1.6. Механические испытания аэрокосмической техники

Большинство изделий аэрокосмической техники в процессе эксплуатации и при транспортировке подвергаются различным механическим воздействиям. Результатом такого воздействия является возникновение вредного колебательного процесса, получившего название вибрации. Вибрацией принято также называть колебательное движение, воспроизводимое с испытательной целью специальными устройствами - вибрационными стендами и вибраторами. Частным случаем импульсной вибрации является одиночный механический импульс, называемый ударом. В зависимости от целей испытаний на воздействие вибрационных и ударных нагрузок различают проверку на прочность и на устойчивость.

Цель проверки на прочность – установление способности изделия противостоять разрушающему влиянию механических воздействий и продолжать после их прекращения нормально выполнять свои функции. Цель проверки на устойчивость – установление способности изделия выполнять свои функции и сохранять электрические параметры при механических воздействиях в пределах норм, указанных в ТУ.

К механическим испытаниям относится проверка работы изделия в условиях воздействия на него механических факторов, создаваемых в реальной обстановке или с помощью специальных испытательных устройств. Механические испытания включают проверку вибропрочности, виброустойчивости, ударной прочности, устойчивости к воздействию центробежного ускорения и ускорений, возникающих при транспортировке.

Механические испытания проводятся в нормальных климатических условиях, кроме особо оговоренных случаев. Как правило, проверяемые изделия закрепляют на испытательных стендах так же, как это делается при эксплуатации.

Испытания вибропрочности проводят на одной частоте вибрации с целью выявления грубых технологических дефектов и в заданном диапазоне частот с целью проверки способности изделия противостоять разрушающему действию вибрации и выполнять свои функции во время и после действия вибрации.

Вибрация создается методом качающейся частоты или методом фиксированных частот. Осмотр внешнего вида и проверку параметров изделия производят до и после испытания.

Испытания на виброустойчивость проводят с целью проверки способности изделий выполнять свои функции и сохранять параметры в пределах установленных норм в условиях вибрации в заданном диапазоне частот и ускорений. Проверка виброустойчивости изделий проводится обычно при плавном изменении в течение 3-5 мин частоты от нижнего предела до верхнего и обратно.

В ряде случаев изделия подвергаются также испытаниям для обнаружения резонанса конструктивных элементов. Также следует упомянуть об испытаниях изделий на акустическую устойчивость, когда проверяется способность изделия выполнять свои функции и сохранять установленные параметры в заданных пределах при воздействии акустических шумов, предусмотренных ТУ.

Испытания на ударную прочность проводятся с целью проверки способности изделия противостоять разрушающему действию ударов и выполнять свои функции после их воздействия. В отличие от этого испытания на ударную устойчивость преследуют цель проверки способности изделия выполнять свои функции при воздействии ударных нагрузок.

Испытания ударной прочности и устойчивости выполняются на ударных стендах, сообщающих проверяемому изделию, находящемуся во включенном состоянии, определенное количество ударных ускорений, величину которых, как и продолжительность импульса, устанавливают в зависимости от веса прибора.

В ряде случаев производятся также испытания на устойчивость изделия к воздействию одиночных ударов с большим ускорением для проверки его способности противостоять действию таких ударов и выполнять свои функции в процессе и после их воздействия.

Испытания на прочность при падении выполняются с целью проверки отсутствия разрушений в конструкции и целостности креплений элементов при возможных падениях.

Устойчивость изделий к воздействию центробежных ускорений проверяют на центрифугах, обычно включив изделие и выдерживая заданную величину ускорения примерно в центре тяжести испытуемого изделия. Время разгона и остановки центрифуги в продолжительность испытаний не включают.

При заданной величине ускорения Јц (в единицах ускорения силы тяжести) и выбранном расстоянии R (см) от центра тяжести изделия до центра вращения платформы число оборотов центрифуги в минуту определяют по формуле

___________

/ Jц

n = √ ─────6── .

11,2·10‾ R

Расстояние r (см) от центра тяжести груза противовеса до центра вращения находят в зависимости от массы испытуемого изделия Ρ, груза противовеса Q и расстояния R:

Ρ R

r=─────.

Q

Испытания на наличие и отсутствие резонансных частот проводят с целью проверки механических свойств изделия и получения исходной информации для выбора методов испытаний на виброустойчивость, вибропрочность, на воздействие акустического шума, а также для выбора длительности действия ударного ускорения при испытаниях на воздействие механических ударов одиночного и многократного действия.

Значения резонансных частот конструкции, выявленные в процессе испытаний, должны быть указаны в стандартах и ТУ на изделие.

Испытания проводят на отдельной выборке изделий, равной 3 – 5 шт. Вибрационная установка должна обеспечивать получение синусоидальных колебаний во всем диапазоне частот, установленном в стандартах и ТУ на изделие.

Испытания проводят в диапазоне частот 0,2 f_р – 1,5 f_р , но не выше 20000 Гц, где f_р – резонансная частота, определяемая методом расчета или на основании испытаний аналогичной конструкции. Если не известно ориентировочное значение резонансной частоты, то испытания проводят в диапазоне частот 40 – 20000 Гц или до частоты, установленной в стандартах и ТУ на изделие.

Поиск резонансных частот проводят путем плавного изменения частот при поддержании постоянной амплитуды ускорений. Амплитуда ускорения должна быть минимально возможной, но достаточной для выявления резонанса и не превышать амплитуду ускорения, установленную для испытания на вибропрочность.

Испытания на воздействие акустического шума проводят с целью определения способности изделия выполнять свои функции и сохранять свои параметры в пределах норм, указанных в стандартах и ТУ на изделие, в условиях воздействия повышенного акустического шума.

Испытания проводят одним из следующих методов:

- испытания путем воздействия на изделие случайного акустического шума;

- испытания путем воздействия на изделия акустического шума меняющейся частоты.

При первом методе испытательная установка должна обеспечивать получение случайного акустического шума в диапазоне частот 10000 Гц при уровне звукового давления, соответствующем требуемой степени жесткости.

Испытания проводят в реверберационной акустической камере. Предпочтительна камера в форме неправильного пятиугольника, причем размер стороны пятиугольника должен не менее чем в два раза превышать наибольший габаритный размер изделия.

Крепление изделий или приспособлений с изделиями производят в рабочей зоне камеры на эластичных растяжках (резиновые шнуры, полосы и т.п.). Резонансная частота приспособления, если оно применяется, должна быть не ниже 15 КГц.

Испытания проводят под электрической нагрузкой путем воздействия акустического шума в диапазоне частот 125 – 10000 Гц, при общем уровне шума в пределах 130 – 170 дБ.

В процессе испытания проводят контроль параметров изделий. Рекомендуется выбирать такие параметры, по изменению которых можно судить об устойчивости изделия к воздействию акустического шума (например, уровень виброшумов, искажение выходного сигнала или изменение его значения, целостность электрической цепи, изменение контактного сопротивления и т.д.).

При втором методе испытательная установка должна обеспечивать получение акустического шума меняющейся частоты в диапазоне 125 – 10000 Гц при уровне звукового давления, соответствующем требуемой степени жесткости.

Испытания проводят под электрической нагрузкой путем воздействия тона меняющейся частоты в диапазоне частот 200 – 1000 Гц. Уровень звукового давления должен лежать в пределах 120 – 160 дБ.

Испытания проводят при плавном изменении частоты по всему диапазону от низшей к высшей и обратно (один цикл) в течение 30 мин, если большее время не требуется для контроля параметров изделия. В процессе испытаний проводят контроль параметров изделий.

Испытания изделия на прочность при транспортировании выполняются с целью проверки их способности противостоять разрушающему действию механических нагрузок, возникающих при их перевозке любым транспортом на любое расстояние.

Испытания устойчивости изделия к воздействию ускорений, возникающих при перевозке, производят либо с помощью вибрационных и ударных установок, позволяющих имитировать соответствующие ускорения, либо непосредственным транспортированием изделий, упакованных в принятую для транспортировки тару, на грузовых автомобилях. Грузовые автомобили передвигаются по булыжным или грунтовым (проселочным) дорогам с установленной скоростью (например,20-30 км/час) на определенное расстояние (не менее 200 км). После испытания изделия осматривают и производят измерение параметров, указанных в ТУ. Иногда осмотр испытуемых изделий рекомендуется производить через каждые 100 км пробега.