Учебное пособие по дисциплине «Конструкторско-технологическое обеспечение производства эвм» предназначено для студентов Псковского государственного политехнического института

1.1.1.2. Климатические зоны

Действие климатических факторов на работоспособность ЭВМ определяется климатической зоной или высотой над уровнем моря, где эксплуатируется машина.

- умеренную (У);

- холодную (ХЛ);

- тропическую влажную (ТВ);

- тропическую сухую (ТС);

- умеренно-холодную морскую (М);

- тропическую морскую (ТМ).

Зоны умеренного климата: Европа, Западная и Южная Сибирь, равнинный Китай, Канада, США, северная Япония, южные районы Австралии, Африки и Южной Америки – районы между 30-й и 60-й параллелями Южного и Северного полушарий.

Здесь среднегодовое изменение температуры от -30˚ до +35˚С с максимальными значениями ±40˚С; среднесуточный перепад температуры 11˚С; средняя относительная влажность 80% при температуре +20˚С (влажность может доходить до 90%); обледенение, образование инея, росы, наличие тумана; изменение давления воздуха от 86 до 106 кПа.

Зоны холодного климата: Средняя и Восточная Сибирь, Аляска, Северная Канада, Гренландия, Антарктида, Арктика.

Здесь характерно наличие отрицательных температур в течение большей части года, средняя минимальная температура -50˚С; средняя максимальная температура +30˚С; годовой перепад температур для некоторых районов 80˚С, среднесуточный может доходить до 40˚С.

Наиболее холодная местность – Антарктида, на станции Фрамгейме зарегистрирована среднегодовая температура -25˚С.

Частые и большие перепады температур приводят к образованию инея, тумана обледенения. В летние месяцы появляется множество насекомых (гнус, комары). Скорость ветра при пурге доходит до 40 – 100 м/сек. Из всего количества выпадающих осадков (до 200 мм) более половины приходится на снег.

Зоны тропического сухого климата: засушливые районы Средней Азии, Турция, Иран, Афганистан, Аравия, Северная и Центральная Африка, Южная Африка – пустыня Калахари, Центральная Австралия, Мексика, средняя часть Южной Америки.

Здесь характерны высокая температура и низкая относительная влажность воздуха (в среднем 10 – 20%) в течение большей части года. Температура воздуха изменяется от +60˚С днем до -10˚С ночью, суточное изменение температур достигает 40˚С. Температура земли и поверхности аппаратуры на солнце достигает +75˚С. Большую часть года в районах сухого климата дуют ветры. Движущиеся потоки захватывают частицы песка, поднимают на большую высоту (3000 м) и переносят на значительное расстояние с большой скоростью. Частицы пыли и песка остаются во взвешенном состоянии в течение нескольких недель и медленно осаждаются на поверхность аппаратуры. Для этих районов характерно также наличие грызунов, насекомых и пресмыкающихся.

Зоны тропического влажного климата: Индия, Индокитай, Индонезия, тропическая Экваториальная Африка, Америка и бассейн Амазонки.

Здесь характерна среднегодовая температура от +20˚С до +25˚С при минимальной +3˚С и максимальной +40˚С. Перепад температур за сутки не превосходит +10˚С. Относительная влажность воздуха доходит до 100% при температуре +35˚С. Часты грозы, туман, роса, обилие насекомых, грызунов, пресмыкающихся.

Различают два типа тропического климата: влажный тропический лес и районы тропических морей.

Для леса характерны относительное постоянство температуры днем и ночью (перепад 2 - 3˚С), высокая влажность – 85%. Для морей характерно наличие большой концентрации солей в атмосфере (например, наличие NaCl может достичь 5 мг в 1 м³ на расстоянии 45м от линии прибоя). Высокая влажность способствует развитию микроорганизмов, а загрязненная солями атмосфера является причиной ускоренной коррозии металлов и разложения органических веществ.

Характеристики окружающей аппаратуру атмосферы зависят не только от вида климатической зоны, но и от высоты над уровнем моря. Это должно учитываться при конструировании ЭВМ в горных условиях и на космических объектах.

Атмосферу разделяют на зоны в соответствии с климатическими изменениями: ближайшая к поверхности Земли зона – тропосфера – простирается вверх до 16 км, следующая за ней – стратосфера – до 40 км, затем мезосфера – до 80 км и ионосфера – свыше 80 км.

Давление воздуха с ростом высоты падает и на границе между тропосферой и стратосферой оно равно - 10,6 кПа, рис.1. Содержание влаги в атмосфере с увеличением высоты также уменьшается. На высоте 15 км относительная влажность воздуха 2–3%.

Закон изменения температуры с увеличением высоты сравнительно сложен. До высоты 11 км, температура падает на каждые 300 м примерно на 2˚С, затем останавливается на уровне 60˚С до высоты 32 км и потом равномерно повышается на каждые 800 м на 7˚С. На высоте 50–60 км температура почти не меняется, оставаясь +80˚С. Затем снова уменьшается до -30˚С на высоте 80 км и далее только повышается.

Рис.1. График зависимости давления воздуха от высоты над уровнем моря.

На высоте 15-48 км расположена зона озона, поглощающего около 5% солнечной энергии (в основном поглощается коротковолновая часть электромагнитного спектра, т.е. ультрафиолетовые лучи с длиной волны ниже 4000 Å).

Исследование околоземного и космического пространства в последние годы позволило установить два радиационных пояса около Земли. Первый пояс располагается на высоте 2300–5500 км с пиковой интенсивностью на уровне 3860 км; второй пояс находится на высоте 12800 – 19300 км с максимальной интенсивностью на уровне 16000 км. Оба пояса простираются над геомагнитным экватором Земли и до широт 50-60˚. Более высокие широты свободны от присутствия заряженных частиц с высокой интенсивностью.

1.1.2. Механические факторы

В процессе эксплуатации, а также при транспортировании, ЭВМ подвергается воздействию вибраций. Вибрации представляют собой периодические колебания, которые возникают в ЭВМ при контакте с источником колебаний. Особо опасные колебания или вибрации, частота которых близка к собственным колебаниям узлов и элементов конструкции (из-за резонансных явлений).

Способность машины противодействовать их влиянию, определяет ее вибропрочность и виброустойчивость.

Виброустойчивость – определяет способность ЭВМ устойчиво работать в условиях воздействия вибрации.

Вибропрочность – характеризует качество конструкции машины, т. е. способность противостоять разрушающему воздействию вибрации в нерабочем состоянии и продолжать нормально работать при включении после снятия вибрационных нагрузок.

Параметры вибрации – частота и ускорение. Значение этих характеристик для виброустойчивости ЭВМ выше, нежели для вибропрочности.

Механический удар наблюдается в тех случаях, когда объект, где установлена ЭВМ, претерпевает быстрое изменение ускорения. Параметры удара: ускорение и длительность удара. Удары бывают одиночные и многократные. Значения параметров ударных нагрузок разделяются по степени жесткости. Ударные нагрузки менее опасны, чем вибрации.

К механическим факторам также относятся линейное ускорение, акустический удар и невесомость.

Линейное ускорение

Линейное ускорение отрицательно влияет на работоспособность ЭВМ, оно выражается в единицах ускорения свободного падения – g. Линейное ускорение менее опасно, чем вибрации.

Акустический удар можно характеризовать давлением звука, мощностью колебаний источника звука и силой звука.

Важный параметр звука – спектр звуковых частот, различный для всех видов источников. Так, звук ракетного двигателя имеет широкий спектр и почти равномерное распределение мощности по частотам спектра.

Невесомость

Невесомость проявляется в космических аппаратах и искусственных спутниках Земли. Она характеризуется отсутствием гравитационных сил или равновесием центробежной силы и силы притяжения Земли.

Влияние невесомости (длительной) на работоспособность ЭВМ сравнительно мало изучено. Невесомость оказывает отрицательное действие в местах соприкосновения движущихся поверхностей механических деталей (при этом изменяются свойства смазывающих масел) и в местах крепления массивных блоков, установленных на земле с начальными напряжениями, обусловленными их собственными массами.