Защита малогабаритной бортовой аппаратуры от механических воздействий

ФГУП «Российский федеральный ядерный центр – 
Всероссийский научно-исследовательский институт 
экспериментальной физики» 
 
 
 
 
 
 
ЗАЩИТА МАЛОГАБАРИТНОЙ 
БОРТОВОЙ АППАРАТУРЫ  
ОТ МЕХАНИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ 
 
 
 
 
Научное издание 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Саров 
2018 

УДК 62-752+629.05 
ББК 
34.41 
 
З-40 
 
 
 
 
Автор-составитель: А. В. Иванов 
           Защита малогабаритной бортовой аппаратуры от механических 
воздействий: Сборник статей. – Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 
2018. – 74 с. : ил. 
 
   ISBN 978-5-9515-397-8 
 
Сборник содержит статьи по проектированию устройств защиты 
малогабаритной бортовой аппаратуры от механических воздействий, опубликованные 
в различные годы в научных журналах и сборниках материалов 
российских научно-технических конференций. Изложены теоретические 
основы проектирования устройств защиты, результаты численного 
моделирования и экспериментальных исследований при вибрационных и 
ударных воздействиях. Приведены также результаты исследований конструкционных 
материалов с высокими демпфирующими характеристиками. 
Для специалистов и инженеров, занимающихся вопросами проектирования 
вибро- и ударостойкой бортовой аппаратуры, а также аспиран-
тов и студентов вузов, специализирующихся в области проектирования 
электронной аппаратуры. 
 
 
 
 
 
 
 
 
УДК 62-752+629.05 
ББК 34.41 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ISBN 978-5-9515-397-8                                  © ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ», 2018 
З-40 

Содержание 
 
 
Иванов А. В., Хохлов П. В. Амортизатор ударов для защиты 
радиоэлектронной аппаратуры . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 
4 
Иванов А. В. Проблемы конструирования ударостойкой ра-
диоэлектронной аппаратуры: выбор конструкции, ее анализ 
и испытания . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 
 
 
17 
Иванов А. В., Хохлов П. В., Ильин С. Л., Пучкин А. А., Дрож-
жин В. С., Скорочкин Ю. В. Защита бортовой РЭА от удар-
ных воздействий большой интенсивности . . . . . . . . . . . . . . . . 
 
 
26 
Иванов А. В., Куфтин А. А., Демарева А. И., Хохлов П. В., 
Скорочкин Ю. В. Защита малогабаритной бортовой аппара-
туры от вибрационных и ударных воздействий . . . . . . . . . . . .
 
 
46 
Морозов В. Н., Колесников С. В., Цетлин И. В., Профе В. Б., 
Иванов А. В., Дрожжин В. С., Скорочкин Ю. В., Куфтин А. А.,
Шеховцев С. С. Повышение ударостойкости защищенных 
бортовых накопителей . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
 
 
 
57 
Куфтин А. А., Иванов А. В. Верификация аналитической мо-
дели деформирования полимерных демпферов в составе 
конструкций бортовой радиоэлектронной аппаратуры при 
ударных воздействиях высокой интенсивности . . . . . . . . . . . .
 
 
 
65 
 

АМОРТИЗАТОР УДАРОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ 
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ 
А. В. Иванов, П. В. Хохлов 
ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ» 
Бортовая радиоэлектронная аппаратура (РЭА) является важ-
ным компонентом современных ракетных и авиационных систем, 
от которого во многом зависит надежность их функционирования. 
При этом в процессе эксплуатации РЭА подвергается различным 
механическим воздействиям. Усложнение бортовой РЭА и одно-
временный рост скоростей и расширение перечня задач, стоящих 
перед объектами-носителями, а следовательно, и рост уровня  ме-
ханических воздействий приводят к ужесточению требований по 
надежности функционирования бортовой РЭА. Известно также, что 
причиной большинства отказов бортовой РЭА являются именно 
механические воздействия. Наряду с линейным ускорением, удар 
является наиболее сложным дестабилизирующим фактором, влия-
ние которого достаточно трудно изолировать.  
Ударом называется резкое приложение нагрузки к конструк-
ции, сопровождаемое мгновенным изменением скорости. Одним из 
последствий удара являются колебания с затухающей амплитудой 
на собственной частоте конструкции, кроме того, при достаточно 
высоких уровнях ударных ускорений (десятки тысяч g) возможно 
разрушение как самого прибора, так и его элементной базы. В даль-
нейшем такое ударное воздействие будем называть ударным воз-
действием большой интенсивности.  
Эффективность устройства для защиты от ударного воздейст-
вия (амортизатора) оценивается возможностью данного устройства 
снижать ударное ускорение на РЭА до допустимых значений.  
Основными методами защиты от ударного воздействия явля-
ются смягчение удара и рассеяние энергии удара. 

Смягчение удара реализуется либо большим свободным ходом 
защищаемого объекта, либо применением мягких амортизаторов с 
большой деформацией, при этом, чем больше деформация (чем 
мягче амортизатор), тем меньшее ударное ускорение получит РЭА. 
Данная характеристика относится к так называемым линейным 
амортизаторам, кривая зависимости сила – деформация которых 
имеет линейный вид. Амортизаторы с нелинейной зависимостью 
сила – деформация работают иначе и могут не иметь большого 
свободного хода и при этом могут эффективно применяться для 
смягчения удара. Такие амортизаторы более приемлемы для смяг-
чения ударного воздействия большой интенсивности. 
Рассеяние энергии удара осуществляется несколькими метода-
ми: трением в элементах конструкции, пластической деформацией, 
внутренним трением в специальных материалах и т. д.  
Очевидно, что при ударном воздействии большой интенсивно-
сти амортизирующие устройства должны обладать и повышенной 
энергопоглощающей способностью и значительным ходом (дефор-
мацией), достаточными для рассеяния энергии ударного воздейст-
вия до допустимых значений.  
При использовании амортизаторов для защиты от механиче-
ских воздействий в конструкцию РЭА не вносят, как правило, до-
полнительных средств защиты, т. е. возможно использование уни-
версальных, «стандартных» конструкций.  
Другой способ защиты РЭА от ударных воздействий заключа-
ется в применении виброударопоглощающих материалов и конст-
рукций в виде специально введенных в РЭА (т. е. проектируются 
уникальные конструкции РЭА) демпфирующих слоев, ребер и 
вставок. Также применяется заливка блоков РЭА различными ком-
паундами, пенопластами и заполнение блоков РЭА дискретными 
рабочими средами. 
 
 
Описание конструкции и принципа действия амортизатора 
 
Новый амортизатор ударов разработан на основе существую-
щих сетчатых амортизаторов. Сетчатые амортизаторы, основным 

элементом которых является прессованная металлическая сетка – 
металлическая резина (МР), признаются многими исследователями 
(например, Ильинским и Карпушиным [1, 2]) как наиболее пригод-
ные для защиты РЭА от ударных воздействий. МР обладает более 
высокими демпфирующими качествами (по сравнению с резиной) 
и более широким диапазоном рабочих температур: от минус 76  
до 200 ºС. Коэффициент Пуассона МР равен 0,05, что допускает 
возможность ее работы в замкнутом объеме (в отличие от резины).  
Амортизатор пружинно-сетчатый АПС [1] содержит кроме 
сетчатого элемента еще и пружину и более предпочтителен при 
ударном воздействии. Важным свойством сетчатых амортизаторов 
является то, что они выдерживают без разрушения 10-кратную ста-
тическую нагрузку. 
Для создания амортизатора с большой энергопоглощающей 
способностью вместо обычной пружины сжатия в конструкцию 
сетчатого амортизатора типа АПС была 
введена кольцевая пружина.  
Кольцевые пружины состоят из 
внутренних и внешних стальных про-
филированных колец, опирающихся 
друг на друга своими конусными по-
верхностями (рис. 1). Осевое усилие, 
воспринимаемое пружиной, создает на 
поверхностях соприкосновения колец 
большие силы давления, под действи-
ем которых наружные кольца растяги-
ваются, а внутренние сжимаются. Не-
смотря на значительные силы трения, 
кольца вдвигаются друг в друга и об-
щая высота пружины уменьшается. 
Поскольку угол конусности β больше 
угла трения φ, внутренние силы упру-
гости при разгрузке пружины, преодо-
левая трение, вновь восстанавливают 
ее размеры. В зависимости от различ-
 
Рис. 1. Кольцевая пружина 

ных условий эксплуатации пружин работа сил трения составляет 
примерно 60–70 % полной работы, совершаемой при нагружении 
пружины [3]. Довольно высокая амортизационная способность 
кольцевых пружин трения успешно используется при проектирова-
нии поглощающих устройств большой энергоемкости для совре-
менного высокоскоростного железнодорожного транспорта [4]. 
Кроме описанных ранее источников, при разработке амортиза-
тора использовалось техническое решение «Амортизатор» [5]. 
В амортизаторе [5] использована модернизированная кольцевая 
пружина с разрезными внутренними кольцами для большей подат-
ливости пружины и это способствует также обжатию внутренними 
кольцами стержня из фрикционного материала при действии внеш-
ней нагрузки, что повышает энергопоглощающие свойства аморти-
затора. Однако при этом использование в конструкции амортизато-
ра внутреннего стержня из фрикционного материала (металличе-
ского) не способствует его осевой деформации, т. е. не реализуется 
одно из условий амортизации удара (см. выше) – смягчение удара 
большой деформацией. 
Применение сплошного цилиндра из фрикционного материала 
(наиболее вероятно – металла) значительно увеличивает и массу 
амортизатора. При применении амортизатора в авиации и ракетно-
космической технике увеличение масс не допустимо. Поэтому ука-
занное устройство имеет ограниченную область применения. 
Для создания амортизатора ударов, способного эффективно 
снижать ускорение ударного воздействия большой интенсивности 
до допустимых значений, предлагается в качестве упругого элемента 
использовать модернизированную кольцевую пружину с разрез-
ными внутренними кольцами, а в качестве демпфирующего эле-
мента прокладки (втулки или шайбы) из МР. 
На рис. 2 показан общий вид конструкции амортизатора уда-
ров. Устройство содержит набор внутренних разрезных 2 и наруж-
ных колец 3, которые выполняются профилированными и состав-
ляют кольцевую пружину, установленную на опоре 6. Внутри 
кольцевой пружины установлены прокладки из МР 1. Сборка за-
крывается фланцем и стягивается гайками 4. На опоре предусмот-

рен элемент крепления амортизатора. Амортизатор монтируется на 
основание по плоскости Б, а амортизируемый объект устанавлива-
ется на амортизатор по плоскости А.  
 
Рис. 2. Конструкция амортизатора ударов 
 
Амортизатор работает следующим образом: при действии 
ударной нагрузки на объект, установленный на амортизаторе (на 
плоскости А, см. рис. 2), происходит рассеяние механической энер-
гии удара при упругой деформации кольцевой пружины. Дополни-
тельное рассеяние механической энергии удара происходит при 
осевой (перемещение опорного фланца – см. рис. 2) и радиальной 
(при сжатии кольцевой пружины) деформации упругой прокладки 
из МР 1 за счет ее демпфирования. Причем рассеяние механиче-
ской энергии удара происходит одновременно на всех указанных 
уровнях. 
 
 
Проектирование амортизатора 
 
Проектирование кольцевой пружины. Проектировочный рас-
чет кольцевой пружины включает в себя: 
6 

– определение геометрических параметров колец пружины; 
– определение максимальной деформации пружины; 
– определение кинетической энергии поглощаемой пружиной 
за один цикл. 
Учитывая то, что в нашем случае кольцевая пружина является 
разрезной (внутренние кольца), можно считать, что расчет двух 
последних параметров имеет справочный характер. 
Геометрические параметры колец пружины определяются из 
следующих соотношений [3]: 
1
5
a
H
D =
⇒
5
;
a
D
H
=
                                (1) 
ср
1
3
B
H =
⇒
ср
3
,
H
B
=
                               (2) 
где 
a
D  – внешний диаметр наружного кольца, Н – высота колец,  
ср
B
 – толщина колец (см. рис. 1). 
Проектирование сетчатых прокладок. Размеры сетчатого эле-
мента амортизатора определяются в основном габаритами аморти-
затора и колец, а также возможностями технологического оборудо-
вания для прессования. К основным характеристикам сетчатого 
элемента (прокладки) относится также и плотность. Рекомендуемая 
плотность прокладок из МР для использования в амортизаторах 
должна быть в пределах 1–3 г/см3 [1]. 
Проектирование амортизатора ударов с уменьшенными габа-
ритно-весовыми характеристиками. При разработке бортовой 
РЭА одним из основных требований является требование по мини-
мизации габаритно-весовых характеристик.  
При проектировании уменьшенного амортизатора преследова-
лись две цели. Во-первых, амортизатор разрабатывался под разме-
ры конкретного прибора, при этом его габаритно-весовые характе-
ристики можно считать типовыми для приборов ракетных систем. 
Во-вторых, сопоставление рабочих характеристик амортизаторов 
с разными габаритами позволит определить правильность выбран-
ной методики проектирования и возможность использования ее  

в дальнейшем для разработки амортизаторов с различными типо-
размерами. 
Исходя из этого, была предпринята попытка разработать амортизатор 
ударов конструкции аналогичной показанной на рис. 2, но 
с приемлемыми габаритно-весовыми характеристиками. Сравнение 
параметров амортизаторов проводилось по их статическим силовым 
характеристикам. На рис. 3 показана силовая статическая характеристика 
амортизатора (конструкция см. рис. 2), а на рис. 4 
силовая статическая характеристика уменьшенного амортизатора. 
Полученные силовые статические характеристики амортизаторов 
являются жестко нелинейными. Очевидно, что общий характер 
зависимости сила – деформация для обоих амортизаторов идентичен, 
также практически неизменной осталась грузоподъемность 
амортизатора и естественно, в силу сокращения габаритов уменьшился 
ход амортизатора. 
        
 
Деформация, мм 
Рис. 3. Силовая статическая характеристика макета амортизатора 
 
У
с
и
л
е
н
и
е
,
 
Н
 

0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
8000
9000
10000
11000
12000
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
6
6,5
Δl,мм
Р,Н
 
Рис. 4. Силовая статическая характеристика уменьшенного амортизатора 
 
В целом по результатам сравнения силовых характеристик 
двух амортизаторов можно сказать, что с помощью приведенной 
здесь методики проектирования можно разрабатывать амортизаторы 
различных типоразмеров.  
 
 
 
Результаты экспериментальных исследований амортизаторов 
Экспериментальные исследования амортизаторов проводились 
по схеме, показанной на рис. 5. 
На рис. 6 и 7 показаны результаты экспериментальных исследований 
поведения амортизатора (конструкция, см. рис. 2) при вибрационном 
и ударном воздействии соответственно.  
При вибрационном воздействии на резонансной частоте наблюдается 
значительная динамичность системы амортизатор – груз, 
причем резонанс происходит на частоте примерно 750 Гц, что близко 
к диапазону резонансных частот печатных плат бортовой РЭА.