Исследование параметров электрорадиоизделий для проведения уточненной оценки ресурса на примере высокочастотных дросселей Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

Исследование параметров электрорадиоизделий для проведения уточненной оценки ресурса на примере высокочастотных дросселей

Королев П.С., Иванов И.А., Полесский С.Н.

Национальный Исследовательский Университет «Высшая школа экономики» с1оторауе1((р,гатЫег. ги, и /уапоуСсрЛяе. ги, $ро1е$$ку(с1)}18е. ги

Аннотация. В работе анализируются данные из технических условий (ТУ) на соответствие ГОСТ по внешним воздействующим факторам на примере дросселей высокочастотных для дальнейшего расчета показателей долговечности, а именно гамма-процентного ресурса, в основу расчета которого положена методика прогнозирования показателей долговечности электрорадиоизделий (ЭРИ) с учетом условий эксплуатации и времени хранения.

Ключевые слова: долговечность, надежность, дроссель, гамма-процентный ресурс, электрорадиоизделие, минимальная наработка.

1 Введение

Статья написана в рамках научного проекта (№ 15-05-0029), выполненного при поддержке Программы «Научный фонд НИУ ВШЭ» в 2015 г.

На сегодняшний день в мире стоит острый вопрос надежности радиоэлектронных средств, обеспечение которой невозможно без анализа отдельных электрорадиоизделий. Среди ряда показателей, характеризующих изделие можно выделить долговечность. Данный показатель зависит от ряда внешних воздействующих факторов (температура, давление, влажность, вибрация и др.). В свою очередь долговечность характеризуется ресурсом, наиболее важный вклад в оценку которого вносит коэффициент жесткости условий эксплуатации Кэ, а также время хранения Тхр при расходовании ресурса. В технических условиях при указании показателей долговечности, значение Кэ усредняют или принимают равным для всех режимов эксплуатации [Справочник, 2006], Тхр часто вообще не учитывают несмотря на то, что перечисленные характеристики в значительной степени влияют на оценку минимальной наработки Тнм, а также гамма-процентного ресурса Тр.у отдельных ЭРИ и радиоэлектронных средств в целом.

2 Определение групп эксплуатации ЭРИ по ТУ и ГОСТ

Технические условия на электрорадиоизделия составляются, как правило, без указания класса аппаратуры. Определение группы эксплуатации возможно только путем анализа допустимых механических, климатических и прочих воздействий и соотнесение их с классификацией

по ГОСТ [ГОСТ РВ 20.39.304-98]. Анализ технических условий различных ЭРИ показал, что точное соответствие между данными ТУ и ГОСТ отсутствует, что приводит к необходимости выбора нескольких групп эксплуатации, соответствующих значениям физических воздействий по ТУ.

Рассмотрим дроссель высокочастотный типа ДМ по ТУ [ГИ0.477.002ТУ] и ГОСТ [ГОСТ РВ 20.39.304-98]. Составим таблицу, в которой отразим факторы и параметры, а также стадии и группы эксплуатации, заданные в ТУ и ГОСТ (см. таблицу 1).

Таблица 6. Характеристики воздействующих факторов

Синусоидальная вибрация Диапазон частот, [Гц] Ампл-да ускор-я, [M'C2(g)l

ТУ 1-2500 200 (20)

ГОСТ Стадия эксплуатации Группа эксплуатации

5-2000 100 (10) 1.3,2.1 5.1-5.4

1-2000 100 (10) 3 6.1-6.4

150 (15) 6.5-6.7

Акустический шум Диапазон частот, [Гц] Уровень звук-го давл-я, [ДБ]

ТУ 50-10000 140

ГОСТ Стадия эксплуатации Группа эксплуатации

150-10000 150 1.3-2.1 5.1-5.4

50-100 130 3 6.1-6.7

150 2 6.1, 6.5-6.7

160 6.2

170 6.3-6.4

Механический удар Одиночного воздействия Пиковое ударное ускорение, [м-с-2 (g)l Пиковое ударное ускор-е, [м-с-2 (g)l

ТУ 10000(1000) 0.2-1

ГОСТ Стадия эксплуатации Группа эксплуатации

1500(150) 0.3-1 1.3, 2.1,2.3, 2.5-2.8 5.1-5.4

по ТЗ 1 6.1-6.7

50000-800000 (5000-8000) 2 6.1-6.4, 6.6

600-1300 (60-130) 6.5

1500(150) 6.7

о

я 5

Н 69

2 3

2 о

ТУ

ГОСТ

Пиковое ударное ускорение, [м-с-2 (§)]

1500(150)

Длит-ть действия, [мс]

1-3

50 (5)

150(15)

2-10

5-10

Стадия эксплуатации

1.2

Группа эксплуатации

5.1-5.4

1.1, 1.3

4> «

о S

Я Я

о О

= §

Ч £

ТУ

гост

[м-с2 (g)l

1000(100)

Стадия эксплуатации

Группа эксплуатации

150 (15)

1.3,2.1

5.1-5.4

ТУ

и

я я

4»

ч

м «

ч

4» О

я а

4»

-в"

U

е

8

а

а» о И

я

4»

я о

В

ГОСТ

Значение при эксплуатации, [Па (мм. рт. ст.)]

6.7-109 (5)

Стадия эксплуатации

12000(90)

1.2

47000(350)

47000(300)

1.3,2.1-2.8

1.3-10-4(10б)

1.3,2.1,2.2,2.3

1.3-10"7 (10"9)

2.4, 2.5

1.3-10-п(10"13)

1.3,2.2-2.5

по ТЗ

2.6-2.8

8000(60)

670 (5)

1-3

12000(90)

60000(450)

Группа эксплуатации

5.1-5.4

5.1

5.2

5.3

5.4

5.3-5.4

6.1, 6.2, 6.4, 6.5 6.3

6.6, 6.7

1.1, 1.3

4»

е я я

4»

Э 3 в о

в

ТУ

гост

Значение при эксплуатации, [Па (мм. рт. ст.)]

294000

Стадия эксплуатации

Группа эксплуатации

13000

31000

1.1-2.8

6.1

6.2

по ТЗ

2.6-2.8

6.3-6.4

с« &

4»

В

§

4»

н

3

я я

4»

я е

В

ТУ

гост

Рабочая, [°С]

-60

-10 -50 -150

Стадия эксплуатации

1.3,2

Группа эксплуатации

5.1,5.2

5.3

5.4

-50 1-3 6.1-6.3,6.5-6.7

-40 6.4

5 1.1, 1.3

Повышенная Рабочая, [°С]

ТУ 100

ГОСТ Стадия эксплуатации Группа эксплуатации

40 1.3,2 5.1,5.2

50 5.3

120 5.4

55 1-3 6.1-6.3,6.5-6.7

50 6.4

40 1.1, 1.3

Изменение Рабочая, [°С]

ТУ от-60 до 100

ГОСТ Стадия эксплуатации Группа эксплуатации

от -50 до 5 1.2,1.3,2 5.1-5.4

от -10 до 40 5.1,5.2

от - 50 до 50 5.3

от -150 до 125 5.4

от - 50 до 50 1.1

от - 50 до 60 1.3

Повышенная влажность воздуха Относительная влажность при температуре, °С 35, [%]

ТУ 98

ГОСТ Стадия эксплуатации Группа эксплуатации

100 1-3 6.1-6.7

Анализ таблицы 1 позволяет сказать, что в ТУ значения механических и климатических параметров соответствуют нескольких группам и стадиям эксплуатации, а именно 1.1, 1.3, 5.1-5.4, 6.1-6.7. Например, значения параметра пониженной температуры соответствует всем рассматриваемым группам эксплуатации, кроме 5.4, но группа 5.4 учитывается, попадая в диапазон механического фактора - синусоидальная вибрация.

В результате проведенных исследований, сформирована таблица значений коэффициентов эксплуатации (Кэ) для всех групп эксплуатации, приведенных выше. Значения Кэ приведены в справочнике [Справочник, 2006].

В таблице 2 приведены значения коэффициента жесткости условий эксплуатации Кэ для дросселей, перекрывающие вышеперечисленные группы для того, чтобы выбрать максимальный.

Исследование параметров электрорадиоизделий

для проведения уточненной оценки ресурса на примере высокочастотных дросселей

Коэффициент Кэ выбирается максимальным, чтобы дать уточненную расчетную оценку ресурса с учетом максимального режима и режима применения.

Таблица 2. Значения коэффициента жесткости условий эксплуатации Кэ для дросселей

Значения Кэ по группам аппаратуры ГОСТ РВ 20.39.304-98

1.1 1.3-1.10 5.1,5.2 5.3, 5.4

1 18 1 4

Из таблицы 2 видно, что группы эксплуатации 6.1-6.7 не анализовались, т.к. значения Кэ для этого класса аппаратуры не приведено.

На основании таблицы 2 максимальным будет Кэ = 18.

Так как в ТУ указывается либо ТНтМ, либо Трф то согласно статье [Жаднов, 2013] гамма-процентный ресурс Тр.у ЭРИ можно преобразовать в минимальную наработку Тнж и наоборот по следующему выражению:

_ (1-од5-Жзад) (П

(1-ОД5^) 'и"

где/0.0Р0- квантиль нормального распределения для вероятности 0,999; /у -квантиль нормального распределения для вероятности у.

Для уточненной оценки ресурса ЭРИ, исходя из [ГОСТ 27.003-90], необходимо учитывать изнашивание и старение, т.е. учитывать изменение коэффициента Тхр при расходовании ресурса. Поэтому Тр./1 (уточненный) нужно оценивать по следующему выражению:

V - или (2)

Тут = д-одя-^г-дь^-нГ). Пч

где Т™- гамма-процентный ресурс, указанный в ТУ; минимальная

наработка, указанная в ТУ; Кр - коэффициент жесткости условий эксплуатации, выявленный в результате анализа ТУ и ГОСТ (максимальный); П* Щ- поправочные коэффициенты (Кр - коэффициент режима и Кпр - коэффициент приемки и др. в максимально допустимых режимах по ТУ или в условия применения); коэффициент

жесткости условий эксплуатации для применения аппаратуры в нужных условиях; Киэ- коэффициент интенсивности эксплуатации.

3 Заключение

В ходе исследования ТУ [ГИ0.477.005ТУ] дросселя типа ДМ и ГОСТ [ГОСТ РВ 20.39.304-98] был установлен факт того, что и значение минимальной наработки, и гамма-процентного ресурса для каждой группы эксплуатации не будет постоянным в силу того, что при их расчете

учитывается коэффициент жесткости условий эксплуатации, принимающий конкретное значение для каждой группы, а также время хранения, где учитывается старение и изнашивание ЭРИ.

В заключение хочется отметить, что при разработке технических условий на электрорадиоизделие, необходимо указывать условия применения ЭРИ для конкретной группы эксплуатации.

В дальнейшем предполагается разработать программу, позволяющую при вводе данных различных факторов (механических, климатических и др.) определять перечень групп эксплуатации ЭРИ, которые охватывает параметры из ТУ, что позволит снизить временные затраты на обеспечение показателей надежности.

Список литературы

[Жаднов, 2013] Жаднов В.В. Расчетная оценка показателей долговечности электронных средств космических аппаратов и систем // Надежность и качество сложных систем. 2013. №2. С. 65-73.

[ГОСТ 27.003-90] ГОСТ 27.003-90. Надежность в технике. Состав и общие правила задания требований по надежности.

[ГОСТ РВ 20.39.304-98] ГОСТ РВ 20.39.304-98. КСОТТ. Аппаратура, приборы, устройства и оборудование военного назначения. Требования стойкости к внешним воздействующим факторам.

[ГИ0.477.005ТУ] ГИ0.477.005ТУ. Технические условия. Дроссели высокочастотные типа ДМ.

[Справочник, 2006] Справочник. Надежность электрорадиоизделий, 2006.