某自行火炮壽命期環境剖面分析

（南京理工大學，南京210094）

某自行火炮壽命期環境剖面分析

孫同生，于存貴

（南京理工大學，南京210094）

目的確定某自行火炮全壽命期環境剖面。方法對某自行火炮壽命期剖面內可能經歷的各種環境事件進行分析，確定壽命期內對武器系統造成影響的主要環境因素量值。結果構建了某自行火炮全壽命期環境剖面，以圖表的形式說明了壽命期環境剖面中各環境因素的量值。結論所構建的全壽命期環境剖面可為改善產品的環境適應性設計，開展環境試驗，提高自行火炮的環境適應能力提供依據。

自行火炮；全壽命期環境剖面；環境事件；環境適應性

根據GJB 4239中的定義[1]，裝備自出廠到退役（包括報廢）的過程中經歷的全部事件和環境條件的時間歷程稱為壽命期剖面。產品壽命期環境剖面（簡稱LCEP）則是指與產品壽命期剖面對應的環境種類及其量值按其時序的描述[2—4]。壽命期環境剖面分析的目的是通過分析確定產品壽命期內將遇到的環境因素類型及其綜合作用和與時間的關系，最終編制出裝備的壽命期環境剖面。自行火炮在整個壽命期內，要經歷裝卸、運輸、貯存/后勤供應、執行任務/作戰使用和退役報廢等狀態事件，在這個過程中均會受到各種誘發環境、自然環境或這些環境的綜合作用。

在某自行火炮研制過程中全面分析壽命期所經歷的各種環境事件，分析影響系統設備功能、性能的主要環境因素，能有效地指導其環境適應性設計，支持環境防護和控制[5]，確定產品環境試驗項目、實驗條件、試驗程序和試驗順序等，從而保證該型號自行火炮在其壽命期內遇到各種惡劣環境因素（如高溫、低溫、振動及沖擊等）作用時能正常使用，并實現其所有預定的功能和性能。同時，壽命剖面也是研究武器系統在研制、生產、使用、后勤保障等方面費用的依據[6]。

1 自行火炮壽命期剖面

分析武器裝備在各種任務剖面內可能遇到的氣象環境（如淋雨、高低溫、冰雹等）、力學環境（沖擊、振動等）、地理環境（濱海鹽霧環境、高原高太陽輻射環境等）等因素對裝備的作用機理，明確各因素對裝備整體以及各分系統功能、性能的影響，是開展其環境適應性設計分析的一項重要的基礎工作。

文中根據某自行火炮研制合同以及作戰指標要求確定其全壽命期剖面主要包括后勤階段（運輸、貯存及維修剖面）和使用階段（訓練、演習及作戰剖面），如圖1所示。

圖1 自行火炮全壽命剖面Fig.1 Life cycle profile for the self-propelled gun

2 自行火炮壽命期環境剖面

確定壽命期環境剖面的方法是對武器裝備在全壽命期內可能經歷的環境事件進行分析，并根據壽命期剖面的各種狀態事件預計發生的地點和狀態本身的特點，結合環境應力的產生機理，編制一份能說明與壽命期每一事件有關的自然環境和誘發環境或這些環境綜合的清單，盡可能用文字、圖表和統計特性說明壽命期環境剖面中各種環境應力的大小[1]。壽命期內可能經歷的環境歷程如圖2所示。

圖2 自行火炮壽命期環境歷程Fig.2 Life cycle environmental history of the self-propelled gun

2.1 確定壽命期環境剖面應考慮并納入的內容

由于武器裝備在全壽命期內要經歷多種環境因素的單獨、組合和綜合作用，因此確定武器裝備的壽命期環境剖面應特別考慮并納入以下內容：武器裝備在裝卸、運輸期間預計的狀態；可能遇到的環境事件及其有關的地理位置和氣候特性；武器裝備所處的安裝、貯存和運輸平臺；壽命期剖面每個階段暴露于某環境下的相對和絕對持續時間；壽命期剖面每個階段預期出現的頻度或可能性；由于裝備的射擊或自然規律，環境對裝備的限制或臨界值。

2.2 環境條件分析

在分析產品的壽命期環境剖面時，最難確定的是各種環境因素的量值。因此，為了得到自行火炮壽命期環境剖面，采用以下途徑對壽命期環境事件中的環境條件進行分析。

1）研制文件分析。該自行火炮的研制文件中包含了部分壽命期及環境條件信息，有些數據可以直接在環境剖面中應用。

2）相似環境分析。由于環境因素的具體數據一般情況下很難獲得，因此可以分析、整理相似產品的使用環境數據。

3）文獻數據分析。除了根據實測環境數據和相似產品的使用環境數據，還可以應用GJB 1172《軍用設備氣候極值》、GJB 150《軍用設備環境試驗方法》等國家標準中的歷史環境數據，通過分析或直接作為環境剖面中的數據。

4）實測數據。通過初樣摸底試驗，收集整理可能遇到的典型極限環境觀測數據，補充缺失的數據或對相似產品的數據進行修正。

2.2.1 運輸環境

自行火炮在運輸過程中一般有炮衣遮蓋，因此機械沖擊、振動、溫度（高溫、低溫及溫度變化）、濕熱、砂塵等是主要的環境影響因素。

1）沖擊、振動。沖擊、振動和穩態加速度對裝備的影響主要是造成結構變形、損壞、緊固件松動以及觸點短、斷路和密封失效等。根據GJB 3493—98《軍用物資運輸環境條件》[7]可知，運輸過程中的穩態加速度為20 m/s2，機械裝卸跌落高度為100～600 mm。公路、鐵路運輸隨機振動量值見表1，沖擊響應譜見表2。其中，公路行駛時按振動沖擊條件的不同，可分為如下三類：汽車在二級及二級以上公路行駛（Ⅰ類）；汽車在三級及三級以上公路行駛（Ⅱ類）；汽車在無路地區行駛（Ⅲ類）。

2）溫度及溫度變化。運輸階段的環境因素除了機械環境條件（也稱為誘發環境）以外，主要還有氣候環境條件，例如溫度極值（低溫、高溫）、溫度變化和濕熱等，氣候環境條件量值要根據GJB 3493—98《軍用物資運輸環境條件》并結合我國領土范圍內可能遇到的氣候極值情況來確定。對于公路行駛和鐵路運輸，低溫為-55℃，密封艙室內的最高溫度為70℃，通風艙室最高溫度為50℃。考慮到冬、夏運輸環境溫度的差別，運輸過程中溫度變化范圍為-55～25℃及50～5℃[8]。

表1 公路、鐵路運輸隨機振動量值Table 1 Stochastic vibration values of highway and railway transportation

表2 公路、鐵路運輸沖擊響應譜Table 2 Impact response spectra of highway and railway transportation

3）濕熱。濕熱以相對濕度達到95%時的溫度來表示，Ⅰ類公路上行駛和鐵路運輸為30℃，Ⅱ類和Ⅲ類公路行駛為45℃。

4）砂塵。除了溫、濕度的影響以外，運輸過程中還受到機械活性物質（砂、塵）的影響，GJB 3493—98《軍用物資運輸環境條件》中規定，在沙漠以外地區的鐵路運輸或在Ⅰ類公路上行駛時，砂和積塵的量值分別為0.1 g/m3和3.0 mg/（m2·h），經沙漠地區鐵路運輸或在Ⅱ類、Ⅲ類公路行駛時，砂和積塵的量值分別為10 g/m3和3.0 mg/（m2·h）。

2.2.2 貯存環境

溫度和濕度是對自行火炮靜態貯存造成影響的主要環境因素。GJB 2770—1996《軍用物資貯存環境條件》[9]中給出的標準軍備倉庫裝備貯存環境相對于部隊臨時倉庫的貯存環境，其環境相對溫和，并且量值可控。因而這里只考慮部隊臨時簡易倉庫貯存時可能遇到的環境條件極值，以指導該自行火炮的環境適應性設計與試驗。根據GJB 1172—1991《軍用設備氣候極值》可知，自行火炮在部隊臨時倉庫貯存時，可能遇到的環境條件極值：高溫為70℃，低溫為-55℃，濕熱為95%/（30～60℃），降雨強度為6 mm/min，太陽輻射為（1120±10%）W/m2，砂和積塵的量值分別為10 g/m3和3 mg/（m2·h）。

由于該自行火炮設計指標中要求兼顧海防炮兵部（分）隊需要，進行特定地域有限機動作戰，滿足對海上目標火力打擊任務的需求。因此除了上述環境條件以外，還要考慮在海邊貯存、使用時鹽霧、霉菌等對武器系統造成的影響。

2.2.3 訓練、演習與作戰環境

除了在常規環境中使用，該自行火炮設計指標還規定要能在嚴寒、高原、沙漠地區使用。各種環境條件的量值如下所述。

1）嚴寒氣候環境[10—11]。漠河的極端溫度可到-55℃，年溫度范圍一般在-55～-37.8℃。極端低溫環境將會影響裝備的機動性及設備功能、性能的環境適應性，例如瞄準鏡、瞄準具起霜，各種電纜、液壓管道低溫下變脆斷裂等；凍土地帶地形崎嶇，復雜的凍土地形環境還可能會造成裝備受沖擊、振動等的影響而損壞。

2）沙漠環境[12]。主要特點是高溫、少雨、低濕、強太陽能輻射、風沙等。在沙漠環境中使用時，太陽輻射最大值能達到1120 W/m2，承受的沙塵濃度極值可達到2 g/m3。在這種條件下，各種非金屬部件以及有密封性要求的部件會受到沙塵等的影響。

3）高原環境。高原環境的特點主要是低氣壓、高太陽輻射以及溫度變化大等。GJB 1172—1991《軍用設備氣候極值》中給出，高原環境下太陽輻射最大值為1120 W/m2，低氣壓極值為554.7 hPa，低氣壓會降低發動機的動力功率，影響自行火炮的作戰效能。

除了上述自然環境因素以外，自行火炮在作戰使用時還會承受惡劣的戰場誘發環境影響，如劇烈的爆炸沖擊、戰場道路沖擊、振動、砂塵、噪聲以及電磁干擾等因素。

3 環境適應性試驗要求

環境適應性要求是描述研制裝備應達到的環境適應性這一質量特性水平的一組定量和定性目標[13]。我國近年來才逐漸重視武器裝備的環境適應性要求，而美國早在20世紀90年代就將環境影響納入其武器裝備研制核心技術領域[14]。根據上述環境剖面分析，結合自行火炮的設計指標及GJB 150A—2009《軍用裝備試驗室環境試驗方法》[15]對其環境適應性試驗提出的要求見表3。

表3 環境適應性試驗要求Table 3 Requirement for the test of environmental adaptability

4 結語

綜上所述，振動、沖擊、溫度、濕度、沙塵及太陽輻射等是影響某自行火炮環境適應性的主要因素。在其整個研制過程中，依據上述分析和方法確定的環境剖面及量值，為制定環境使用文件、開展環境設計分析及環境適應性評價，提出自行火炮試驗室高溫、低溫、振動、沖擊、鹽霧、濕熱、淋雨等試驗方案及全炮的環境適應性試驗提供依據，從而確保設計出來的武器裝備在壽命期可能遭遇到的所有環境中能保持既定的性能和功能，完成作戰任務要求。

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[14]Defense Laboratories and Test&Evaluation Center Infrastructure Requirements.The Plan for 21st Century Laboratories and Test-and-Evaluation Centers of the Department of Defense，1996.

[15]GJB 150A—2009，軍用裝備試驗室環境試驗方法[S]. GJB 150A—2009，Laboratory Environmental Test Methods for Military Materiel[S].

Life Cycle Environmental Profile for a Self-Propelled Gun

SUN Tong-sheng，YU Cun-gui
（Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China）

Objective To find out the existing problems of the active support equipment in the process of the plateau environmental protection,evaluate the performance of the equipment on the plateau and improve the adaptability of the equipment in plateau environment.Methods According to the characteristics of plateau environment,the practical performance of active support equipment in plateau environment was fully and accurately mastered and the outstanding problems were found out.On this basis,targeted research on the adaptive technology of support equipment in plateau environment was carried out.Results It was proposed to improve the adaptability of the support equipment in plateau environment from the aspects of technical measures,debugging process and matching among the subsystems. Conclusion After application of the adaptive technology,the function of plateau type support equipment was complete, the performance was reliable,and it could meet the support needs of active main battle equipment in plateau environment.

support equipment；plateau environment；adaptability

10.7643/issn.1672-9242.2016.02.026

TJ301

：A

1672－9242（2016）02－0144-05

2015-10-27；

2015-11-24

Received：2015-10-27；Revised：2015-11-24

孫同生（1991—），男，山東威海人，博士研究生，主要研究方向為火箭武器發射動力學分析、玻璃鋼定向器加速老化壽命、環境試驗等。

Biography：SUN Tong-sheng（1991—），Male，from Weihai，Shandong，Ph.D.，Research focus：launch dynamics of multiple launch rocket system，accelerated aging life of GFRP redirector，and environmental test.