Факторы, влияющие на характер конструкции ЭС

На характер конструкции ЭС в большинстве случаев оказывают влияние следую­щие факторы:

• функциональное назначение всей системы, подсистем и отдельных устройств;

• частотный диапазон;

• уровень конструкторской иерархии;

• тип производства.

Если в прошлом веке ЭС использовались, в основном, для связи, то в настоящее время они широко применяются в различных областях: для радиовещания, телеви­дения, связи; управления производством и технологическим оборудованием; управ­ления космическими объектами и системами вооружения (космическими станциями, радиолокационными установками, управляемыми ракетами и т. д.); построения ин­формационных систем; диагностирования в медицине; звуковоспроизведения, и т. д. Иногда часть сложного ЭС размещается в стационарных условиях, а часть — на борту транспортного средства (наземного, авиационного, космического, ракетного).

Многообразие функциональных систем обусловлено тем, что, в общем случае, сложное ЭС включает в себя следующие подсистемы: сбора информации; содержащие различные датчики и линии связи; приема и передачи информации; обработки инфор­мации (с устройствами памяти); связи с человеком-оператором; питания; обеспечения нормальных режимов эксплуатации (защита от влаги, тепла, механических и биоло­гических воздействий, радиации и т. д.). Подсистемы, в свою очередь, состоят из от­дельных устройств: передатчиков, приемников ЭВМ, и т. д.

Разнообразие применений ЭС, наличие в них подсистем и отдельных устройств определяют специфику и большое число вариантов конструкции ЭС. Особенно боль­шое влияние на конструкцию ЭС оказывает функциональное назначение, поскольку оно, в частности, определяет характер и интенсивность дестабилизирующих факторов (см. гл. 4.8 настоящего пособия). Особую группу дестабилизирующих факторов состав­ляют воздействия, вызванные космической и ядерной (от реакторов и атомных двига­телей) радиацией, ядерными взрывами (облучение потоком гамма-'квантов, быстрых нейтронов, протонов, дейтронов).

На характер конструкции ЭС оказывают влияние также такие факторы, как регу­лярность использования изделия (одно- или многоразовое), режим работы (автомати­ческий или автоматизированный), характер ремонтной базы и квалификация обслу­живающего персонала, серийность производства, патентоспособность конструкции, требования к стоимости изготовления и т. д.

4.7.2. Конструкции наземных стационарных ЭС

Наземные стационарные ЭС применяются в широковещательных радио- и телеви­зионных передающих станциях, вычислительных системах для научных исследова­ний, наземных частях систем спутниковой связи, электронных и квазиэлектронных АТС, системах управления воздушным движением, аппаратуре координационно­вычислительных центров космических исследований, системах автоматизированного проектирования и подготовки производства, системах управления технологическим оборудованием и т. д. Эти ЭС, как указывалось, состоят из большого числа сложных подсистем и отдельных устройств, часть которых работает в автоматическом режиме, а часть — во взаимодействии с человеком-оператором.

К месту установки они обычно доставляются упакованными. Поэтому такие меха­нические воздействия, как вибрации и удары, вызванные транспортированием, при разработке конструкции стационарной ЭС можно не учитывать (если это специально не оговорено техническими требованиями). Не предусматривается также возможность падения и погружения в воду. На ЭС, предназначенные для работы в отапливаемом по­мещении, не предусматривается воздействие инея и росы, дождя и воздушно-пылевого потока. Таким образом, требования устойчивости к дестабилизирующим факторам для этого вида ЭС гораздо менее жесткие, чем для транспортируемых или носимых ЭС.

Так как к массе и габаритам стационарных ЭС не предъявляется жестких требо­ваний, то несущие.конструкции могут выполняться из стали, а элементная база мо­жет быть корпусной (с индивидуальной корпусной защитой отдельных ЭРИ). В то же время стационарные ЭС специального назначения должны быть устойчивы к сейс­мическим воздействиям, которые могут быть вызваны землетрясением или атомным взрывом. Стационарные ЭС рассчитаны на длительные сроки эксплуатации. Использо­вание ЭРИ, ИМС в герметичных корпусах облегчает замену вышедших из строя ЭРИ. Сложность электрической схемы, многообразие выполняемых ЭС функций приводят к сложности конструкторской реализации, что обусловлено большим числом аналого­вых и цифровых узлов устройств памяти, источников питания (иногда автономных), различных электромеханических периферийных устройств.

Конструктивно стационарные ЭС обычно состоят из большого числа стоек, шкафов, пультов, тумб, блоков, периферийных устройств (дисплеев, печатающих устройств, графопостроителей, антенн и т. д.). В ряде случаев отдельные устройства системы могут быть разнесены в пространстве. Для обеспечения взаимодействия отдельных устройств системы используют кабельные линии связи или кабельные линии и радио­каналы. Сложностью конструкции наземных ЭС обусловлены их большие габариты, масса, стоимость и энергопотребление, которые ограничиваются только стоимостью эксплуатации (площадь используемых помещений, расход материалов и электроэнер­гии и т. д.).

Высокая стоимость стационарных ЭС предполагает продолжительную эксплуата­цию и, в свою очередь, высокую ремонтопригодность и возможность модернизации эксплуатируемых ЭС по мере необходимости. Особенностью стационарных ЭС явля­ется также то, что отдельные устройства (передатчики, приемники, процессоры, запо­минающие устройства, устройства питания, блоки отображения информации и т. д.) разрабатываются различными ведомствами, что приводит к большому разнообразию конструкторских решений.

Радиопередающие устройства

Радиопередающие устройства (РПУ) связи и вещания являются типичным приме­ром наземных стационарных ЭС. Они выполнены в виде комплекса, предназначенного для преобразования энергии источников питания в энергию радиочастотных колеба­ний и управления последними с целью передачи информации в открытое простран­ство. Мощность, подводимая к антенне, составляет от 0,1 кВт до нескольких мегаватт (для связных устройств — в режиме нажатого ключа, для вещательных — в режиме «молчания»). Стационарные РПУ являются устройствами не только информацион­ными, но и энергетическими, поэтому в их состав входят не только усилители и мо­дуляторы, но и генераторы, а также устройства питания, охлаждения, контроля. Для питания РПУ используется подающаяся по двум высоковольтным линиям (основной и резервной) сети трехфазного переменного тока частотой 50 Гц и напряжением 110,

35, 11 или 6 кВ. Понижение до 6 кВ осуществляется специальной подстанцией. Для питания РПУ используются выпрямители напряжениями 5... 12 кВ для анодных це­пей выходных каскадов, 1...5кВ для промежуточных каскадов и экранных сеток,

300.. . 1000 В для маломощных каскадов предварительных усилителей и стабилизиро­ванных выпрямителей задающих генераторов; 27 В для цепей автоматики.

К основным ЭРИ РПУ относят генераторные лампы, индуктивности и емкости (в том числе перестраиваемые). Так как в выходных каскадах выделяется значитель­ное количество теплоты (КПД РПУ мощностью 30...250 кВт составляет около 45 %), то элементы РПУ имеют значительные размеры, а от генераторных ламп теплота отво­дится с помощью воздушного, водяного или испарительного охлаждения.

Р, кВт Рис. 4.7.1. Зависимость мощности от частоты для различных электронных приборов

Для генерации высокочастотных колебаний в РПУ можно использовать различ­ные электронные приборы (рис. 4.7.1), однако наиболее распространенными при мощ­ностях 500... 1000 кВт (вплоть до сантиметровых волн) являются генераторные элек­тровакуумные лампы с металлостеклянным или с металлокерамическим корпусом (рис. 4.7.2).

Рис. 4.7.2. Металлокерамическая генераторная лампа

При воздушном охлаждении радиаторы ламп размещаются в потоке воздуха. Си­стема воздушного охлаждения охватывает все стойки РПУ. Недостатком воздушной системы охлаждения является то, что она может быть использована для передатчиков или их частей мощностью до 150 кВт.

При больших мощностях используется жидкостная или испарительная система. В обоих случаях аноды ламп помещаются в бак с водой. В испарительной системе охлаждения для исключения образования паровой пленки в ребрах радиатора дела­ются поперечные прорези. В жидкостной системе перекачивающие насосы в первом и втором контурах условно не показаны. В испарительной системе для уменьшения шума конденсатор пара с воздушным радиатором и вентилятором располагают вне по­мещения, а конденсат возвращается в бак самотеком. В ряде случаев охлаждение всех компонентов высокочастотного блока может осуществляться с использованием жид­кого диэлектрика.

Многие РПУ предназначены для работы в диапазоне частот, поэтому в конструк­циях контуров и согласующих устройств необходимо предусмотреть возможность перестройки. В РПУ используют катушки индуктивности с плавной регулировкой с помощью скользящего контакта) или изменения взаимного положения катушек ин­дуктивности (вариометры), конденсаторы постоянной и переменной емкости. Для улучшения теплоотвода катушки изготовляют однослойными, из плоской ленты, меди или медной трубки квадратного сечения, через которую пропускается охлаждающая жидкость. Диаметр таких катушек составляет 50...1000 мм (в зависимости от мощно­сти РПУ). Каркасом служат стержни из радиофарфора, укрепленные в литых рамах из алюминиевого сплава. Скользящий контакт осуществляется с помощью пластин из фосфористой бронзы с укрепленными на них серебряными контактами.

Большие габариты имеют и другие элементы РПУ: резонаторы, переключатели, резисторы. Все они размещаются в шкафах на керамических изоляторах с зазорами между токоведущими частями, равными примерно 1 см на киловольт приложенного напряжения.

Обязательным условием является устранение острых кромок металлических токо­несущих деталей. На изоляторах располагаются и баки, в которые погружены аноды генераторных ламп. Наличие мощных узлов не исключает использования узлов в микроэлектронном исполнении (усилителей, схем автоматики, маломощных блоков питания, узлов управления электромеханическими устройствами памяти и т. д.). Кар­касы шкафов выполнены из сварных стальных уголков, стенки — из стальных листов, скрепленных винтовыми соединениями или сваркой. Это обеспечивает электробезо­пасность и экранирование. Для исключения поражения операторов высоким напря­жением дверцы шкафов имеют блокировочные контакты для отключения питания при открывании.

При конструировании РПУ следует учитывать, что они, как правило, выпускаются единично или малыми сериями. Поэтому предусматривается использование универ­сального оборудования при изготовлении. К специфичным узлам конструкции РПУ следует отнести довольно большие детали из радиофарфора, а к особенности производ­ства — настройку и регулировку установок с большой мощностью высокочастотных колебаний.

Конструкция ЭС технологических установок

Использование стационарных ЭС в технологических установках позволяет осуще­ствить программное управление, повысить точность и производительность технологи­ческих автоматов: роботов, манипуляторов, контрольно-испытательного оборудова­ния, робототехнических комплексов, микрофотонаборных установок, станков с ЧПУ и т. д. Конструкция этих ЭС должна отвечать ряду требований: совместимости с техно­логической установкой, возможности компоновки в технологическую линейку, эсте­тичности и эргономичности, экономичности.

В ряде случаев ЭС встраивается непосредственно в технологическую установку. В этом случае необходимо учитывать форму, размеры и взаимное расположение частей технологической установки.

При компоновке лазерных технологических установок основное внимание направ­лено на целостность композиции (минимум отвлечения оператора) и эстетичность всей установки. Это осложняется сложностью формы конструкции лазеров, координатного стола и наличием различных ЭС (программного устройства, блоков питания, управле­ния, устройств охлаждения лазера и др.). Целостность формы достигается лаконич­ностью декоративных колпаков и обеспечением композиционной устойчивости всей установки путем визуального уравновешивания площадей и объемов частей установки относительно оси симметрии. Кроме того, учитываются требования техники безопас­ности.

Особое внимание уделяется проработке компоновки технологической линейки, ко­торая обычно состоит из ряда секций (сборочных, монтажных, измерительных и т. д.). В состав технологической линейки могут входить пылезащитные камеры (скафан­дры), монтажные или сборочные столы, стойки ЭС с блоками (рис. 4.7.3).

При компоновке технологических линеек учитываются номенклатура выполняе­мых операций и их последовательность, возрастные, половые и национальные (раз­меры частей тела) особенности операторов. Особое внимание уделяется обеспечению требований эргономики и технической эстетики: единству стиля всех секций, удоб­ству работы и обслуживания при ремонте. Это достигается выбором формы, учетом пропорций и масштаба отдельных частей, их цветовым оформлением. При располо­жении панелей управления принимаются во внимание удобство доступа к элементам управления и индикации, удобство обслуживания, ремонта, простота изменения про­граммы работы.

Рис. 4.7.3. Конструкция стойки управления технологической установкой: а — корпус стойки; б — корпус

Если в составе оборудования технологической линейки имеются пылезащитные ка­меры, то они снабжаются приточной или вытяжной вентиляцией. Вытяжная вентиля­ция осуществляется от рабочих мест электромонтажников и мест, где ведутся работы с применением токсичных веществ. Для снижения трудоемкости изготовления скафан­дров рабочие столы и стойки ЭС (см. рис. 4.7.3) собираются из типового проката, прес­сованных, литых или штампованных профилей свинчиванием, реже сваркой [43].

При конструировании ЭС технологического оборудования необходимо учитывать возможное воздействие дестабилизирующих факторов: вибраций, ударов, повышен­ной и пониженной (в лазерных установках, охлаждаемых жидким азотом) темпера­тур, паров масел и агрессивных жидкостей или газов, высокого напряжения и т. д.

Аппаратура электронных АТС

Для лучшего использования объема помещений используются стойки увеличенной высоты и уменьшенной глубины. Они могут быть установлены в один или два ряда («спина к спине»). Сверху стойки имеют кабельные каналы. Высота стойки — не более 2 600 мм; ширина 120, 160, 600 мм; ширина в конце ряда — 225 или 450 мм (допуска­ется эту часть ряда собирать из трех стоек шириной 150 мм), глубина — 225 и 450 мм (для стоек шириной 120 и 150 мм допускается глубина 240 мм). При двухрядном рас­положении стоек общая глубина не должна превышать 520 мм с учетом выступающих элементов (органов управления и контроля, крышек, радиаторов и т. д.). Платы распо­лагаются в стойках рядами. Шаг размещения плат и блоков по ширине кратен 15 мм. Ячейки располагаются в восемь рядов по высоте стойки (рис. 4.7.4).

Рис 4.7.4. Размещение стоек электронной АТС

Меры по обеспечению технологичности конструкции стационарных ЭС сводятся к использованию типовых конструкций, их выбору с учетом серийности ЭС. Серийные конструкции ЭС должны быть приспособлены к изготовлению высокопроизводитель­ными методами: сборка плат с использованием роботов и манипуляторов, автомати­зированные методы электромонтажа (контактирование накруткой, пайкой волной припоя, автоматизированный контроль и т. д.). Улучшению технологичности служит обеспечение легкого доступа к узлам и элементам при обслуживании и ремонте.

4.7.3. Конструкции наземных транспортируемых ЭС

Транспортируемые ЭС устанавливают на автомобильном, гусеничном, водном и железнодорожном транспорте. Водный транспорт делится на речные и морские суда гражданского флота (пассажирские, грузовые, рыболовные, ледокольные, исследо­вательские и т. д.) и корабли военно-морского флота (надводные корабли, подводные лодки). Транспортировке подвергаются ЭС различного назначения: связные, нави­гационные, радиолокационные, контрольно-испытательные, измерительные, и т. д. Разнообразие объектов установки и назначения транспортируемых ЭС обусловливает большое разнообразие конструкций.

При разработке конструкции транспортируемых ЭС прежде всего надо учитывать габариты и форму помещения (кузова, отсека) объекта установки ЭС. На рис. 4.7.5 по­казано размещение ЭС в автофургоне. Отдельные устройства размещаются вдоль пе­редней и боковой стенок автофургонов, кузовов гусеничных шасси, а в задней стенке обычно имеется дверной проем. Операторы располагаются в центральной части фур­гона. Аналогично расположение частей ЭС и в отсеке судна (рис. 4.7.6), хотя объем помещения в этом случае больше и аппаратура электропитания и вентиляция может быть расположена в отдельном помещении.

Рис. 4.7.5. Компоновка подвижной станции радиопротиводействия

Транспортируемые ЭС устанавливают и на легковых автомобилях (рис. 4.7.7) для обеспечения безопасности движения и оперативной диагностики неисправности от­дельных агрегатов. Спецификой этих ЭС является то, что они размещены по всему автомобилю, а также в местах, подверженных воздействию пыли, вибраций, ударов, паров масел и топлива, высокой температуры. Это требует герметичного, ударовибро- прочного и термостойкого исполнения.

Антенны, размещаемые на транспортных средствах, как правило, выполняются в виде выносных узлов. Антенны значительных габаритов делаются выдвижными, сборно-разборными или развертываемыми с помощью механизмов, возимыми в сло­женном состоянии на отдельном прицепе. Для ускорения развертывания исполь­зуются зонтичные антенны, надувные и т. д. Антенны системы предупреждения столкновений легкового автомобиля для улучшения аэродинамики выполняются за­подлицо с обшивкой кузова (рис. 4.7.5). Выступающие части антенны на железнодо­рожном транспорте не должны касаться различных путевых сооружений (тоннелей, платформ, зданий, мостов и т. д.).

Рис. 4.7.6. Комплекс ЭС, размещенных в отсеке корабля: 1 — вентиляторная и помещение для запасного имущества; 2 — генераторная; 3 — помещение для размещения ЭС

5 4

а

Рис. 4.7.7. Расположение микропроцессорной системы в автомобиле

Обычно транспортируемые ЭС выполняют в виде стоек, шкафов и пультов с вы­движными блоками или отдельных блоков в переносном исполнении. Размеры транс­портируемых ЭС должны выбираться с учетом размеров дверных проемов и люков, через которые ЭС помещаются внутрь транспортного средства, а допустимая масса от­дельных блоков, шкафов и стоек — с учетом удобства монтажа и демонтажа, а также общей грузоподъемности транспортного средства.

Общая масса транспортируемых ЭС не должна превышать двух третей грузоподъ­емности транспортного средства (одна треть остается для операторов и запасного иму­щества). Кроме размеров объекта установки, на характер конструкции транспорти­руемого ЭС оказывают влияние различные дестабилизирующие факторы: вибрации, удары, линейные ускорения, изменение температуры внешней среды, термоудары, воздействие инея и росы, морского тумана, и т. д. Для автомобильных и железнодо­рожных ЭС можно не учитывать такие факторы, как падение аппаратуры с заданной высоты и погружение в воду, воздействие пыли, если это не оговорено в технических требованиях.

Стойки судовой и корабельной аппаратуры иногда устанавливают на амортизато­рах, прикрепленных к стенке отсека. Особенностью судовых и корабельных ЭС явля­ется также то, что антенны обычно располагаются в развернутом виде.

Конструкции транспортируемых ЭС рассчитываются и испытываются на прочность и жесткость из условия минимизации массы. Для повышения ударовибропрочности иногда механические узлы заменяют электронными (прерыватель, реле-регулятор, устройство управления карбюратором автомобиля и т. д.). Для облегчения теплового режима на корпусе ЭС делают оребрение (устройств, расположенных вблизи двига­теля). Для защиты транспортируемых ЭС от воздействия влаги (брызг, морского ту­мана) могут быть использованы эластичные уплотнители крышек, обволакивание плат лаком или компаундом, опайка блоков с бескорпусными компонентами и т. д. Для исключения конденсации влаги внутрь гермообъема можно поместить патрон с влагопоглотителем (например, цеолитом). С помощью резиновых колпачков уплотня­ются рычаги регуляторов и переключателей.

При разработке конструкции транспортируемых ЭС необходимо учитывать тех­нологические факторы: использование типовых конструкций, преемственность раз­рабатываемой конструкции относительно изделий-аналогов; соответствие способов обработки и сборки типу производства; оптимальность выбранных допусков и шерохо­ватости поверхности деталей; рациональность использования драгоценных металлов и дефицитных материалов; токсичность технологических процессов, и т. д. Особое вни­мание должно быть уделено наличию и составу запасного комплекта для ремонта ЭС на месте эксплуатации, удобству регулировки, настройки, ремонта в производстве й при эксплуатации с учетом возможностей ремонтной базы, ее удаленности от основной базы снабжения, квалификации обслуживающего персонала (особенно судовых и ко­рабельных ЭС).

4.7.4. Конструкции наземных переносных ЭС

К переносным ЭС относят устройства массой до 30 кг, перемещаемые в неработаю­щем состоянии одним-двумя операторами (женщинам разрешается поднимать не более 10 кг на высоту 1,5 м, при чередовании с другими работами — не более 15 кг). Ввиду все большей миниатюризации этот класс наземных ЭС непрерывно расширяется и в настоящее время представлен: видео- и звуковоспроизводящими устройствами (радио­приемники, телевизоры, магнитофоны, видеокамеры); настольными вычислителями (персональные компьютеры); различными измерителями (осциллографы, генераторы, вольтметры, тахометры, измерители теплового поля, частотомеры); медицинской ап­паратурой (электрокардиографы, дефибрилляторы); аппаратурой специального на­значения (вычислители для управления артиллерийским огнем, устройства наведения тактических ракет, средства спутниковой системы спасения КАСПАС) [43].

Переносные ЭС могут эксплуатироваться в помещении или вне его. Поэтому тре­бование устойчивости к дестабилизирующим климатическим и механическим воздей­ствиям для переносных ЭС являются промежуточными между требованиями, предъ­являемыми к устойчивости стационарных и транспортируемых ЭС. Для бытовых ЭС они совпадают с требованиями к стационарным ЭС, работающим в отапливаемом помещении, а для ЭС специального назначения — с требованиями к транспортируе­мым ЭС по климатическим воздействиям (требования по механическим воздействиям более мягкие, так как носимые ЭС перевозятся в упакованном виде).

На конструкцию переносных ЭС оказывают влияние также такие факторы, как удобство переноски, способы миниатюризации, способы обеспечения устойчивости к климатическим и механическим воздействиям, защита от собственного тепловыделе­ния, специфика базовой конструкции, обеспечение эстетичности и технологичности.

Несмотря на то что переносные ЭС значительно различаются по конструкции, не­которые их особенности являются общими для всей группы:

• максимальная масса ЭС зависит от конструкции приспособлений для переноски и не должна превышать 15 кг при наличии одной ручки (лямки) для переноски. Если ЭС можно удержать руками (это позволяют его размеры и масса), то ручки можно не делать; '

• охлаждение, как правило, осуществляется с помощью воздушной конвекции (естественной или принудительной с использованием вентиляторов);

• наличие защиты от климатических и механических воздействий для переносных ЭС специального назначения;

• комплектация дополнительными деталями и узлами для замены вышедших из строя ИС, ЭРИ и расширения выполняемых ЭС функций (кабели, переходники, делители напряжения и т. д.).

Переносной портативный комплекс (рис. 4.7.8), предназначенный для контроля психофизиологических параметров летчиков, водителей, космонавтов, спортсме­нов, собран либо в корпусе без ручек (переносится в сумке), либо в чемодане типа «дипломат».

На верхней плоскости размещены панель блока вычислителя с индикатором на жидком кристалле, наборное поле с кнопками тестирования, печатающее устройство для фиксации результатов тестирования и соединители для подключения различных датчиков (фонендоскопа, пьезодатчиков, контактного зонда и т. д.).

Под передней панелью горизонтально расположены две печатные платы: микропро­цессор и память. В крышке «дипломата» имеются карманы. Небольшая потребляемая мощность позволила обойтись охлаждением с помощью искусственной конвекции от корпуса, выполненного из алюминиевого сплава. Так как устройство предназначено для эксплуатации в отапливаемых помещениях, то защита от влаги сводится к ис­пользованию корпусированных компонентов, лакировке плат и установке резиновой герметизирующей прокладки под верхней панелью.

При обеспечении технологичности конструкции переносных ЭС необходимо учи­тывать объем производства. Для массового производства используются высокопроиз­водительные способы формообразования, сборки, контроля. Это предъявляет опреде­ленные требования к материалам, форме (в том числе наличие литейных уклонов, поднутрений и т. д.), характеру размещения компонентов (с учетом требований, предъ­являемых при гибком автоматизированном производстве, при использовании средств механизации и автоматизации). Кроме того, необходимо учитывать преемственность конструкции, ее типизацию, удобство доступа к компонентам при изготовлении, ре­монте, обслуживании. Особое внимание следует обращать на культуру производства и декоративные материалы, используемые для внешней отделки переносных ЭС.

Рис. 4.7.8. Общий вид переносного портативного комплекса

4.7.5. Конструкции наземных носимых ЭС

Носимые ЭС обычно располагаются на теле человека или его одежде. Они функцио­нируют в процессе переноски, а также при воздействии дестабилизирующих факто­ров. Носимые ЭС бывают бытового назначения (часы, телевизоры, радиоприемники, магнитофоны, микрокалькуляторы, сотовые телефоны и т. д.) и специального назна­чения (связные приемопередатчики, телевизионные передающие камеры на приборах с зарядовой связью и т. д.).

На конструкцию носимых ЭС оказывает влияние большое число факторов: необ­ходимость минимизации габаритов, массы, энергопотребления, стоимости; защита от влияния дестабилизирующих факторов; электромагнитная совместимость, электро­безопасность; химическая совместимость материалов с телом человека (исключение раздражения кожи); ремонтопригодность и технологичность; эстетичность и эргоно­мичность. Габариты и масса носимых ЭС в значительной степени зависят от габаритов и массы источников питания. Элементная база, как и у бортовой аппаратуры, имеет минимальное энергопотребление. Особое внимание уделяется минимизации размеров элементов управления и индикации, так как площадь передней панели носимых ЭС часто определяется площадью этих элементов. Для уменьшения габаритов антенн они могут выполняться в виде спиралей или пластин.

На носимые ЭС специального назначения могут воздействовать такие дестабилизи­рующие факторы, как удар при падении с высоты, погружение в воду и др. По интен­сивности внешних воздействий носимая аппаратура специального назначения усту­пает транспортируемой только по фактору многократных ударов (10^ вместо 25&). При выборе материалов для частей носимых ЭС, имеющих контакт с человеком (корпуса часов, слуховых аппаратов, наушников, кнопок и т. д.), необходимо учитывать, кроме их химической нейтральности по отношению к телу человека, также шероховатость поверхности.

Обычно носимые ЭС являются изделиями длительного пользования, поэтому при их конструировании должна быть предусмотрена возможность ремонта и замены электрохимических источников питания. Особое внимание при разработке конструк­ции носимых ЭС уделяется технологичности, так как от этого в значительной степени зависит их стоимость. Объемы производства этих ЭС, как правило, велики. Поэтому должна быть предусмотрена возможность использования высокопроизводительных методов при обработке и сборке деталей (прессование пластмасс, штамповка, печат­ный монтаж, пайка волной припоя и т. д.).

Так как большинство носимых ЭС являются товарами бытового назначения, то особое внимание уделяется их эстетическому оформлению. Спецификой носимых ЭС является наличие в них цифровых и аналоговых узлов, портативных автономных ис­точников питания, преобразователей напряжения (осуществляющих повышение на­пряжения или формирование нескольких различных номиналов). Это предъявляет определенные требования к электромагнитной совместимости компонентов и узлов. Отвод теплоты благодаря небольшой выделяемой мощности осуществляется за счет естественной воздушной конвекции.

Рассмотрим конструкции некоторых переносных ЭС. Пожалуй, самым распростра­ненным носимым ЭС являются электронные часы, которые обладают такими преимуще­ствами, как точность хода, отсутствие завода, возможность выполнения других функ­ций — микрокалькулятора, программного сигнализатора, календаря, секундомера.

ЭЛЕКТРОМСАЗ

____ «ШР

унссяц число.

V___ ЙЙДИШВГ

а

5 4

б

в

г

Рис. 4.7.9. Электронные наручные часы

В конструкции наручных часов (рис. 4.7.9) использована несколько измененная конструкция корпуса обычных наручных механических часов. Электронный блок представляет собой слоистую конструкцию цилиндрической формы. Основой явля­ется печатная плата из стеклотекстолита дисковой формы, на которой установлены дискретные компоненты (кварцевый резонатор, ИМС пересчетного устройства, ИМС преобразователя напряжения, лампочка подсветки индикатора и т. д.). Над платой располагается жидкокристаллический индикатор, соединенный с платой с помощью эластомерных соединителей, а под платой (в специальной пластмассовой обойме с за­прессованными контактами) — серебряно-цинковый элемент питания [43].

Другой большой группой носимых ЭС являются микрокалькуляторы. Первые об­разцы микрокалькуляторов выполнялись в пластмассовом корпусе, который являлся несущей основой для платы с компонентами, индикатора, элементов питания, элемен­тов управления (кнопок, переключателей), соединителя для подключения внешнего источника питания.

Рис. 4.7.10. Конструкция приемопередатчика со снятой крышкой и динами­ком: 1 — пластмассовый корпус; 2 — антенна на элементах с сосредоточен­ными параметрами; 3 — экран; 4 — экранированный модуль; 5 — элементы управления; 6 — серьга для крепления лямки; 7 — печатная плата; 8 — кон­тактная колодка для сменного узла; 9 — ИМС

Носимые приемники радиосигналов и телевизионного изображения, а также прие­мопередатчики оперативной связи являются еще одной группой носимых ЭС. Особен­ностью конструкции приемника с цифровой настройкой являются отсутствие ручек для плавной перестройки частоты, наличие кнопочного поля управления и цифрового индикатора. Конструкция приемопередатчика для оперативной радиосвязи представ­лена на рис. 4.7.10.

В конструкции применена малогабаритная антенна. Экранирована только часть узлов, что облегчает доступ к отдельным ЭРИ. Для облегчения замены ИМС и частотно- задающих узлов (кварцевых резонаторов) предусмотрены розетки разъемных соеди­нителей. Рассмотренный приемопередатчик, как правило, помещается в футляр из кожзаменителя и переносится на ремне через плечо.

4.7.6. Конструкции бортовых ЭС

К бортовым относятся ЭС, устанавливаемые на воздушных шарах, дирижаблях, вертолетах, беспилотных летательных аппаратах, дозвуковых и сверхзвуковых само­летах, больших и малых ракетах, космических объектах (искусственных спутниках Земли, пилотируемых станциях, многоразовых транспортных космических кораблях, межпланетных автоматических станциях).

На характер конструкции бортовых ЭС оказывают влияние различные ограни­чения:

• характер размещения ЭС на объекте установки;

• необходимость минимизации массы и габаритов;

• обеспечение заданной надежности при воздействии дестабилизирующих фак­торов;

• наличие типовых конструкций.

Размещение бортовых ЭС на объекте установки может быть централизованным и децентрализованным. Централизованно могут размещаться блоки РЛС, блоки вычис­лительной системы или системы управления каким-либо объектом (например, двига­телем). Но и в этих случаях отдельные узлы могут быть вынесены (индикатор РЛС — на пульт перед летчиком, датчики и исполнительные механизмы — к управляемому агрегату). Централизованному расположению всех узлов бортовых ЭС мешают несу­щие конструкции объекта установки, отдельные агрегаты (двигатели, баки с горючим, различное оборудование), грузовые и другие отсеки, различные коммуникации (тру­бопроводы, кабели), а в ряде случаев (при модернизации объекта установки) — разме­щение ЭС в подвесных контейнерах за пределами основного объекта.

Децентрализация размещения блоков по объекту установки требует организации дополнительных линий связи, использования соединителей и принятия мер по обеспе­чению электромагнитной совместимости (экранирование, согласование линий связи и т. д.). Примером децентрализованного размещения ЭС является связной спутник «Комстар-1» (рис. 4.7.11.).

Минимизация массы бортовых ЭС обусловлена стремлением снизить транспорт­ные расходы авиационных ЭС, а также стоимость запуска космических ЭС (стоимость вывода на орбиту Земли массы 1 кг составляет от 10 ООО до 20 ООО $, что значительно дороже самих ЭС). Уменьшая массу самолетных и космических ЭС, можно увеличить массу полезного груза либо дальность полета при тех же затратах, либо снизить транс­портные расходы [43].

Минимизация габаритов обусловлена ограниченностью объема объектов авиаци­онного и космического назначения. Минимизировать массу и габариты можно, увели­чивая плотность компоновки конструкции и используя для несущих конструкций ма­териалы с малой плотностью (алюминиевые, магниевые, титановые и другие сплавы, полимерные материалы и композиции).

На бортовые ЭС могут воздействовать различные климатические и механические факторы (табл. 4.7.1) [43]. К климатическим факторам относятся влажность и темпе­ратура. Диапазон изменения температур окружающей среды для бортовых ЭС шире, чем для <