淺析軍用裝備自然環境試驗與實驗室環境試驗的關系

孫成，孫灝，陳中青，王超，劉玉石

（1.中國船舶重工集團公司第七二三研究所，揚州 225001；2.中國船舶工業電工電子設備環境與可靠性試驗檢測中心，揚州 225001）

引言

高低溫、濕度、鹽霧、太陽輻射、海水電導率、海水鹽度、海水溶解氧等環境因素對裝備功能性能可能會造成較大的影響，比如引起材料老化、腐蝕、脆化、長霉等[1]。因此，通過環境因素監測來找到裝備的失效機理至關重要，環境試驗就是這樣一種方法。

在軍用裝備的前期方案論證、早中期工程研制、鑒定定型、批產和使用等不同階段，環境試驗都貫穿其中，發揮著暴露裝備設計、選材、制造上的缺陷以及評估裝備壽命的作用[2]。環境試驗中，主要包括使用環境試驗、自然環境試驗和實驗室環境試驗。使用環境試驗是指裝備在規定的實際使用環境下對裝備的考核，常用于裝備使用階段，根據試驗的結果能夠為設計定型提供改進依據，同時可以暴露出自然環境試驗和實驗室環境試驗難以發現的產品缺陷。

自然環境試驗和實驗室環境試驗從不同的層面獲取材料、零部件、分機、整機的環境適應性數據，它們分別以GJB 8893《軍用裝備自然環境試驗方法》和GJB 150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》作為權威的標準，全面指導、考核和評價裝備全壽命周期的環境適應性水平，進而為裝備的改進設計提供科學決策依據。

1 自然環境試驗

1.1 定義

自然環境試驗在GJB 8893.1-2017中的定義是：將試驗樣品按預期使用要求放置于自然環境中，考核自然環境對其功能和（或）性能的影響，評價其環境適應性的試驗。其中，自然環境主要包括大氣環境、水環境、土壤環境、空間環境等[3]，試驗樣品范圍涵蓋材料工藝、元器件、零部件、分機乃至整機。

1.2 特點

自然環境試驗的特點包括真實性、基礎性、不可替代性和公益性：

1）真實性。通過自然環境試驗，裝備受到溫度、鹽霧、太陽輻射等多種環境因素的共同作用，能真實地反映裝備在服役期內的損傷模式和演變規律，試驗結果具有強信服力。

2）基礎性。自然環境試驗是裝備環境工程中最為基礎的試驗，為環境適應性設計提供基礎數據支撐。

3）公益性。自然環境試驗廣泛應用于軍用和民用領域，試驗得到的數據也具有通用性。

4）不可替代性。由于地理位置的差異，世界不同國家的大氣、海水、土壤環境也不盡相同，在我國領土內進行自然環境試驗得到的數據獨一無二，具有不可替代性。

1.3 應用

自然環境試驗主要應用于前期方案論證、早中期工程研制、鑒定定型、批產和使用等階段。試驗條件是客觀存在的自然環境條件，非人為控制，能夠真實反映多種因素耦合作用下對樣品功性能的影響。

GJB 8893-2017《軍用裝備自然環境試驗方法》提出了戶外、棚下、庫內三種大氣自然環境試驗，還有表層、長尺兩種海水自然環境試驗。通過試驗設計合理的剪裁試驗項目、條件，科學選擇試驗方法、試驗順序等，既能可靠復現裝備預期環境效應，又可以降低成本，提高裝備研制生產過程的費效比。

我國的自然環境試驗站選取了典型的大氣和海水環境類型，主要有海南萬寧試驗站-濕熱海洋大氣環境、云南西雙版納試驗站-濕熱雨林環境、北京試驗站-暖溫半鄉村環境、黑龍江漠河試驗站-寒冷鄉村環境、福建廈門試驗站-亞熱帶海洋環境、山東青島試驗站-溫帶海洋環境等。受試樣品在自然環境下貯存的試驗時間相對較長，通常是1年至數十年的跨度。

2 實驗室環境試驗

2.1 定義

實驗室環境試驗是在實驗室內，按照人為規定好的環境條件、負載條件進行的試驗，實現了對自然環境極端條件下的模擬。實驗室內的主要環境類型包括氣候環境、力學環境、化學環境、電磁環境等。

2.2 特點

1）試驗周期短。GJB 150A中霉菌試驗約28天、鹽霧試驗11天[4]，均已經是較長的單項試驗了，所以實驗室環境試驗的周期相對自然環境試驗較短。

2）條件可控。相比自然環境試驗，實驗室環境試驗的條件是可控的，并且可以做到加嚴考核。

3）試驗應力耦合難以實現。實驗室環境試驗條件基本是單項環境因素或者2~3項環境因素綜合，多應力耦合作用下對裝備的影響一直是實驗室環境試驗的盲區。

2.3 應用

實驗室環境試驗主要應用于工程研制、鑒定定型、批產和使用等階段。常用于工程研制階段發現產品缺陷以改進設計，也可以用來驗證裝備的環境適應性是否滿足研制要求的相關規定，作為產品批生產或出廠驗收的依據。

3 區別與聯系

利用自然環境試驗的成果，即積累的失效數據及暴露出的主要影響因素，可以作為開發更好的實驗室環境試驗方法的基礎。實驗室環境試驗在一定程度上對自然環境試驗進行了延伸與拓展，二者相輔相成。

自然環境條件具有不可控性，而實驗室環境試驗條件是經過了人為的簡化和加嚴，造成二者之間的等效關系尚不清晰，這就導致了通過嚴格實驗室環境條件考核后的裝備在實際使用中仍具有很多環境適應性問題的情況。二者之間的區別主要見表1。

表1 自然環境試驗與實驗室環境試驗的區別

4 結論

自然環境試驗條件是客觀不可控的，隨著季節更替、晝夜輪回會產生變化，能夠更為真實地反映多種環境因素綜合作用下對裝備功性能的影響，這是其與實驗室環境試驗的本質區別。而且，環境作用機理是一個極其復雜的非線性耦合的過程，綜合全部實驗室環境試驗也未必能等效模擬自然環境試驗的效果。但是實驗室環境試驗可以對單項環境試驗條件進行控制，考核能力可以超過自然環境試驗對裝備的影響。

自然環境試驗是實驗室環境試驗的發展基礎，實驗室環境試驗是自然環境試驗的補充延伸，兩者之間并行發展，對于裝備全壽命周期內的環境工程工作的進行、提高裝備環境適應性能力具有重要的意義。