями.

3.2. МЕТОДИКА ИСПЫТАНИЙ ИЗДЕЛИЙ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Испытания на теплоустойчивость.Испытания проводят для проверки работоспособности и сохранения их внешнего вида при воздействии повышенной температуры и после него.

Существуют два метода испытания на воздействие повышенной температуры:

- под термической нагрузкой;

- под совмещенной нагрузкой (термической и электрической).

При первом методе испытывают нетепловыводящие изделия, температура которых в процессе эксплуатации зависит только от температуры окружающей среды; при втором тепловыделяющие изделия, которые в рабочем состоянии нагреваются за счет мощности, выделяемой под действием электрической нагрузки.

При испытании под совмещенной нагрузкой изделия помещают в камеру и испытывают при нормальной или максимально допустимой для них электрической нагрузке, соответствующей верхнему значению температуры внешней среды и устанавливаемой в зависимости от степени жесткости испытаний.

Часто степень жесткости определяется не только температурой испытания, но и временем выдержки изделия при этой температуре, которое выбирают из ряда 2, 16, 72, 96 часов.

Обычно испытания на воздействие повышенной температуры проводят в следующем порядке:

- выполняют первое измерение необходимых параметров изделия и температуры контролируемых точек в нормальных климатических условиях;

- помещают изделие в камеру тепла (тепловыделяющие – при электрической нагрузке, нетепловыделяющие – без нее) и выдерживают при рабочей температуре в течение времени, установленного в ТУ;

- выполняют второе измерение оговоренных в ТУ параметров изделия;

- температуру в камере повышают до предельного значения для изделий данной группы и выдерживают изделие при этой температуре в течение 6 часов;

- включают изделие (если оно испытывалось в выключенном состоянии) и выдерживают в течение времени заданном в ТУ;

- выполняют третье измерение параметров;

- сравнивают данные второго и третьего измерения и решают вопрос о прекращении или продолжении испытаний.

Мощность и теплоемкость испытательной камеры должна быть такова, чтобы при кратковременном открывании дверей камеры на 1 – 2 минуты температура в камере не изменялась более чем на 10ºС и восстанавливалась до исходного значения на более чем за 15 мин. Температура должна поддерживаться постоянной с точностью ±2ºС; перепад температур в различных точках камеры должен быть не более ±2%.

Испытания на холодоустойчивость.Испытания обязательны для изделий, работающих в любых условиях эксплуатации, и проводятся с целью определения устойчивости параметров изделия к действию низких температур. Выключенное изделие выдерживается в камере холода в течение 2 – 4 часов при температуре ─60ºС. После полного охлаждения изделия (по всему объему) производится проверка требуемых параметров. Во избежание образования инея и росы выключенное изделие выдерживают в камере холода еще 3 – 4 часа, в течение которых температура в камере постепенно повышается до нормальной, после чего производят внешний осмотр и измерение требуемых параметров.

Создание холода в камере низких температур основано на отводе тепла из камеры. В качестве хладагента используют жидкости. Испаряющиеся и поглощающие наибольшее количества тепла при парообразовании (фреон, аммиак, и др.).

В камерах с непосредственным охлаждением, называемых криостатами, температура понижается за счет введения внутрь камеры хладагента. В качестве последнего применяют жидкий кислород или жидкий азот, а также твердую углекислоту (сухой лед). В рабочем пространстве камеры с помощью жидкого кислорода можно получать температуры до ─170ºС, с помощью жидкого азота до ─120ºС, а с помощью твердой углекислоты до ─70ºС. Достоинство криостата – простота конструкции.

При испытании устойчивости к действию инея и росы выключенное изделие выдерживается течение 2 часов при температуре ─20±5ºС; после чего оно извлекается из камеры и включается на 3 часа. При этом сразу же после включения и через каждые 30-60 мин производится измерение параметров изделия, работающего в условиях инея и росы.

Испытания на устойчивость к циклическому изменению температур.Обязательны для изделий, устанавливаемых вне стационарных помещений и на летательных аппаратах. В ходе этих испытаний невключенное изделие подвергается воздействию трех температурных циклов, следующих непрерывно друг за другом. Каждый цикл состоит из выдержки при пониженной температуре (─60ºС) и при повышенной температуре (от 80 до 250ºС). Время выдержки колеблется от 1 до 6 часов. По окончании последнего цикла испытаний изделие выдерживается в нормальных климатических условиях в течение времени, достаточного для его охлаждения, после чего производят внешний осмотр и измерение требуемых параметров.

Для испытания в условиях низких и высоких температур с одновременным понижением давления применяют термобарокамеры. Их устройство, технические характеристики рассмотрены ниже.

3.3 ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ В УСЛОВИЯХ РАЗЛИЧНЫХ ТЕМПЕРАТУР

Проверка работы приборов при температуре до +80⁰ С (353⁰ К), а также сушка приборов после их испытаний при повышенной относительной влажности или после испытания при отрицательной температуре производится в термостатах (сушильных шкафах).

Термостат.Устройство представляет собой застекленный ( с двойными стеклами) шкаф, полезный объем которого достигает 1 – 2 м³. Нагревательными элементами являются спирали из константановой проволоки, намотанные на стержни из керамики и закрытые кожухами. Нагреватели располагаются обычно в нижней части шкафа. С помощью мощных вентиляторов осуществляется циркуляция воздуха внутри шкафа. Внутри рабочей камеры в каждом из углов подвешены термометры. Постоянная температура внутри рабочей камеры поддерживается терморегулятором.

Мощность и теплоемкость испытательной камеры должна быть такова, чтобы при кратковременном открывании дверей камеры на 1 – 2 минуты температура в камере не изменялась более чем на 10ºС и восстанавливалась до исходного значения на более чем за 15 мин. Температура должна поддерживаться постоянной с точностью ±2ºС; перепад температур в различных точках камеры должен быть не более ±2%.

Камеры тепла. Для испытаний изделий аэрокосмической техники на воздействие повышенной температуры служат серийно выпускаемые отечественной промышленностью камеры тепла типа КТ с рабочим объемом 0,05 – 1м³ и диапазоном изменения 40 – 350⁰С. В случае необходимости камеры обеспечивают подключение электрических сигналов и измерение параметров изделия.

На рис.3.1 показана схема камеры тепла типа КТ.

Для нагрева воздуха в рабочем объеме камеры 4 служит нагреватель 6. Чтобы температура по всему объему камеры была одинакова, то есть для хорошего теплообмена между нагревателем и воздухом в камере, воздух от нагревателя продувается вентилятором 7 и по воздухопроводу 5 поступает в рабочий объем, где размещают испытуемые изделия. Заслонка 1, которая управляется регулятором температуры РТ, служит для регулировки температуры в камере. Терморезисторы R1 – R3 служат датчиками для регулирования температуры. В двери 2 имеется окно 3.

Рис. 3.1. Схема камеры тепла типа КТ

Камера может работать в ручном и автоматическом режимах. Включение режимов работы камеры осуществляется с помощью блока управления БУ.

Камера тепла обычно выполняется в виде шкафа, верхняя часть которого является рабочим объемом, а в нижней расположены: силовой блок СБ, блок аварийного отключения БАО и панель управления.

Термобарокамера.Устройством для испытания приборов в условиях как низких, так и высоких температур является термобарокамера.

Низкие температуры в такой установке достигаются при помощи многоступенчатого компрессорного холодильного агрегата, а высокие – с помощью электрически нагреваемых калориферов. Вакуумный агрегат, состоящий из двух вакуум-насосов, обеспечивает понижение давления в камере.

Принцип действия термобарокамеры виден из схемы приведенной на рис. 3.2.

Понижение температуры достигается путем дросселирования хладагента (фреон-12 или фреон-22), который находится в постоянной циркуляции. Так как обычный одноступенчатый холодильный агрегат не обеспечивает достаточного понижения температуры в камере, то в данной термобарокамере предусмотрен трехступенчатый агрегат, где в ступени низкого давления работает два компрессора, а в ступенях среднего и высокого давления – по одному компрессору.

Из конденсаторов 15 жидкий фреон через вентили 37, сушильные патроны 19 и жидкостной фильтр 7 попадает в автоматический впрыскивающий агрегат 4, состоящий из поплавкового вентиля высокого давления и впрыскивающих форсунок 6. На форсунках этого агрегата жидкий фреон разрежается до давления испарения, причем частично испаряется, а основное его количество охлаждается до температуры, зависящей от давления в испарителе.

Охлажденный разреженный жидкий фреон поступает в каскадный испаритель 2, где испаряется, и компрессоры низкого давления отсасывают пары фреона через отделитель жидкости 3. Здесь захваченные частицы жидкого фреона улавливаются, а в дальнейшем всасывающий фильтр 18 улавливает загрязнения.

Первое повышение давления паров осуществляется в ступени низкого давления. После выхода из компрессоров 9 пары попадают в переохладитель низкого давления 13 через маслоотделитель низкого давления 16. С помощью поплавкового масловозвратного вентиля 17 масло, собирающееся в маслоотделителе низкого давления, возвращается в картер компрессоров низкого давления, тогда как масло из переохладителя низкого давления возвращается через угловой запорный вентиль 39 в этот компрессор.

Для дальнейшего повышения давления пары фреона с помощью компрессора среднего давления 10 отсасываются через всасывающий фильтр 18. В ступени среднего давления повторяется тот же процесс, но теперь через маслоотделитель 16, переохладитель среднего давления 14 и всасывающий фильтр 18 пары отсасываются компрессором высокого давления 11 для последнего повышения давления. Затем пары нагнетаются в маслоотделитель высокого давления 12. Выйдя из этого маслоотделителя, пары фреона, находящиеся под высоким давлением, попадают в конденсатор, где сжижаются с помощью охлаждающей воды.

Отсюда циркуляция хладагента начинается снова. Водорегулирующий вентиль регулятора 20, в зависимости от конечного давления сжатия, автоматически регулирует поступление охлаждающей воды к конденсатору и двум переохладителям.

Рабочая камера снабжена внутренним освещением и соединительными клеммами для 32 проводов. Электрокалориферы и два датчика температуры для самописца и контактного регулятора температуры расположены под полом рабочей камеры.

Циркуляция воздуха в камере обеспечивается вентилятором. Правильное расположение отверстий для входа и выхода воздуха и направляющих перегородок при достаточной циркуляции воздуха позволяет получить равномерное распределение температур в рабочей камере.

Загрузка камеры производится через застекленную дверь. Для устранения влаги в камере предусмотрены сушильные желобы, наполненные селикагелем.

На задней стенке камеры установлен впрыскивающий агрегат, клеммные доски для измерительных проводов и другое оборудование. Все приборы закрыты кожухом, в торце которого имеется смотровое окно.

Рис. 3.2. Схема устройства термобарокамеры

В случае необходимости понизить давление в камере желаемый вакуум достигается вакуумной установкой, состоящей из двух насосов 21. Рабочая камера установки сама по себе негерметична, для испытания изделий под вакуумом она должна быть преобразована в вакуум-котел. Для этого к лицевой стороне камеры подкатывается с помощью ходового механизма днище так, чтобы выступ днища равномерно прилегал к резиновой прокладке, расположенной на торце корпуса камеры.

К воздухопроводу между вакуумным насосом и вакуум-котлом испытательной камеры присоединен сушильный фильтр 22, заполненный силикагелем и снабженный электрическим калорифером.

Необходимо, чтобы после окончания испытаний под вакуумом воздух поступал в вакуум-котел медленно и обязательно через воздушные фильтры.

Все обслуживающие, записывающие и контрольные приборы размещены на передней панели электрораспределительного пульта, при помощи которого можно проводить испытания вручную или автоматически.

При повышении рабочего давления в линии хладагента холодильный агрегат автоматически выключается с помощью блокировочных устройств, что исключает возможность чрезмерного повышения давления.