Как защитить оборудование от шоковых (shock test) внешних воздействий, таких как ударная волна, вибрации и другие воздействия, возникающие при взрывах, столкновениях или падениях с большой высоты.

    В ранее приведенных статьях рассматирвались вопросы защитить оборудование от возникающих при работе вибраций, а так же упоминались подходы защиты от шоковых внешних воздействий. В данной статье мы рассмотрим более подробно защиту в экстремальных условиях боевого применения и возможного огневого поражения.

    На фотографии предоставлен специализированный защищенны силовой шкаф для военной электроники с жесткой стальной рамой в основании, которая устиавновлена на пружинных (канатных) демпферах серии AVC от ELESA+GANTER.

    На корпусе видно обозначение MIL-S-901D.

    MIL-S-901D - это стандарт, который означает соответствие военному стандарту США, в последствии принят в передовых стран НАТО и который регламентирует требования к боевой технике или критически важным установкам, их способности выдерживать ударные нагрузки (shock test), возникающие при взрывах, столкновениях и т. п, а именно:

• эксплуатационные постоянные перегрузки в 32G, где G - ускорениие свободного падения.
• пиковые испытательные ударные нагрузки в 165G (чудовищные перегрузки, возникающие только при взрыве или очень резком ударе)

    Для большего понимания приведенных выше цифр, покажем некоторые занчения перегрузок:

• человек в аварии при сработавшем ремне безопасности до 30G (краштэст, предельная нагрузка для выживания)
• авиационная катапульта 20-22G
• взрыв мины под бронемашиной в пике - до 160G

    Теперь, в качестве примера,  оценим как соответствие военным стандартам НАТО влияет на боевую устойчивость техники и оборудования при попадании в объект ударного бпла типа Shahed-136 / Герань-2, на открытой местности. 

    Рассмотрим только воздействие на объект взрывной волны как самого разрушительного фактора и импульсной волны от взрыва (вторичная, или отраженная волна) и не учитываем температурный импульс, хотя сами демпферы сделаны из нержавеющей стали ALSI 304 и расчитаны на высокие температуры, фрагментацию (осколки) и акустичсекое воздействие выше 160 Дб, которое вызывает резонанс непосредственно внутри корпуса и требует дополнительной внутренней изоляции элементов.

    Вцелом нужно добавить, что виброизоляторы должны применяться в комплексе с другими техническими решениями для достижения нужного эфекта: такими как бронирование от осколков, прокладки и экранирующая теплозащита, грамотная развязка кабелей и проводов, гарантирующая от обрывов, а так же жесткая и амортизирующая рама, к которой непосредственно крепятся виброизоляторы в совокупности с равномерно распределенной нагрузкой собственного веса.

Shahed-136 / Герань-2

• Масса боевой части 30-50 кг, обычно тротил / А-IX-2 / смесевые, что соответствует 40-60 кг в тротиловом эквиваленте
• Энергия взрыва - 125-200 МДж
• Ударная волна на расстоянии 3-5 м от 2 до 6 бар (меняется в зависимости от расстояния от эпицентра по степенному закону)

Приблизительная оценка воздействия по эмперической модели:

, где:

• $a$ — пиковое ускорение, [м/с²] или в G (делим на 9.81)
• ​Pmax​ — пиковое избыточное давление ударной волны​
• Aeff​ — эффективная площадь воздействия волны (около 0.6 м² для шкафа, показанного на рисунке)
• m — масса объекта (допустим 180 кг)

Оценки выживаемости ( работоспособность) в зависимости от расстояния от эпицентра взрыва для шкафа стандарта MIL-S-901D:

• 0 м (прямое попадание)  - пиковое давление ∞ (проникновение), перегрузка >10,000 G (мгновенное разрушение), вероятность выживания не более 1,5%
• 1 м - пиковое давление 8-10 бар, перегрузка 300–400 G, выживание <5 % (маловероятна, перегрузка в 2,5-3 раза превышает предельную)
• 2 м - 4-5 бар, перегрузка 150–220 G, выживаемость 10–20 % (высокая вероятность повреждения но возможна частичная сохранность)
• 3 м - 2.5–3 бар, перегрузка 80–120 G, выживаемость 40–60 % (пограничное значение, выживание возможно, но нестабильно)
• 4 м - ~1.5 бар, перегрузка 50-70G, выживаемость 70–85 % (большинство компонентов выдержат, особенно с внутренней амортизацией)
• 5 м - ~0.8 бар, перегрузка 20–30 G, выживаемость 90–97 % (расчетные пределы номинальных допусков по стандартам НАТО)
• 6 м - ~0.5 бар, перегрузка 12–20 G, выживаемость >98 % (сохранение полной работоспособности без сбоев)
• 8 м и далее - <0.3, перегрузка  <10 G, выживаемость  ~100 % (безопасное расстояние, перегрузки ниже нормы)

Ключевые выводы:

• До 2 м — зона гарантированного поражения. Даже при наличии виброизоляции выживание оборудования маловероятно.
• 3–4 м — пограничная зона, где сильно влияет качество монтажа, герметизации, масса и собственная частота конструкции.
• С 5 м и дальше — оборудование с виброизоляторами AVC и прочным корпусом имеет высокую вероятность сохранения работоспособности даже после мощного взрыва, аналогичного бпла типа Герань-2.
• 6 м и более — безопасная дистанция для большинства мобильных устройств и электронных блоков, выполненных по стандарту MIL-S-901D.

Учитывая вышесказанное, приведем примеры практического применения демпферов серии AVC на военной технике.

    На фотографии показаны пусковое устройства и электронный блок управления, которые установлены на платформах с виброопорами AVC, зинитно ракетного комплекса ближнего радиуса действия RIM-116 RAM (Rolling Airframe Missile) морского базування.

    На изображении военная радиостанция защищенной связи Harris AN/PRC-117G(V)1(C) (Falcon III Multiband Networking Radio) в ударопрочном и влагозащищённом транспортном дисантном кейсе с дополнительной виброизоляцией в виде пружинных демпферов  по углам от ELESA+GANTER.

    Пример установки фильтрационных компонентов климатконтроля и жизнеобеспечения Dometic Post Zero ZTC II, XTC II, KTC II со шкафами управления в защищенном блоке бомбоубежища. 

    Установка обратного осмоса для водоподготовки Fresenius AquaPlus на виброзащищщенной платфоме для военно-полевых госпиталей стандарта MIL-STD-810H (стандарты НАТО для военно-медицинского оборудования).