空空導彈高溫試驗實施研究

劉新佳 郭強嶺

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

高溫環境是空空導彈貯存、運輸和使用過程中不可避免的環境。高溫環境與其他環境因素的綜合作用，直接或間接地影響空空導彈的性能。如高溫能引起空空導彈局部尺寸發生變化、導引頭罩和光學引信等破壞、電子部件性能劣化、發動機藥柱產生裂紋、密封部件泄露、零部件和表面涂層破裂、有機材料褪色裂開或出現裂紋、工作壽命縮短等［1·］。

因此，為了提高產品對高溫環境的適應能力，保證產品在未來壽命期環境下能夠正常工作，在產品的研制、定型和批生產各個階段均應開展高溫試驗。

1 試驗程序的選擇

GJB150.3A-2009《高溫試驗》規定了高溫試驗的兩大類試驗程序：程序I——貯存，程序II——工作。裝備在選取試驗程序時，應根據裝備實際工作環境和使用情況，選擇其中一個或同時選取兩個［2-3］。

1.1 程序I——貯存

程序I主要用于考核裝備貯存期間高溫對其安全性、完整性和性能的影響。根據適用對象不同，此程序又細分為恒溫貯存和循環貯存。

當裝備貯存場合不受太陽光直接照射，完全取決于其附近的發熱設備或有關熱源（電動機、發動機、電源、高密度電子封裝件等）時，應以測得的實際環境溫度作為貯存試驗溫度，此時由于不受太陽輻射影響，溫度不會按日循環變化，此時應選擇恒定溫度貯存試驗。

當裝備貯存于直接受太陽照射的環境時，應選擇循環貯存試驗程序。在確定循環貯存溫度時，不僅要考慮貯存區域的自然環境溫度，還應考慮由于遮蔽、密封、太陽輻射等因素可能引起的環境溫度升高，即“誘發溫度”。為真實模擬實際環境溫度對產品的影響，實際使用中，通常選用“誘發溫度”作為高溫貯存試驗的考核溫度［4］。

1.2 程序II——工作

程序II主要用于考核裝備工作期間高溫對其性能的影響。與程序I 類似，根據適用的對象不同，也細分為循環工作和恒溫工作。

高溫工作日循環試驗強調工作環境溫度模擬日循環變化，這種環境通常在地面、野外使用的固定安裝設備才可能遇到。裝在飛機、導彈、車輛、艦船上/內的設備在工作時不會遇到這種環境，應選擇恒溫工作試驗程序。

2 試驗持續時間

2.1 貯存試驗持續時間

貯存試驗持續時間主要取決于裝備在貯存溫度下的停留時間。對于恒溫貯存試驗時間，規定試驗樣品溫度達到穩定后，再繼續保持該試驗溫度至少2h，以確保試驗樣品內部元（部）件溫度真正達到穩定。假設認為2h不能滿足要求，則應根據實際情況額外增加熱浸時間，以確保試驗樣品的所有部位真正達到溫度穩定。

對循環貯存試驗時間規定為至少7個日循環，主要用于模擬正常年份在最嚴酷地區、最嚴酷月份內極端溫度出現頻率為1%的小時數。每個循環中最高溫度持續時間大約1h。若受試產品中關鍵材料對高溫非常敏感時，應增加試驗循環數以保證其滿足設計要求［5］。

2.2 工作試驗持續時間

工作試驗持續時間主要取決于裝備在工作溫度下的停留時間。對恒溫工作來說，試驗時間規定為以下3部分所用試驗時間之和。

試驗樣品溫度達到穩定后，再繼續保持該試驗溫度至少2h，以確保試驗樣品內部元（部）件溫度真正達到穩定。

使試驗樣品在第1 條規定的溫度條件下工作，直至試驗樣品溫度再次達到穩定。

為工程化起見，規定受試產品內部熱容量最大的功能部件或關鍵部件每小時溫度變換不超過2℃就認為受試產品本身達到了溫度穩定。

對循環工作試驗時間規定為至少3個循環。一般情況下，3個循環足以使受試產品達到其最高響應溫度。如果不能，則最多采用7個循環，這種情況往往出現在熱慣性大，溫度響應很慢的產品。在循環工作試驗中，受試產品的峰值響應溫度及試驗循環溫度與試驗樣品本身的特性有關，不是一個恒定值。實際操作中，為確保受試產品達到峰值響應溫度，將后一循環峰值響應溫度與前一循環峰值響應溫度進行比較，彼此相差2℃以內，就認為受試產品達到其峰值響應溫度，試驗即可在該循環完成后結束，但循環數必須保證不得少于3個，多于7個［6］。

3 空空導彈高溫試驗

空空導彈在實際貯存、運輸和工作過程中，不可避免的經歷各種高溫環境，因此在研制生產過程中，均安排高溫試驗來考核其高溫下的工作能力。

3.1 高溫貯存

通常情況下，空空導彈貯存在戰備倉庫或導彈庫房內。在該條件下，導彈周圍一般不會存在持續發熱的裝置，此時，導彈承受的高溫貯存環境更接近于日循環環境。因此，可選用高溫循環貯存試驗程序。

考慮空空導彈的全球部署需要，選取GJB150.3A 中世界范圍內“氣候類型—熱”中誘發條件溫度作為高溫貯存試驗溫度；具體時間序列表見表1，試驗時間為7個循環。

表1 高溫貯存試驗日循環溫度時間序列表

3.2 高溫工作

空空導彈實際使用過程中，通電工作一般發生在導彈地面自檢、隨載機升空進行掛機飛行及離機后自主飛行階段。這幾種情況下，導彈持續工作時間較短（掛機飛行約為1～2h，自主飛不超過5min），不會出現長時間連續通電工作的情況，用模擬高溫日循環的循環工作試驗程序顯然不合適。因此，通常采用恒溫工作作為該導彈的高溫工作試驗程序。

從表1 可以看到，導彈掛裝在飛機上在停機坪做戰斗值班時承受的最高環境誘發溫度為71℃；而在導彈隨載機進行掛機飛行過程中，其環境溫度是由載機飛行引起的誘發環境，它與載機飛行任務剖面緊密相關。按環境溫度取GJB1172.12-91《軍用設備氣候極值 空中氣溫》［7］時間風險率1%的溫度值，計算相應的導彈表面恢復溫度，此時導彈表面恢復溫度多數條件下不高于70℃，僅在隨載機進行低空高速飛行和高空超音速飛行條件下，有可能超過70℃，但持續時間較短（一般不超過5min），通常條件下不用高溫工作進行考核。

在自主飛行期間，由于氣動加熱作用，空空導彈表面溫度非常高，可達450℃，但其持續時間較短，一般為10～120s，而且彈身結構都會采取熱防護措施，短時間內導彈不會達到熱平衡。因此，一般情況下，不把空空導彈自由飛行狀態的高溫工作環境看作溫度環境的一部分，而是把它看作導彈的性能［8］。

因此，應選用極端熱71℃（圓整為70℃）作為導彈高溫工作試驗溫度。

為確定導彈溫度穩定時間，特安排恒溫70℃摸底試驗，監測并記錄彈體內部溫度變化情況。經實際測量，某型空空導彈在70℃條件下全彈最大熱容量部位溫度穩定時間小于3h，為確保導彈內部元（部）件達到溫度穩定，應繼續保持該溫度2h。因此，空空導彈高溫工作保持時間為5h。

GJB150.3A恒溫工作試驗程序中還規定：將試件暴露在恒定溫度下達到溫度穩定后使試件工作，并使其溫度重新穩定，即“二次溫度穩定”，隨后對試件進行工作性能檢測。

但對空空導彈來說，“二次溫度穩定”很難達到。在實際工作過程中，通常情況下，導彈的高溫環境主要是由氣動加熱和導彈內部發熱組件共同作用產生。在飛機巡航飛行階段，由于其飛行速度較低，氣動加熱對導彈的加熱效應不明顯，此時外界較低的環境溫度將造成導彈表面溫度快速下降。如對某型空空導彈來說，其持續時間超過60min 的典型飛行任務主要為11km、0.75-0.8Ma 巡航飛行和巡航待機階段，按環境溫度取GJB1172.12-91《軍用設備氣候極值 空中氣溫》時間風險率1%的溫度值計算相應的導彈表面恢復溫度，此時導彈表面恢復溫度僅為-2.91-1.21℃，遠小于高溫工作溫度70℃；而在空空導彈隨戰斗機低空大馬赫作戰期間，雖然此時空中高溫環境可能會超過地面工作溫度70℃，但最長持續時間很短（通常情況下僅為5min 左右），因此，該型導彈空中掛飛期間不存在超過在70℃環境溫度下長時間工作的可能性，因此也不可能達到“二次溫度穩定”。

另外，經與相關研究機構和產品研制單位交流，目前尚無導彈類產品在環境試驗實施中嚴格按標準規定進行“二次溫度穩定”，而是在非工作狀態達到溫度穩定后立即進行性能檢測，檢測完畢試驗結束。因此，空空導彈高溫試驗程序為：在70℃條件下使其達到溫度穩定，隨后保溫2h 后對產品進行通電工作，并進行性能檢測，從而對其高溫工作性能進行評價。

4 結束語

GJB150A-2009因其科學性和合理性，已受到越來越多的軍工科研生產單位的重視，并被不斷深入研究和廣泛采用。本文首先分析了GJB150.3A試驗程序的選用標準和剪裁方法，隨后，重點對空空導彈高溫試驗程序的選擇和試驗方法的剪裁進行了重點分析研究，提出了一套合理可行的試驗方法，為后續型號研制提供了參考。

［1］樊會濤，楊晨，周頤，等.空空導彈系統試驗與鑒定［M］.北京：國防工業出版社，2007.

［2］GJB150.3-1986，軍用設備環境試驗方法 高溫試驗［S］.

［3］GJB150.3A-2009，軍用裝備實驗室環境試驗方法 第三部分：高溫試驗［S］.

［4］祝耀昌，薛振夷.GJB150《軍用設備環境試驗方法》實施指南［M］.北京：中國航空綜合技術研究所.

［5］傅耘.溫度試驗中產品溫度穩定的研究［J］.環境試驗，2010（3）：8-12.

［6］陳從高.GJB150.3A高溫試驗方法的應用及分析［J］.裝備環境工程，2012，9（6）：91-96.

［7］GJB1172.12-91，軍用設備氣候極值 空中氣溫［S］.

［8］張艷輝.空空導彈工作溫度分析［J］.裝備環境工程，2015，4（2）：99-103.