Введение

Внастоящее время перед разработчиками современной радиоэлектронной аппаратуры ставится задача по обеспечению требований по стойкости к климатическим воздействующим факторам. Требования к аппаратуре по стойкости, прочности и устойчивости к внешним воздействующим факторам в соответствии с условиями применения этой аппаратуры в составе объектов вооружения и военной техники устанавливает ГОСТ РВ 20.39.304-98 [2, с. 85].

По устойчивости к климатическим воздействующим факторам устанавливаются жесткие требования, которым современная радиоэлектронная аппаратура не может соответствовать. Например, для группы исполнения 1.4 аппаратура должна выдерживать предельные температуры от –65 до +70 °С.

Не все элементы радиоэлектронной аппаратуры могут соответствовать таким жестким требованиям по стойкости к климатическим воздействующим факторам. Поэтому выполнение требований обеспечивают благодаря системе жизнеобеспечения обитаемого отделения колесных и гусеничных шасси для создания нормальных климатических условий работы аппаратуры и персонала [1, с. 70]. В настоящее время создание указанных климатических условий обеспечивается применением систем отопления, включающих в себя основной и дополнительный отопители, а также кондиционер.

Широкое распространение в базовых шасси (БШ) в качестве основного отопителя получили отопительно-вентиляционные установки ОВ-95 и ОВ-65; в качестве дополнительного отопителя используется термоэлектрический блок обогрева и кондиционер КШМ-2, применяемый в летнее время.

Данная система отопления позволяет выполнить установленные требования. Однако вследствие того, что материал корпуса БШ обладает высокой теплопроводностью, в холодное время года происходит активная передача тепла во внешнюю среду, а в теплое время обитаемое отделение быстро нагревается. Поэтому существует необходимость введения дополнительного слоя из теплоизоляционного материла внутри обитаемого отделения.

К примеру, БШ БМП-3 поставляются без дополнительного утепления, поэтому возникает вопрос о выборе эффективного теплоизоляционного материала. Нами рассмотрены перспективные теплоизоляционные материалы зарубежных и отечественных производителей, такие как сплен, изолон, пенопласт и жидкий керамический теплоизоляционный материал.

Таким образом, обоснованный выбор наиболее эффективного теплоизоляционного материала с точки зрения его теплопроводности и технологичности является важной научно-практической задачей.

Из отечественных материалов были выбраны:

— сплен и изолон для утепления колесного БШ бронированного автомобиля многоцелевого назначения (АМН) «Тигр-М»;

— жидкий керамический теплоизоляционный материал «Астратек».

Из зарубежных материалов были выбраны:

— жидкий керамический теплоизоляционный материал TC Ceramic HB (Thermal Coat);

— фольгоизолон;

— пенопласт.

Решение указанной проблемы позволит:

— снизить потребление электропитания;

— повысить эффективность системы отопления;

— сэкономить ресурс системы отопления.

Отечественные теплоизоляционные материалы

Из множества теплоизоляционных материалов, зарекомендовавших себя и подтвержденных сертификатами качества, были отобраны следующие образцы:

— сплен и изолон, применяемые в колесном БШ АМН «Тигр-М»;

— жидкий керамический теплоизоляционный материал «Астратек».

Сплен представляет собой материал на основе вспененного полиэтилена с закрытоячеистой структурой (рисунок 1). Благодаря этому материал не впитывает влагу и в дополнение является эффективным шумоизолятором. Производится данный материал как в России, так и за рубежом.

Рис. 1. Структура сплена

«Астратек» является отечественным аналогом иностранной жидкой керамики TC Ceramic HB и представляет собой композиционный материал на водной основе. В состав «Астратека» входит смесь акриловых полимеров и вакуумированных керамических сфер (рисунок 2). Такая комбинация придает теплоизолятору легкости, гибкости, растяжимости и хорошей адгезии материала с покрываемыми поверхностями. Внешне «Астратек» напоминает обыкновенную белую краску. После нанесения и высыхания в результате активного молекулярного воздействия разряженного вакуума, который находится в полых сферах, на поверхности образуется полимерное покрытие, обладающее уникальными теплоизоляционными свойствами.

а) б)

Рис. 2. Изображение материала «Астратек»: а) схематичное; б) под микроскопом

Изолон и фольгоизолон представляют собой вспененный полиэтилен, который покрыт полипропиленовой пленкой (рисунок 3). Материалы получают в процессе вспенивания полимера (полиэтилена) с помощью введения под давлением в жидкий расплавленный полимер углекислого газа — в структуре полимера образуются газовые пузырьки с закрытыми порами и равномерной структурой. Такая ячеистая структура обеспечивает влагонепроницаемость и звукоизоляцию. Единственное отличие материалов состоит в наличии у фольгоизолона слоя из алюминиевой фольги. Для испытаний было принято решение взять изолон отечественного производителя, а фольгоизолон — иностранного.

а) б)

Рис. 3. Структура материалов: а) изолон; б) фольгоизолон

Иностранные теплоизоляционные материалы

Из иностранных теплоизоляционных материалов были отобраны:

— — жидкий керамический теплоизоляционный материал TC Ceramic HB (Thermal Coat);

— — фольгоизолон;

— — пенопласт.

TC Ceramic HB имеет жидкий состав на основе воды, который включает в себя акриловые полимеры, синтетический каучук, а также большое количество неорганических пигментов, что придает данному материалу высокую гибкость, легкость, растяжимость и оптимальные адгезионные свойства покрываемой поверхности (рисунок 4).

Рис. 4. Структура TC Ceramic HB

Пенопласт представляет собой вспененный полистирол, подвергающийся температурной обработке. Материал под микроскопом состоит практически из воздуха, который заключен во множестве микроскопических тонкостенных ячеек (рисунок 5). Пенопласт хорошо известен и повсеместно используется в качестве теплоизолятора.

Рис. 5. Структура пенопласта

Для предварительной оценки ниже приведены некоторые характеристики и свойства представленных материалов (таблица 1).

Таблица 1

Методика проведения испытаний и результаты

Испытания заключались в наблюдении за изменением показателей теплопроводности объектов испытания в условиях воздействия повышенной и пониженной рабочей температуры: +50 и ­–50 ºС соответственно. Для этого были изготовлены шесть одинаковых образцов, представляющие собой плоскопараллельные пластины из алюминия размерами 120 × 120 × 60 мм с отверстиями для датчиков температуры (рисунок 6).

Рис. 6. Образцы для испытаний: № 1 — без покрытия; № 2 — с покрытием «Астратек» (2 мм); № 3 — с покрытием ТС Сeramic HB (2 мм); № 4 — обшитый пенопластом (18 мм); № 5 — в чехле из фольгоизолона (10 мм) и ткани оксфорд 600D (1 мм); № 6 — в чехле из материала внутренней обшивки АМН «Тигр-М»: сплен — 8 мм, изолон — 8 мм, тридцатислойная ткань бронепакета из арамидного волокна — 1 мм, ткань оксфорд 600D — 1 мм

Образцы помещались в климатическую камеру VC3-7100, как показано на рисунке 7, и выдерживались не менее двух часов на заданных повышенных рабочих температурах. Измерения проводились с помощью многоканального прецизионного измерителя температуры МИТ 8.10М1 и термометров сопротивления из платины и меди ТСП-2088. Термометры располагались внутри образцов, а отверстия замазывались теплоизоляционной мастикой. Каждые 20 секунд записывались показатели температуры, по которым составлялись графики зависимостей температуры от времени.

Рис. 7. Размещение образцов внутри климатической камеры

Испытания проводились в два этапа. На первом этапе образцы охлаждались с +25 до –50 ºС и выдерживались при этой температуре не менее двух часов; на втором этапе образцы нагревались с +25 до +50 ºС и выдерживались при этой температуре не менее двух часов. По данным, полученным с датчиков температуры, были построены графики, изображенные на рисунках 8 и 9.

Рис. 8. Температурная зависимость на первом этапе испытаний (охлаждение до –50 ºС)

Рис. 9. Температурная зависимость на втором этапе испытаний (нагрев до +50 ºС)

Выводы

В статье рассмотрена проблема обеспечения требований по стойкости радиоэлектронной аппаратуры к климатическим воздействующим факторам. Выполнение этих требований обеспечивается за счет создания в обитаемом отделении нормальных климатических условий для работы аппаратуры и персонала.

По температурным зависимостям видно, что лучшими теплоизоляционными свойствами обладают пенопласт и сочетание сплена и изолона, применяемых во внутренней обшивке спецтехники.

Литература:

1. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры : учебник для вузов / К. И. Билибин, А. И. Власов, Л. В. Журавлева и др. ; под общ. ред. В. А. Шахнова. — Москва : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. — 528 с.
2. Затылкин А. В. Экспериментальные исследования эффективности пассивных систем виброизоляции для подвижных объектов сухопутного базирования / А. В. Затылкин, Д. А. Голушко, А. С. Горбунов // Вопросы радиоэлектроники. — 2017. — № 12. — С. 78–83.
3. Суркова Н. Е. Методология структурного проектирования информационных систем : монография / Н. Е. Суркова, А. В. Остроух. — Красноярск : Научно-инновационный центр, 2014. — 190 с.