Испытание на невесомость

Обычно предусматриваются испытания по проверке влияния невесо­мости на свойства безотказности и долговечности (исследовательские испытания) или по оценке соответствия этих свойств требованиям ТУ (в категории периодических испытаний).

Для исследовательских испытаний по безопасности могут исполь­зоваться полеты самолетов по специальным траекториям или полеты КА. На самолетах проводятся испытания на кратковременное воз­действие невесомости, позволяющее оценить безотказность ОИ. Для проведения таких испытаний изделия вместе с измерительными при­борами, фиксирующими значения параметров, предусмотренных ТУ, размещаются в контейнерах, крепящихся к бортам самолета с помо­щью специальных растяжек. Эти растяжки обеспечивают «плавание» контейнера в процессе полета и «зависание» при достижении невесо­мости при полете самолета по заданной траектории.

Если ОИ предназначен для установки на внешней поверхности КА, то контейнер вакуумируется (для устранения конвективного теп­лообмена). При размещении ОИ в условиях эксплуатации в гермети­зированном отсеке контейнер заполняется инертным газом, обеспе­чивающим конвективный теплообмен.

Самолет в процессе испытания выполняет полет по кеплеровс — ким траекториям. При движении по одной из траекторий со скорос­тью 465 км/ч полная невесомость длится в течение 12—15 с. При ско­рости 800 км/ч невесомость длится 34 с, при сверхзвуковых скоростях — примерно 4 мин.

Важными элементами подготовки к проведению описываемых испытаний является обеспечение правильности крепления изделия и его термоизоляции, соблюдения специфических условий регистра­ции. Крепление изделия должно обеспечивать:

• необходимую амортизацию вибраций на все время до и после достижения невесомости и полное «отключение» амортизации и механической связи с бортами самолета при достижении не­весомости;

• реальное ухудшение охлаждения за счет нарушения конвектив­ного теплообмена, поэтому изделие в тепловом отношении дол­жно быть «отключено» от теплопроводящих масс (в частности, нежелательно использование металлических опор или растяжек).

Специфика условий регистрации состоит в том, что параметры изделия, по значениям которых судят о его годности, должны фик­сироваться с момента перехода изделия в состояние невесомости и в течение всего времени нахождения в этом состоянии. В связи с этим начало и окончание фиксации параметров проводят тогда, когда бор­товые акселерометры фиксируют нулевые ускорения по всем осям координат.

Кратковременное состояние невесомости может достигаться сбрасыванием контейнера с изделием в шахту или с башни. Перед сбросом контейнер должен длительное время находиться в состоя­нии покоя, чтобы не вызвать ложные отказы в каналах жидких тепло­носителей. Например, он может помещаться на платформу, «плава­ющую» в ртутной ванне. Высота падения выбирается такой, чтобы компенсировать влияние аэродинамического торможения. В неко­торых случаях контейнер сбрасывают в трубу с предварительно отка­чанным воздухом, чтобы уменьшить влияние силы аэродинамичес­кого торможения.

Длительность пребывания изделий в состоянии невесомости оп­ределяется: временем срабатывания или отпускания элементов, пе­реходящих из одного состояния в другое под действием силы тяжести полностью или частично (реле, подвижные контакты, клапаны и т. п.); постоянной времени тепловых переходных процессов наиболее теп­лонагруженных частей изделий, охлаждение которых достигается в основном за счет конвективного теплообмена (мощные транзисторы и тиристоры, жидкокристаллические индикаторы и т. п.).

Исследовательские испытания на долговечность проводятся путем установки изделий на КА с измерением параметров в состоянии не­весомости при движении КА по орбите (при этом измерения не про­водятся при маневрах КА на орбите, переходах с одной орбиты на другую, стыковках КА друг с другом и в других случаях появления линейных или вращательных ускорений).

При длительных испытаниях на воздействие невесомости (несколь­ко суток) наличие даже небольших ускорений, например при враще­нии КА, может вызвать большие погрешности в оценке результатов. В связи с этим обычно ведутся непрерывные записи значений уско­рений по показателям бортовых акселерометров (например, в виде кольцевых лазерных гироскопов) и измеряемых параметров ОИ. Со­поставление этих записей позволяет исключить погрешности, выз­ванные изменением значений параметров изделий при появлении ускорений.

Моделировать воздействие невесомости ухудшением конвектив­ного теплообмена можно при оценке работоспособности только наи­более теплочувствительных узлов, блоков и элементов изделий. Ухуд­шение теплообмена достигается установкой «тепловых преград» (например, в виде лабиринтов из теплопроводящих металлов или пе­регородок из композитов с плохой теплопроводностью) или сниже­нием эффективности обдува (уменьшением частоты вращения двига­теля вентилятора, поворотом его лопастей и т. п.) теплочувствитель­ных составных частей изделий.

При монтаже объектов испытаний особое внимание должно быть уделено тепловым потокам и тепловым контактам. Тепловые потоки должны в точности соответствовать реальным эксплуатационным ус­ловиям, поэтому их необходимо контролировать путем измерения температуры корпуса, печатной платы или выводов интегральных схем для наиболее термочувствительных блоков и узлов изделий. Тепло­вые контакты осуществляются главным образом между корпусом объекта испытаний и крепящим кронштейном (стойкой, панелью). Здесь важно соблюсти соответствие реальным условиям — равенства площади теплового контакта, массы теплоотвода, его охлаждающей поверхности и градиента температуры. В частности, наличие плен­ки между поверхностями теплового контакта приводит к большим погрешностям в оценке результатов испытаний.

При испытаниях на воздействие невесомости в качестве измеряе­мых параметров изделий используются записываемые в ТУ парамет­ры функционирования (при проведении приемочных испытаний) и (или) дополнительные диагностические параметры (для исследова­тельских и квалификационных испытаний). В качестве диагности­ческих параметров для оценки влияния невесомости используют гра­диенты температуры по поверхности изделия, усилие перемещения, коэффициент трения (для электромеханизмов), скорость, давление или расход газа или жидкости (для каналов теплоносителей и анало­гичных каналов другого назначения). Для всех ОИ с перемещающи­мися массами важными параметрами являются: скорость перемеще­ния, наличие гистерезиса кривых «перемещение-время воздействия усилия», «перемещение-усилие» и т. п.

Погрешности испытательного режима определяются «остаточным» ускорением в моменты выхода на невесомость и отклонением темпе­ратуры ОИ от установленной в нормативной документации на прове­дение испытаний. Считается, что «остаточное» линейное и угловое ускорения в состоянии невесомости не должны превышать 5% земно­го ускорения (g) для сравнительно малогабаритных изделий (линей­ный размер не более 100 мм). Для крупногабаритных изделий (ли­нейный размер более 100 мм) угловое ускорение для наиболее Удаленной от центра вращения точки в момент невесомости должно быть не более 0,05 g.

Если в нормативной документации не заданы допустимые откло­нения температуры, то для всех составных частей ОИ при всех испы­таниях оно не должно превышать 0,1 °С, кроме особо термочувстви­тельных частей при испытаниях на долговечность, где отклонение (в связи с длительным воздействием) должно быть не более 0,05 °С.