GJB 150A與GJB 150內容對比和分析（二）

祝耀昌，王建剛，張建軍

（中國航空綜合技術研究所，北京100028）

3 GJB 150A與GJB 150在試驗方法上的區別和說明

GJB 150A作為剪裁標準，在標準技術內容和編排格式上與GJB 150有很大差別。除了為適應剪裁標準要求而增加相應的技術指導和基本數據之外，每個試驗方法中均設置了應用限制、信息要求、試驗控制、試件安裝與調試、試驗前準備和結果分析等章節并提出相應的要求。這些要求的實現將保證試驗過程更加科學合理，信息記錄更加完整，有助于保證試驗結果的準確性和重現性。

3.1 試驗方法的增刪及考慮

3.1.1 增加4個試驗方法

GJB 150在1986年發布時僅包含19個試驗方法，1992年原國防科工委軍標中心將艦船行業的風壓和傾斜、搖擺兩個試驗方法納入GJB 150，同時又組織一部分人等效采用MIL-STD-810E《環境試驗方法和工程導則》，制定了積冰/凍雨、溫度-濕度-振動-高度和振動-噪聲-溫度 3個試驗方法標準，這5個試驗方法標準曾作為GJB 150的第二部分出版發行過，但沒有正式宣貫。等效采用810E的3個試驗方法在型號中沒有使用過，因此，大部分人不大了解。在修訂GJB 150時，對這3個試驗方法標準同樣等效采用 810F相應內容進行了修訂。

相對于GJB 150和MIL-STD-810E，GJB 150A和810F又增加了流體污染、爆炸分離沖擊、酸性大氣和彈道沖擊4個試驗方法。

3.1.2 去除了GJB 150中的2個試驗方法

按照810F的思路，因其溫度-濕度-振動-高度試驗方法可包含 GJB 150中的溫度-濕度和溫度-濕度-高度2個試驗方法，因此 810F已取消這2個方法，GJB 150A也等效采用了810F這種做法。需要指出的是，810F中的這一試驗方法，雖然規定其可覆蓋這4個因素的任何幾個因素的綜合，包括6個二因素的綜合、3個三因素的綜合和1個四因素的綜合，但是 GJB 150.24A基本上沒有為這10個綜合試驗的試驗應力條件剪裁和如何實施作出詳細的指導。僅有的一個例子是帶通風冷卻和電應力的溫度-高度-振動-濕度四因素綜合試驗。該試驗方法提供的試驗剖面中并未出現這 4個因素同時作用于受試設備，實際上也不是真正的四綜合。由于高空空氣稀薄，濕度因素影響可以不計，而在低空低氣壓下濕度因素的影響不大，也可忽略，因此真正經受這4個因素同時作用且必須考慮其綜合影響的設備也很少。另外，該試驗方法的應力使用也不再強調極值準則，剖面設計方法與可靠性試驗剖面設計方法類似，使得該試驗更像是可靠性試驗，可操作性很差。GJB 150A完全繼承了810F這一特點，因而目前航空產品如何應用這一方法進行溫度-高度試驗尚需研究。

3.2 試驗程序的增刪和改變

GJB 150/150A兩個標準的各試驗方法中均設置有多個試驗程序，這是因為即使是同一環境因素，由于裝備所處狀態、使用模式、應力作用方式和所用試驗件或試驗設備的不同以及作用機理不一樣，需要應用不同的試驗程序來模擬這些影響。GJB 150原有的24個試驗方法共有53個試驗程序，修訂后的GJB 150A中，低氣壓、低溫、溫度沖擊、沙塵、浸漬和加速度6個試驗方法各增加1個試驗程序，高溫試驗增加2個試驗程序，炮振試驗增加3個試驗程序，濕熱和沖擊試驗各減少2個試驗程序。以上這些試驗實際上增加了 7個程序，共有60個試驗程序。加上新增加的流體污染、爆炸分離沖擊、酸性大氣和彈道沖擊4個試驗方法的11個程序和單獨列出1個艦船沖擊的試驗程序，共有72個試驗程序，充分顯示了GJB 150A是一個模擬環境更多、模擬方法更完整和多樣的試驗標準。

3.3 試驗條件要自行剪裁確定

GJB 150A作為一個剪裁標準，不再規定明確的試驗條件，有的試驗要求自行剪裁確定，有的試驗給出了推薦選用原則。關于自然氣候和生物化學環境的試驗，每個試驗方法均提供了世界上各類氣候地區的自然和誘發環境資料供剪裁時選用；而濕熱、霉菌、鹽霧、雨淋、沙塵、浸漬等試驗方法直接推薦了明確的試驗條件；對于振動、沖擊和加速度等模擬誘發環境的試驗方法，其試驗條件的確定強調優先利用試驗數據，同時標準中也提供了一些數據和公式，以便在無實測數據情況下選用。

3.4 對試驗設備和試驗樣品的控制要求

總體來說，GJB 150A的各試驗方法對試驗設備的要求沒有很大的變化，只是在GJB 150中對試驗設備要求的基礎上作出了更為具體、細致的規定。例如，溫度沖擊試驗要求用2個試驗箱或1個試驗箱兩個室，以避免使用溫度變化速率大的高低溫箱；太陽輻射試驗規定了試驗箱容積與試件體積之比至少為 10，并對太陽輻射濾光器和輻射表等結構選用和校準等有詳細說明；對濕熱試驗的濕球附近風速和濕球的維護使用作了詳細規定等。當然，新設置的試驗方法或新增加的試驗程序需要有相應的試驗設備，其使用方法也應有相應說明。

必須強調的是，由于GJB 150A各個試驗方法強調要測量試件附近的應力條件和試件對應力的響應特性，而且強調試驗箱應力施加控制系統一定要與試驗箱內應力監測記錄系統分開，因而各試驗單位必須增加溫度、濕度、風速、輻射度、加速度等環境測量的各種傳感器和測試儀表，配置相應的測試系統，才能滿足不同試驗對監測和監控的要求。

4 GJB 150A的特點

4.1 具有剪裁標準的特色

GJB 150A是810F的等效標準，標準不再規定試驗條件和試驗項目順序等，而僅僅提供剪裁的技術指導和剪裁用的基本數據，或者推薦的試驗條件、計算公式和圖表，需要相關人員在分析裝備壽命期環境剖面、充分理解裝備受環境影響機理的基礎上，利用實測數據或標準中推薦的基本環境數據或試驗條件，剪裁或選擇確定具體裝備要考慮的環境適應性要求及相應的環境試驗條件。因此，GJB150A不再像GJB 150那樣可不加考慮地全盤套用。

4.2 擴展了試驗信息范圍，強調信息的搜集和利用

GJB 150A不再像GJB 150那樣把試驗關注的信息主要集中在試驗條件和受試產品的功能和性能、失效判據等方面上，而是將試驗考慮的信息范圍大大擴展，包括試驗前應搜集的所用試驗設備和儀器的信息，受試產品標識、受試產品關鍵部件及其試驗履歷信息，所用的傳感器及其安裝位置的信息，受試產品安裝（包括安裝準備、安裝方向和連接方式等）信息以及采取冷卻和加載措施等信息。掌握這些信息才能確保試驗準備工作充分和全面。GJB 150A進一步關注試驗中對試件進行功能檢查和性能測試及記錄，并將這些數據與初始檢測得到的基線數據比較，以確定其是否有故障或了解其性能變化趨勢。試驗中還要定期記錄試驗室的溫濕度及壓力條件，關注和記錄施加在受試產品上的試驗條件和受試產品對施加的環境應力響應數據，以便及時掌握試驗應力施加的合理性以及受試產品的實際應力分布，為故障分析和定位提供數據支持。GJB 150A還要求試驗完成后，檢查受試產品外觀、功能和測量性能參數，以便和基線數據比較，根據失效判據確定產品是否有故障。試驗還要求記錄實際的試驗項目實施順序，并與試驗大綱比較，以便說明實施過程有否偏離；要求記錄試驗中斷處理及處理結果、故障及故障分析處理情況，甚至包括確認試驗數據有效的人員簽名和日期。

GJB 150A對試驗信息搜集和記錄工作的高度重視，體現了對試驗工作的可追溯性原則。全面采集和掌握試驗信息，有利于促進試驗過程的規范化，并為編寫出一個既能全面反映試驗工作情況和證明試驗有效性又有可追溯性的試驗報告奠定基礎。

4.3 試驗方法（試驗項目）更加完整

1）增加了4個單因素試驗（具體見3.1.1節）；

2）增加了7個試驗程序（具體見3.2節）。

試驗方法和試驗程序的增加使GJB 150A試驗項目更加完整。

4.4 部分試驗條件確定原則有變化

GJB 150A雖然沒有試驗條件章節，但在各試驗方法的剪裁指南章節或在附錄中均有確定試驗條件方面的剪裁指導、基本資料和推薦條件。在涉及氣候和生物化學環境的試驗方法中，大部分均推薦了一組或幾組可供選擇的氣候和生化條件；而動力學等誘發環境試驗方法更強調應用實測數據，標準中也提供了推薦的試驗條件或推薦了確定試驗條件的方法。在推薦氣候和動力學試驗條件或確定方法方面，與GJB 150相比，GJB 150A中的有些試驗方法的確定原則有根本性的變化。

1）高溫試驗提倡日循環模擬

在高溫試驗中，GJB 150.3A要求進行極端溫度日循環模擬，追求更為真實的模擬方法；而GJB 150.3采取恒溫極值模擬，這就使試驗時間從GJB 150.3的48 h大大延長到168 h（7個日循環），其理由在 810G[7]第 III部分中有明確的說明。如在810G第III部分的3.2.3節規定“除非認為有理由，應使用通常出現的具備其更真實的濕氣凝露和溫度響應分布”；在4.1.1.1節“干熱循環”中指出“如果可能，應按照日循環方式對這些條件進行試驗。因為加長在高溫極值下暴露時間可能對裝備施加不切實際的熱載荷。如果不能進行日循環，則在日循環期間會達到典型峰值溫度下進行試驗”。810G中這兩段的內容否定了 GJB 150高溫試驗中的恒定溫度（貯存和工作）試驗的做法，而應改為日循環試驗，其理由是若用日循環中最高溫度進行長時間試驗會給裝備施加不切實際的熱載荷，而日循環環境則更能真實地模擬受試設備的濕氣凝露和溫度響應分布。對于不能進行日循環的情況，標準中提出了按最高峰值溫度進行恒定溫度試驗，但沒有規定試驗時間。

2）振動功能試驗和耐久試驗不再采用GJB 150中規定

GJB 150.16明確規定振動功能試驗時間為1 h。對于噴氣式飛機和螺槳式飛機，隨機振動耐久試驗量值為功能試驗量值的1.6倍，正弦振動耐久試驗量值為功能試驗量值的 1.37倍，當裝備飛機壽命為500 h（飛行時間）時，每個軸向要按放大的量值試驗2.5 h。GJB 150A不再采用這一規定，而是要求從壽命期環境剖面中選取功能試驗量值和確定耐久試驗時間，振動量值首先使用實測數據。

GJB 150A中附錄B《工程信息》指出耐久試驗有兩種傳統的方法：一種是提高功能試驗量級來考慮等效疲勞損傷；另一種是假設累積進行了足夠多的應力循環（通常假設為106次）而沒有失效，則可證明應力低于裝備疲勞極限。這兩種方法都有嚴重缺陷：第一種方法（即GJB 150采用的方法）要求的振動量級比使用中量級高，忽略了裝備特性、連接處摩擦、隔振性能和熱效應等非線性因素；第二種方法忽略了許多裝備（特別是典型的電氣/電子設備）沒有疲勞極限的問題，106次的應力循環可能對這些裝備而言還不夠。GJB 150.16A不再使用提高功能試驗量級的方法來考核產品的耐久能力，而是建議用簡化的疲勞關系公式將裝備壽命周期內低于功能試驗的振動量級以及在該量級下設備壽命周期中經歷的總持續時間折算成功能試驗量級下的持續時間，即采用得到的等效時間作為功能和耐久試驗的持續時間，從而將功能試驗和耐久試驗組合在一起，因此已沒有必要單獨規定功能試驗時間。當出現等效時間還是太長而試驗大綱又不允許的情況時，可適當提高量級，原則是要保證試驗時間盡可能長，將由第一種方法的缺陷所造成的影響減到最小限度，即將試驗量級限制在更為現實的最大量級上。

3）規定沖擊試驗方法采用沖擊響應譜，而不用經典的半正弦波

GJB 150.17A的名稱為《功能性沖擊》，而GJB 150.17為《沖擊試驗》，其中設計的基本沖擊程序用以模擬裝備工作狀態下經歷的沖擊環境，評估裝備工作狀態經受沖擊作用期間和作用后結構的完整性與功能、性能的完好性，是航空產品必須要考慮的試驗項目。GJB 150.18A規定首先采用實測數據，用實測沖擊波形再現方法或根據實測資料確定的沖擊響應譜進行試驗。

在沒有實測數據的情況下，按標準中推薦的飛行設備和地面設備的沖擊響應譜進行。如果不能證明外場沖擊環境近似于經典沖擊脈沖，一般不能使用經典沖擊脈沖（半正弦波）；但若無其他方法可用，則可用標準中規定的后峰鋸齒波進行試驗。墜沖安全試驗的試驗條件確定原則與功能性沖擊試驗一樣，也是使用沖擊響應譜和標準中推薦的試驗條件。由于沖擊響應譜的對稱性，它們的正負波形量值通常相當，因此僅在3個軸向各進行3次沖擊試驗，而不是GJB 150中規定的在3個軸向的6個方向各進行3次沖擊。

4.5 強調試驗過程的監控和監測

GJB 150.1A明確規定試驗過程中要監控試驗箱的狀態，確保試驗箱參數設置正確，并對試驗箱提供的環境條件進行監控和記錄，即按規定的時間間隔進行目視檢查，實時連續記錄和定時記錄，確保試驗箱內的環境條件在整個試驗過程中保持在規定允差范圍內。各試驗方法均規定了具體的控制要求和措施，如低氣壓試驗對高度變化速率和數據讀出裝置的分辨率提出定量要求；溫度試驗規定試件周圍的風速不能超過1.7 m/s，當溫度變化率不超過 3 ℃/min或打開箱門引起試驗箱或試件溫度變化大于2 ℃或15 min內不能完成性能檢測時，要待溫度穩定到規定溫度后才能繼續試驗或檢測性能；濕熱試驗要求試驗箱內有測量和記錄裝置并與試驗箱控制器分開，試驗過程中對溫度和相對濕度進行連續測量或以一定的時間間隔測量；霉菌試驗對相對濕度傳感器、干濕球使用維護、試劑以及水純度有詳細的規定要求；沙塵試驗要求每小時至少測一次濕度和塵濃度；沖擊試驗要求對試驗裝置和裝備響應的測量設備等性能進行校正，并規定沖擊脈沖時域允差、響應譜允差；振動試驗要求合理選擇控制方案，精心設計試驗裝置、夾具、傳感器安裝位置和布線，以確保加速度功率譜密度、正弦峰值加速度、橫向加速度和頻率滿足相應要求等等。這些控制要求的實現，可有力地確保試驗應力施加的準確性、試驗結果的有效性和重現性。GJB 150雖然也包含有關要求，但遠沒有GJB 150A這樣系統和完整。在我國實際試驗工作中，上述要求主要靠試驗設備檢定來保證，試驗中不再單獨布置傳感器對受試產品真正經受到的應力進行連續或間斷的測量和記錄，因而對試件經受的實際應力是否準確往往心中無數，有了問題也發現不了。GJB 150A各試驗方法中的這些要求，盡管可確保試驗做得更精確，但將會使試驗實施過程復雜化并要增添各種測量傳感器和測量儀表。

GJB 150.1A還規定試驗過程中要對受試產品進行監測，即連續或按一定時間間隔監測受試設備的功能和性能情況，及時發現其功能性能變化趨勢和是否出現故障，以便采取措施干預。

4.6 規定試驗報告基本內容和結果分析要求

GJB 150未提及試驗報告，也沒有規定試驗后要進行結果分析，因而長期以來，我國各行業的環境試驗報告編寫極不規范，內容非常簡單，只提供一個試驗結論，缺少有關信息和數據，可追潮性很差，也無法評價試驗的有效性。GJB 150.1A不僅明確規定了試驗報告主要內容，而且規定了結果分析的主要內容，還要求按照失效判據、試驗大綱及試驗報告的要求進行結果分析，這一要求對于規范環境試驗工作、提高環境試驗水平和試驗報告的質量有重大作用。

5 結束語

GJB 150A作為一個剪裁標準，相對于GJB 150菜單式標準無疑是一個很大的進步。作為剪裁標準，GJB 150A具有很大的靈活性，使用得當，可以避免簡單套用菜單式標準所帶來的過設計、過試驗或欠設計、欠試驗問題。應當指出使用剪裁標準需要有系統完整的基本數據，特別是平臺環境的實測數據，更需要一批有經驗的環境工程專家或專業人員去進行合理的環境剪裁工作，從這方面來看我國軍工產品行業在貫徹GJB 150A標準的條件上還有較大差距。例如根據產品壽命剖面、壽命期環境剖面的分析和實測數據，來確定振動功能試驗量值和振動耐久試驗的時間；使用實測沖擊波形再現方法或根據實測沖擊數據確定沖擊響應譜；使用炮振試驗的程序Ⅰ、Ⅱ、III 3個程序進行炮振試驗等等：以上均需要相當專業的技術人員進行環境實測和數據分析及歸納處理。GJB 150A中的各試驗方法對試驗設備控制、試驗應力測量、試驗負載、冷卻通風、試驗報告編寫等提出的要求，可確保試驗更加合理、準確、精細，但也對試驗設備、測試儀器和試驗人員的技術水平提出了更高的要求。因此，為了更好地貫徹GJB 150A，當前的首要任務是加強對相關人員的培訓，以及配備必要的試驗設備和環境測量儀器設備。

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[1] GJB 150, 軍用設備環境試驗方法[S], 1986-12

[2] GJB 4239, 裝備環境工程通用要求[S], 2001-05

[3] GJB 6117, 裝備環境工程術語[S], 2007-11

[4] GJB 150A, 軍用裝備實驗室環境試驗方法[S], 2009-05

[5] MIL-STD-810F, 環境工程考慮和實驗室環境試驗[S], 2001

[6] 祝耀昌. 產品環境工程概論[M]. 北京: 航空工業出版社, 2001

[7] MIL-STD-810G, 環境工程考慮和實驗室環境實驗[S], 2007