航空裝備環(huán)境適應(yīng)性研究與維護(hù)分析

蘇 濤，曹文靜，趙 敏

（1.海軍航空工程學(xué)院 控制工程系，山東 煙臺(tái) 264001；2.海軍航空工程學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264001）

航空裝備環(huán)境適應(yīng)性研究與維護(hù)分析

蘇 濤1，曹文靜1，趙 敏2

（1.海軍航空工程學(xué)院 控制工程系，山東 煙臺(tái) 264001；2.海軍航空工程學(xué)院 研究生管理大隊(duì)，山東 煙臺(tái) 264001）

筆者分析了不同環(huán)境對航空裝備的影響，通過目前航空裝備遇到的各種氣候和力學(xué)環(huán)境要求進(jìn)行研究，闡述了造成裝備環(huán)境適應(yīng)性差的原因，并提出了維護(hù)改進(jìn)的建議，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了開展裝備環(huán)境適應(yīng)性研究的重要性。

航空裝備；環(huán)境適應(yīng)性；氣候環(huán)境；力學(xué)環(huán)境

航空裝備的質(zhì)量是在研制和生產(chǎn)過程賦予裝備的固有特性，在服役期間需要通過合理使用和精心維護(hù)加以保持和恢復(fù)。對海軍航空兵的作戰(zhàn)、訓(xùn)練和飛行安全來說，航空裝備質(zhì)量是關(guān)系作戰(zhàn)勝利、飛行人員生命和國家財(cái)產(chǎn)的大事。海軍航空機(jī)務(wù)人員必須熟悉航空裝備的質(zhì)量特性。

環(huán)境適應(yīng)性是裝備的重要質(zhì)量特性，直接關(guān)系到裝備在作戰(zhàn)環(huán)境條件下的生存能力，裝備的環(huán)境適應(yīng)性是制約裝備性能發(fā)揮的重要因素之一。

隨著我軍軍事技術(shù)的進(jìn)步和裝備實(shí)力的加強(qiáng)，航空武器新裝備在數(shù)量上不斷增加。因此，航空裝備對環(huán)境適應(yīng)性的要求也更高，所以，提高裝備環(huán)境適應(yīng)性，是一項(xiàng)十分迫切而又艱巨的戰(zhàn)略任務(wù)，應(yīng)引起研制和生產(chǎn)單位充分重視，把對其研究放到與可靠性同等重要的位置。

1　航空裝備的自然環(huán)境影響

我國幅員遼闊，氣候復(fù)雜，不同地區(qū)不同季節(jié)，外界自然條件差別很大，而飛機(jī)通常在露天停放和保管，經(jīng)常會(huì)受到大氣濕度、大氣溫度、日光、雨雪、鹽霧、冰雹、風(fēng)沙等自然條件的有害影響，使航空技術(shù)裝備的戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)性能發(fā)生變化，航空材料、油料等的物流、化學(xué)性質(zhì)發(fā)生改變，引起故障和缺陷，嚴(yán)重影響了新裝備的正常使用和維護(hù)。

1.1嚴(yán)寒導(dǎo)致部分裝備部件冰凍堵塞，故障率高

嚴(yán)冬季節(jié)自然條件使大氣溫度低，常下雪霜。嚴(yán)冬對裝備的主要影響有:有機(jī)玻璃、塑料會(huì)變脆，橡膠制品變硬，彈性減弱；機(jī)件之間間隙發(fā)生變化導(dǎo)致密封性變差，連接處的緊度變松或緊；燃料系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)冰；座艙內(nèi)存在冰雪和積水等。各種不良的影響都會(huì)引起災(zāi)難性后果。

1.2炎熱導(dǎo)致部分零部件變質(zhì)或加速老化

炎熱環(huán)境對裝備的不良影響有:因散熱困難，工作溫度容易超過規(guī)定；潤滑脂變質(zhì)，潤滑性能變差；電子、電路穩(wěn)定性下降，儀表靈敏度下降，指示失靈；高分子材料和絕緣材料老化，性能降低；各種昆蟲繁殖旺盛，可能進(jìn)入飛機(jī)內(nèi)到處結(jié)巢，造成飛機(jī)通氣管、漏油管及空速管堵塞。經(jīng)驗(yàn)證明，隨溫度升高，大多數(shù)電子元件性能會(huì)逐漸惡化。

裝備中所使用的各種元器件不同程度地?fù)p耗電腦，導(dǎo)致元器件溫度上升，并使元器件電子參數(shù)發(fā)生變化，最終影響裝備的電性能。以機(jī)載電子設(shè)備為例，其工作環(huán)境溫度要求不高于60℃，短期工作運(yùn)行極限溫度不高于80℃，這樣才能保證電子、電氣設(shè)備工作性能具有可靠性和延長它的使用壽命。而我國南方一些地區(qū)，夏季氣溫一般在35℃以上，有些地區(qū)如海南島、南京、武漢等地，甚至中午氣溫高達(dá)40℃以上，而飛機(jī)上溫度更可達(dá)50℃以上。機(jī)載電子設(shè)備在非工作狀態(tài)下，就已處于開始老化的環(huán)境條件下，通電工作時(shí)，若冷卻措施不合適的話，短時(shí)間內(nèi)會(huì)很快就處于失效狀態(tài)，并發(fā)生故障。因此，環(huán)境高溫是引發(fā)電子設(shè)備現(xiàn)場失效、造成新裝備故障高的一個(gè)主要的原因。

1.3高濕度和鹽霧導(dǎo)致裝備故障率高，腐蝕嚴(yán)重

對航空技術(shù)裝備來說，潮濕空氣和雨霧的現(xiàn)象有很大危害影響，它使得材料的外觀和物理化學(xué)性能都可能發(fā)生惡化，設(shè)備的性能下降甚至發(fā)生損壞，如濕空氣對繼電器金屬接觸片腐蝕后，其導(dǎo)電性能開始下降，從而引發(fā)設(shè)備故障造成損失；絕緣材料在潮濕的環(huán)境條件下吸濕后絕緣性能明顯降低。

一般用相對濕度這個(gè)指標(biāo)來表示空氣的潮濕程度，相對濕度是指空氣中水蒸氣分壓力和同溫度下飽和水蒸氣分壓力之比，也就是空氣接近飽和的程度。一定溫度下，空氣的相對濕度越大，空氣越潮濕。潮濕空氣對機(jī)械電子設(shè)備的電阻阻值的變化上有顯著影響。機(jī)械電子設(shè)備所采用的絕緣材料，其絕緣性能對環(huán)境溫度并不敏感，而對環(huán)境的相對濕度卻特別敏感，當(dāng)相對濕度超過一定值時(shí)，電子設(shè)備的精度和靈敏度明顯開始下降，直至失效，甚至燒毀設(shè)備。

濕空氣和鹽霧除了加大了機(jī)械電子設(shè)備故障率，還對機(jī)械設(shè)備造成嚴(yán)重腐蝕，尤其南方梅雨季節(jié)時(shí)，經(jīng)常因?yàn)檫B續(xù)數(shù)日乃至數(shù)周陰雨連綿，機(jī)艙內(nèi)密封性不足，濕空氣和鹽霧不僅腐蝕電子設(shè)備，艙內(nèi)其他零部件和機(jī)件表面也被腐蝕而生銹，給飛機(jī)的維護(hù)工作帶來很大困難。

2　存在的問題

2.1裝備環(huán)境適應(yīng)性研究重視程度不夠

長期以來，對裝備環(huán)境適應(yīng)性的研究我們也只是停留在環(huán)境試驗(yàn)上。在確定試驗(yàn)條件、試驗(yàn)項(xiàng)目、試驗(yàn)等級和試驗(yàn)程序上沒有系統(tǒng)研究，沒有將環(huán)境適應(yīng)性研究納入產(chǎn)品的早期研制階段。而是將重點(diǎn)放在產(chǎn)品定性階段的鑒定試驗(yàn)的例行試驗(yàn)上。所以引發(fā)航空設(shè)備被交付部隊(duì)使用時(shí)，有些電子產(chǎn)品絕緣性能下降，帶來不安全隱患；即便一些產(chǎn)品已定型，在后期交付使用中仍頻頻出現(xiàn)問題。

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)包括兩個(gè)方面:一方面，從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)考慮，采取減緩其所在局部環(huán)境的嚴(yán)酷度；另一方面，則是從元器件、材料、外購設(shè)備、結(jié)構(gòu)件或裝備和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上預(yù)定環(huán)境的抵抗能力進(jìn)行提高。因此，我們必須改變這種陳舊觀念:把環(huán)境試驗(yàn)只作為一些極端情況或特殊環(huán)境的考核，沒有把研制產(chǎn)品全壽命期預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境作為研究對象，應(yīng)把裝備的環(huán)境適應(yīng)性研究納入整個(gè)研制過程中去。

2.2試驗(yàn)問題

產(chǎn)品的性能和可靠性、維修性是在試驗(yàn)—分析—改進(jìn)過程，即TAAF的循環(huán)過程中逐步完善的。這個(gè)循環(huán)中試驗(yàn)是暴露設(shè)計(jì)缺陷的關(guān)鍵手段。試驗(yàn)越是接近真實(shí)的使用環(huán)境，就越能有效地激發(fā)出產(chǎn)品中存在的固有缺陷，有目的地加以改進(jìn)。

2.3陸基保障問題

軍用飛機(jī)在其服役期間，地面停放時(shí)間占有很大比例，雖然某型飛機(jī)的年飛機(jī)強(qiáng)度較大，但是停放時(shí)間仍占到服役時(shí)間的95%以上。因此，地方環(huán)境的影響是飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕的主要原因，所以陸地維護(hù)問題顯得尤其重要。目前，我軍保障設(shè)備的建設(shè)落后于裝備的發(fā)展。例如，陸地上沒有遮陽設(shè)施，飛機(jī)長時(shí)間處于暴曬的狀態(tài)，使表面材料老化，影響性能的發(fā)揮，降低使用壽命。

3　自然環(huán)境的應(yīng)對措施

針對以上幾種主要環(huán)境因素對裝備質(zhì)量的影響，在裝備研制中應(yīng)采取如下幾項(xiàng)質(zhì)量控制措施和可靠性設(shè)計(jì)措施，以保證裝備質(zhì)量。

3.1可靠性設(shè)計(jì)與分析

裝備可靠性工作包括可靠性分析和可靠性設(shè)計(jì)兩部分。可靠性設(shè)計(jì)是保證航空裝備可靠性的關(guān)鍵步驟，它基本確定了航空裝備的固有可靠性。機(jī)件、元器件的可靠性是航空裝備可靠性的基礎(chǔ)，在設(shè)計(jì)中通過制定可靠性大綱來控制機(jī)件、元器件的選擇和應(yīng)用，以保證航空裝備的可靠性。

可靠性分析工作是在裝備功能設(shè)計(jì)及功能需求分析的基礎(chǔ)上，通過對功能設(shè)計(jì)和裝備功能需求進(jìn)行可靠性分析。若總體功能和功能設(shè)計(jì)上裝備存在著一定質(zhì)量問題，可根據(jù)此分析進(jìn)行裝備總體功能和功能設(shè)計(jì)的改進(jìn)設(shè)計(jì)。裝備功能設(shè)計(jì)和可靠性分析是往復(fù)循環(huán)的過程，所以，在裝備研制的各個(gè)階段均開展可靠性分析和指導(dǎo)裝備功能設(shè)計(jì)的改進(jìn)是必要性工作。

3.2抗溫度環(huán)境的應(yīng)對措施

降額設(shè)計(jì)是適當(dāng)降低功能部件和元器件的使用應(yīng)力值，以使功能部件和元器件在高溫、常溫和低溫不同環(huán)境下，參數(shù)特性發(fā)生漂移后的輸出特性不超出自身的應(yīng)力范圍和不被破壞，從而確保該裝備能夠正常地運(yùn)行，例如裝備中使用的電阻器件應(yīng)對其功率進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，電容器件應(yīng)對其耐壓能力進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，晶體管應(yīng)對其功能及耐壓進(jìn)行降額設(shè)計(jì)，電源模塊輸出的功率應(yīng)該大于裝備常溫情況下使用功率的40%（在低溫情況下，裝備實(shí)際使用功率大于常溫使用功率的20%）。

4　改進(jìn)和提高裝備環(huán)境適應(yīng)性的對策

針對目前軍用飛機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性較差的問題，建議從以下幾個(gè)方面加強(qiáng)工作:進(jìn)一步重視裝備環(huán)境適應(yīng)性研究的重要性，要把它作為武器裝備的一個(gè)重要特性來對待，納入研制生產(chǎn)的各階段；開展環(huán)境條件對裝備的影響的定量分析和研究工作，尤其要重點(diǎn)研究氣候環(huán)境和力學(xué)環(huán)境對航空裝備的綜合影響研究，注意環(huán)境數(shù)據(jù)信息的搜集和管理，制定標(biāo)準(zhǔn)和要求，為型號研制提供技術(shù)支持和保證要求；強(qiáng)化研制生產(chǎn)過程中元器件篩選試驗(yàn)和產(chǎn)品的環(huán)境應(yīng)力篩選的范圍和力度，激發(fā)早期故障，剔除潛在缺陷，使裝備的使用可靠性大大提高；部隊(duì)在使用過程中應(yīng)嚴(yán)格按操作規(guī)程，及時(shí)維護(hù)和保養(yǎng)裝備，以減弱環(huán)境條件的影響；應(yīng)加強(qiáng)飛機(jī)的陸基保障建設(shè)。

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10.3969/j.issn.1673 - 0194.2015.04.0107

E917

A

1673-0194（2015）04-0140-02

2015-01-17

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61203168）。