Устройство для защиты от ударных воздействий
IMPACT PROTECTION DEVICE

Данное предлагаемое изобретение относится к устройствам защиты от ударных воздействий, а именно, к конструированию радиоэлектронной аппаратуры и может быть использовано в аппаратуре, которая эксплуатируется в условиях воздействия интенсивных ударных нагрузок.
Известно устройство для защиты от ударных воздействий, патент РФ №2302091 от 27.06.2007, МПК Н05К 5/00. Оно заключается в том, в устройстве, содержащем корпус, внутри которого размещен пакет печатных плат, установленный на амортизирующих прокладках внутри одного корпуса, заполненного дискретными рабочими средами, корпус выполнен деформируемым и размещен в дополнительно введенном другом жестком корпусе, пространство между которыми заполнено полимерным компаундом. На боковых поверхностях жесткого корпуса выполнен кольцевой фланец с крешерами, при этом фланец расположен на одной плоскости с центром масс устройства.
Недостатком данной конструкции является то, что элементы воспринимающие нагрузку выполнены деформируемыми или разрушающимися, обеспечивая защиту конструкции лишь от одиночного интенсивного воздействия, что в условиях старта и полета ракеты не достаточно для безотказного функционирования бортовой радиоэлектронной аппаратуры, кроме того деформация корпуса приведет к появлению резонанса на защищаемом объекте после высокоинтенсивного воздействия.
Известно устройство для защиты от ударных воздействий, описанное в патенте РФ №2385554 от 17.11.2008, МПК Н05К 5/00. Данное устройство выбрано нами в качестве прототипа. Устройство для защиты от ударных воздействий содержит корпус с отверстием, на дне которого установлена аппаратура в виде пакета печатных плат. При этом внутренний объем корпуса заполняют демпфирующим материалом, в качестве которого применяют низкоплотный материал на основе смеси полых и терморасширяющихся микросфер. При этом состав низкоплотного материала основы смеси полых и терморасширяющихся микросфер подбирают таким образом, чтобы в зоне действия инерционной нагрузки ударного воздействия в материале возникало механическое напряжение, равное пределу текучести данного материала.
Недостатком данного устройства является сложность конструкции, инертность системы, так как при высокоинтенсивном воздействии материалу для достижения предела текучести необходимо время, которое превышает период высокоинтенсивного воздействия импульса.
Общим недостатком вышеописанных технических решений является использование дискретных рабочих сред или низкоплотного материала на основе смеси полых и терморасширяющихся микросфер для защиты аппаратуры, что увеличивает объем электронного блока изделия, снижает уровень технологичности конструкции, увеличивает время сборки изделия, и как следствие повышает его себестоимости и снижает эффективность изделия в целом.
Задачей, на решение которой направлено данное техническое решение - это защита радиоэлектронной аппаратуры от высокоинтенсивных воздействий, ударов, за счет такой конструкции устройства, которая приводит к упрощению конструкции, уменьшению размеров, повышение надежности в условиях ограниченного объема малогабаритного изделия.
Решение достигается конструкцией устройства для защиты от ударных воздействий содержащее корпус с отверстием, на дне которого установлена аппаратура в виде пакета печатных плат, при этом новым является то, что на дне корпуса эксцентрично его оси выполнен цилиндр с отверстием, на торце которого размещен пакет печатных плат, соединенный с ним крепежным элементом, выполненным в виде усеченного конуса с сформированными на его основаниях цилиндрами, при этом внутренняя и наружная образующие усеченного конуса выполнены под разным углом к продольной оси крепежного элемента, а крепежный элемент установлен в цилиндр с образованием между внутренней поверхностью цилиндра и наружной поверхностью усеченного конуса крепежного элемента зазора, также цилиндр крепежного элемента меньшего диаметра имеет резьбу.
При этом, что высота цилиндра на дне корпуса составляет 0,45-0,6 высоты пакета печатных плат, а отверстие в нем выполнено по его оси.
Сущность предложенного технического решения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 изображен общий вид сборки предлагаемого технического решения, а на фиг. 2 - общий вид крепежного элемента.
Устройство для защиты от ударных воздействий содержит корпус 1, на дне 2 которого сформирован полый цилиндр с отверстием 4, на торце которого размещена аппаратура в виде пакета печатных плат 5. Толщина стенок цилиндра 4 меньше толщины дна 2, и цилиндр 4 смещен относительно оси корпуса 1. Это необходимо для придания асинхронного как по времени, так и по амплитуде вибрационным воздействиям, приходящих от корпуса на аппаратуру, что снижает вероятность появления резонанса на аппаратуре.
Пакет печатных плат 5 соединен с цилиндром 4 крепежным элементом 3 и опирается на торец цилиндра 4. Крепежный элемент 3 представляет собой тело, состоящее из усеченного конуса 8 с сформированными на его основаниях цилиндрами разного диаметра 6 и 7. Цилиндр меньшего диаметра 6 имеет резьбу. Внутренняя полость крепежного элемента 3 представляет собой усеченный конус. Внутренняя и наружная образующие усеченного конуса 8 выполнены под разным углом к продольной оси крепежного элемента 3.
Также в цилиндре 4 по его оси есть отверстие, внутренняя поверхность 9 которого выполнена эквидистантным наружной поверхности усеченного конуса 8 крепежного элемента 3.
Во избежание резонанса, крепежный элемент 3 установлен в цилиндр 4 с образованием между внутренней поверхностью цилиндра 4 и наружной поверхностью усеченного конуса 8 крепежного элемента 3 зазора, благодаря чему исключается соприкосновение крепежного элемента 3 и цилиндра 4.
Высота и диаметр цилиндра 4 подобраны из условия эффективного функционирования крепежного элемента 3, а именно, составляет 0,45-0,6 высоты пакета печатных плат.
Устройство для защиты от ударных воздействий работает следующим образом. Сразу после приобретением изделием скорости возникают высокоинтенсивные ударные и вибрационные воздействия, которые передаются по корпусу 1 на цилиндр 4. Учитывая то обстоятельство, что характер воздействия стартовых и полетных перегрузок различен, крепежный элемент 3 выступает в роли демпфера, защищая пакет печатных плат 5 от воздействий, как стартовых, так и летных перегрузок. Воздействие от стартовых перегрузок особенно для ракет ствольного запуска характеризуются высокой интенсивностью и амплитудой вибрационных воздействий и коротким периодом воздействия, при этих воздействиях крепежный элемент 3 работает как механический резонатор накопительного действия, т.е. ударные и вибрационные воздействия, воспринимаемые им гасятся в нем, но если они превышают пороговый уровень, крепежный элемент 3 начинает деформационно-колебательные движения амплитудой, не превышающей расстояние между усеченным конусом 8 и цилиндром 4, тем самым нивелируя негативные воздействия на аппаратуру 5. При воздействии нагрузок возникающий во время полета ракеты спектр вибрационных частот, которых достаточно широк, а также велико время воздействия по сравнению со стартовыми, крепежный элемент 3 либо поглощает энергию от вибраций, работает как «мертвый колокол», либо если частоты вибрационных воздействий достигают уровня собственных частот крепежного элемента 3, то он, деформируясь, преобразует энергию от вибрационных воздействий в акустические колебания.
Техническим результатом изобретения является использование электронной аппаратуры без предварительной частотной отстройки ее компонентов в ограниченных объемах отсеков малогабаритных летательных аппаратов в широком спектре частот высокоинтенсивных воздействий, с минимальным временем отклика демпфирующих свойств конструкции на высокоинтенсивные воздействия при учете того, что высокоинтенсивные воздействия разной природы могут совпадать в один и тот же момент времени.