型號研制中實驗室環境試驗條件剪裁方法淺析

楊華，張少宏，封雷

（中國兵器工業第203研究所，西安 710065）

型號研制中實驗室環境試驗條件剪裁方法淺析

楊華，張少宏，封雷

（中國兵器工業第203研究所，西安 710065）

目的分析某導彈環境條件的制定和試驗流程，總結在型號中如何制定環境試驗條件和方法。方法從環境工程的角度出發，對產品的特性及服役環境進行分析。結果根據項目自身的特點和需要制定相應的環境試驗要求。結論將環境條件和試驗方法在某型武器裝備產品中得到了成功應用。

導彈；環境條件；環境試驗

某空地導彈是一種一次使用戰術導彈，空地導彈在使用過程中需要經歷各種嚴酷復雜的環境，環境作用所產生的各種類型故障和失效是制約產品可靠性、影響發射成功率的主要因素。為了保證發射成功，必須通過各種試驗使得設計、制造中的缺陷得到盡早暴露并予以消除，從而將各種隱患消滅在飛行試驗之前。環境試驗的作用就是保證空地導彈在經過地面試驗后能夠充分暴露并消除潛在的，由設計、材料和制造工藝缺陷所造成的故障[1]，從而保證空地導彈能夠在嚴酷復雜的使用環境中正常工作，提高發射和飛行的成功率。武器系統的環境工程就是研究環境因素、環境因素的嚴酷度、環境因素效應、環境防護設計及環境試驗的工程[2]。

某空地導彈的零部件以及分系統均要經過惡劣環境試驗考核后方能用于導彈上，整個導彈武器系統經過一系列研制與鑒定試驗達到預定性能指標后，方能交付部隊使用。因此，導彈及部件的環境試驗工作是某空地導彈研制和鑒定過程的重要環節。

某空地導彈的試驗分為三類[3]：地面試驗，包括環境試驗、仿真試驗、聯試通電試驗、可靠性試驗等；模擬導彈動態環境的火箭撬試驗；飛行試驗。文中主要敘述地面試驗中的環境試驗。

1 環境適應性和環境試驗的方法

1.1 環境工程

某空地導彈是配裝在武裝直升機上的，主要用于對地攻擊和對地面部隊直接火力支援。具有良好的作戰性能、生存力強、可靠性高等優點[4]。這些優點的發揮離不開某空地導彈武器系統環境適應性的支持，因此對于某空地導彈武器系統的環境適應性設計，環境試驗的要求更多、更高、更嚴。環境工程師必須依據某空地導彈武器系統的特點，對其使用環境、性能、材料等進行綜合分析，并提出相應的環境試驗要求和環境工程管理要求，以保證高質量完成空地導彈武器系統的設計[5]。

環境工程是為了使產品具有一定的環境適應能力而開展的一系列分析、設計、試驗和管理工作，包括分析和確定預期的環境和環境條件，耐環境設計、研制，環境試驗和環境管理等活動[6]。在某空地導彈研制中，環境工程的工作重點是根據使用部門提出的任務剖面，產品執行任務的環境條件，來確定設計和試驗用的環境條件，然后根據這一環境條件開展環境設計、環境防護和環境試驗方面的工作，進行環境管理，以保證某空地導彈具有一定的環境適應能力。

環境適應性是產品的固有屬性，直接對產品的效能產生影響，因此在研制某空地導彈時，對環境適應性非常重視[7]。我國對環境試驗的研究做了很多工作，制定了GJB 150，并在型號研制中得到了應用。由于GJB 150是一個通用的標準，對于某空地導彈型號的研制，它的使用剖面和氣候剖面是不一樣的，這樣就要在GJB 150的基礎上制定新的環境條件[8]。

1.2 環境技術工作分析

對于某型號的環境適應性的要求，環境專業人員要開展以下工作：收集、分析、統計以往型號的環境試驗數據和我國地面氣象資料；有關專業設計人員協商、調研，了解產品的環境要求；研究產品的環境特點；結合產品的具體情況合理裁剪GJB 150[8]，編寫某型號的環境試驗條件。

1.3 環境適應性分析工作控制體系[9]

某型號設計單位環境工作控制體系如圖1所示，該體系在設計師系統統一管理下，由各分系統設計人員和環境專業人員組成。由圖1可知，總體環境專業人員制定出總的環境管理文件及環境試驗要求，指導各分系統設計人員制定環境試驗大綱，對環境試驗大綱提出剪裁意見，并進行會簽，會簽后報設計師系統總師批準后執行。

圖1 環境工作控制體系Fig.1 Control system of environment work

1.4 制定環境適應性要求

1.4.1某型號的環境適應性要求

環境適應性要求是產品設計和試驗設計必不可少的依據。這里所指的環境適應性要求包括兩方面：一是產品在未來使用中會遇到的最嚴酷的環境；二是產品在未來使用中經常遇到的最典型的環境。前者實際上是指極端環境條件，是產品設計人員對產品進行耐環境設計的依據，也是環境試驗專家設計各環境試驗項目中環境試驗的基礎；后者實際上是指產品壽命期中遇到的環境時間譜的主體。為了獲得準確的環境適應性，應完成以下工作：根據產品設計任務書和戰術技術指標等原始資料確定產品壽命期環境剖面；根據產品的任務剖面確定任務環境；制定設計和試驗用的環境條件。

1.4.2制定型號的環境試驗條件

如在研制某空地導彈時，需要編制《某空地導彈武器系統環境試驗條件（方案階段）》。基于這份文件，環境專業人員要對空地導彈武器系統的使用剖面、貯存剖面開展一系列分析、計算、設計工作[10]。

1）高低溫度的制定。我國幅員遼闊，地形復雜，自然氣候條件比較多樣化。我國西南有高山阻擋，北部受西伯利亞寒風影響較明顯，中部地區四季分明，南方的夏季溫度高，北方的冬季有比較嚴酷的低溫，西部地區為高原，西北地區很干燥。自然環境差異非常大，最冷地區的最低氣溫達-48℃，最熱地區的最高氣溫達+47.6℃。因此在溫度試驗項目上應根據具體情況進行適當調整，如空地導彈的貯存試驗標準為高溫+70℃、低溫-55℃，修改為高溫+60℃、低溫-50℃。

2）振動的制定。按GJB 150直升機外掛設備的振動試驗量值標準，功率譜密度為0.03 g2/Hz。通過對國內某型直升機給出的實際測量數值，并對設計的外掛設備進行模態分析和試驗驗證，認為GJB 150直升機外掛設備的振動試驗量值標準比較保守。因此功率譜密度修改為0.01 g2/Hz，還有GJB 150中給出的戰術導彈自由飛狀態的振動量值不符合空地導彈的實際情況，通過對空地導彈振動測量，并對測量數據進行分析處理，整理出空地導彈自由飛狀態的振動量值[11—12]。通過地面環境試驗證明，測量數據滿足空地導彈自由飛狀態的振動，把上述數據編入《某空地導彈武器系統環境試驗條件》[13]。

這樣制定的空地導彈環境試驗條件，能夠充分對空地導彈的環境適應性進行考核。最終確定適宜的空地導彈環境條件和試驗方法。

1.4.3型號環境適應性工作控制流程

在工程實踐中，可采用如圖2所示的工作流程。在產品設計初期，將環境工程管理和環境試驗納入某型號研制工作計劃。

圖2 型號研制環境工作控制流程Fig.2 Control flowchart of prototype development environment work

2 環境適應性和環境試驗工作控制結果

1）空地導彈武器系統環境工程工作控制措施。對于某空地導彈武器系統，采用大量新研部件，需要做大量的環境試驗及環境工程工作。根據經驗，編制好環境試驗條件是環境工程控制的首要一關，除此之外，還要采取以下的控制措施。

2）把好上彈產品的環境試驗關。某空地導彈武器系統的上彈部件和地面控制部件在進行外場飛行試驗前，所有上彈的部件和地面控制部件必須通過環境試驗的考核，考核合格后，方能裝配。

3）環境應力篩選。某空地導彈和彈上部件必須進行100%的環境應力篩選。

4）環境考核試驗。某空地導彈武器系統各部件在設計轉段時都要按要求進行環境考核試驗，試驗合格后出具試驗報告，才能設計轉段。

5）分階段完成環境試驗。對某空地導彈的彈上部件在飛行試驗前必須做高溫、低溫、振動、沖擊試驗，而對飛行無重大影響的環境試驗則可依據研制實際情況，按進度分階段完成，如砂塵、淋雨、霉菌、濕熱等試驗。

3 對實施環境工程管理的幾點建議

3.1 制訂環境工程頂層標準和管理文件

要將環境工程的各項工作納入主要設計工作流程，作為流程中一個重要環節，必須要有相應的頂層標準和管理文件。對型號研制階段環境工程的監督與控制、設計與評價、試驗與產品驗收等方面提出通用要求和工作項目，從而在制定環境工作計劃時有章可循，有法可依[14]。

3.2 加強工程研制階段的環境試驗

目前，有些設計人員對環境工程要求或多或少地抱消極態度，對環境試驗持僥幸過關的態度，期望盡量少做環境試驗或降低要求，所以要加強設計人員對環境試驗的重視。

在型號的研制過程中，盡早引入環境工程工作是保證質量、縮短研制周期、節約經費、避免重新設計、重復試驗的關鍵之一。MIL-STD-810C的背景資料中指出：環境試驗應盡早用于產品研制階段，用得越早越省成本。在MIL-STD-810D/E514節工程研制試驗中指出：“工程研制試驗能盡快地暴露設計和構造上的不足，并且為以后如何修改設計作評價。這項工作在實際研制階段中應盡早開展，作為一項進一步使設計成熟的工作。”[15]

4 結語

加強環境試驗標準的研究和管理，環境標準的選用、剪裁、實施是環境技術工作的重點，現在遇到的問題是剪裁難度大。特別是有的試驗項目標準有要求，但不具備試驗條件，或對標準理解不一，難以操作。有些標準里還缺乏一些產品對應的環境試驗的項目，如全彈的自由飛振動試驗。

中國兵器工業第203研究所一直研究的是地面反坦克導彈，對于空地導彈的研制是一項新的技術突破，對空地導彈而言它的使用環境和氣候環境與地面使用的導彈是不一樣的。GJB 150制定的試驗方法標準，相當一部分典型環境試驗條件并不完全適應于導彈武器系統，導彈武器系統分為多個型號系列，各型號系列之間在使用條件、壽命剖面、任務剖面等方面存在較大差異。因此為了便于型號的研制，應根據自身的特點和需要制定相應的環境試驗要求，制定相應型號系列的行業標準。

[1]蔡建平.環境工程與可靠性工程的關系初探[J].裝備環境工程，2013，10（1）：66—69.CAI Jian-ping.The Preliminary Study of the Relation of Environmental Engineering and Reliability Engineering[J].Equipment Environment Engineering，2013，10（1）：66—69.

[2] 金其明.防空導彈工程[M].北京：中國宇航出版社，2004.JING Qi-ming.Air-defense Engineering[M].Beijing，China Astronautics Press，2004.

[3]GJB 3895—1999，地空導彈武器系統環境試驗要求[S].GJB 3895—1999，Environmental Test Requirements of Ground-to-Air Missile[S].

[4]MIL-STD-810F，環境工程考慮和實驗室試驗[S].MIL-STD-810F，Environmental Considerations and Laboratory Test[S].

[5]GJB3 49.32，常規兵器定型試驗方法反坦克導彈系統環境試驗[S].GJB 349.32，Conventional Weapon Approval Test Method Anti-tank Missile Systems Environmental Test[S].

[6] 蔡道濟，趙景曾.戰術導彈試驗與鑒定[M].北京：國防工業出版社，1992.CAI Dao-ji，ZHAO Jing-zeng.Test and Evaluation of the Tactical Missile[M].Beijing：National Defense Industry Press，1992.

[7] 宋振鐸.反坦克制導兵器論證與試驗[M].北京：國防工業出版社，2003.SONG Zhen-duo.Demonstration and Test for Anti-tank Guided Weapon[M].Beijing：National Defense Industry Press，2003.

[8]GJB 150A—2009，軍用裝備實驗室環境試驗方法[S].GJB 150A—2009，Laboratory Environmental TestMethodsfor Military Material[S].

[9]GJB 150，軍用設備環境試驗方法實施指南[S].GJB 150，The Implementation Guide of Laboratory Environmental TestMethodsfor Military Material[S].

[10]洪亮，胡小國，崔旭濤.海軍導彈環境適應性試驗條件建設方案研究[J].裝備環境工程，2012，9（6）：103—105.HONG Liang，HU Xiao-guo，CUI Xu-tao.Construction Scheme of Environmental Worthiness Test Condition for Navy Missile Development[J].Equipment Environment Engineering，2012，9（6）：103—105.

[11]《力學環境試驗技術》編著委員會.力學環境試驗技術[M].西安：西北工業大學出版社，2003.The Compilation Committee of Mechanics Environment Test Technology.Mechanics Environment Test Technology[M].Xi′an：Northwestern Poly-technical University Press，2003.

[12]汪鳳泉.電子設備振動與沖擊手冊[M].北京：科學出版社，1998.WANG Feng-quan.Electronic Equipment Vibration and Shock Handbook[M].Beijing：Science Press，1998.

[13]胡志強，法慶衍，洪寶林，等.隨機振動試驗應用技術[M].北京：中國計量出版社，1996.HU Zhi-qiang，FA Qing-yan，HONG Bao-lin，et al.The Application Technology of Random Vibration Test[M].Beijing：China Metrology Press，1996.

[14]電工電子產品環境技術標準化技術委員會.環境試驗條件預試驗環境試驗應用指南[M].北京：中國標準出版社，1990：Environmental Technical Standardization Committee for Electric and Electronic Products.The Applied Handbook of Environmental Trial Test Conditions[M].Beijing：China Standards Press，1990.

[15]楊喜存.環境試驗過程控制和試驗后恢復中的問題分析[J].裝備環境工程，2013，10（1）：98—101.YNAG Xi-cun.Environmental Test Process Control and Analysis of the Problem in the Test[J].Equipment Environment Engineering，2013，10（1）：98—101.

Analysis on a Method to Set Laboratory Environment Test Conditions for Prototype Development

YANG Hua，ZHANG Shao-hong，FENG Lei
（No.203 Research Institute of China Ordnance Industries，Xi′an 710065，China）

ObjectiveTo analyze the development and test process of environmental conditions for a missile,and sum up the setting of environment test conditions and methods for prototype development.MethodsFrom the perspective of environmental engineering,analyzes the characteristics of product and the service environment.ResultsThe corresponding environment test requirements were established according to the characteristics and needs of the project.ConclusionThe associated environment conditions and test method were successfully applied in a type of weaponry product.

missile；environment condition；environment test

2014-12-26；

2015-01-13

楊華（1962—），男，河南獲加人，高級工程師，主要研究方向為可靠性及環境工程。

Biography：YANG Hua（1962—），Male，from Huojia，Henan，Senior engineer，Research focus：reliability and environment engineering.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.008

TJ760

A

1672－9242（2015）02－0035-04

2014-12-26；

2015-01-13