多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)箱研制

楊曉然，彭小明，楊小奎，向江濤，郭贊洪

（1.中國(guó)兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；2.西藏拉薩大氣環(huán)境材料腐蝕國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，拉薩 850100；3.駐重慶地區(qū)第三軍代室，重慶 401336）

高原高寒地區(qū)是指海拔3000 m以上、氣候寒冷、空氣稀薄的山地[1]。裝備在高原高寒地區(qū)的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題非常突出，如車輛[2-4]、火炮系統(tǒng)[5]、工程機(jī)械[6]、電工電子產(chǎn)品[7-8]等。材料、零部件的高原環(huán)境適應(yīng)性廣泛存在，如車輛的密封膠、塑料蓋板、有機(jī)涂層老化[9-11]等。由于高原地區(qū)的紫外輻照度一般高于低海拔地區(qū)，高分子材料老化問(wèn)題更加嚴(yán)重。這些問(wèn)題嚴(yán)重影響裝備的戰(zhàn)備完好性和實(shí)戰(zhàn)適用性[12-15]。

環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)主要包括自然環(huán)境試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)。充分的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)驗(yàn)證是減少裝備環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題的重要手段。在裝備設(shè)計(jì)、制造、出廠檢驗(yàn)等環(huán)節(jié)，較多采用實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)對(duì)材料、工藝、乃至整機(jī)進(jìn)行必要的試驗(yàn)和考核，以保障裝備的環(huán)境適應(yīng)性。現(xiàn)有模擬高原高寒氣候環(huán)境的相關(guān)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法有低溫試驗(yàn)、低氣壓試驗(yàn)、太陽(yáng)輻射試驗(yàn)和溫度-濕度-振動(dòng)-高度試驗(yàn)等。這些試驗(yàn)方法大多數(shù)是單因素試驗(yàn)方法。GJB 6117—2007《裝備環(huán)境工程術(shù)語(yǔ)》中給“綜合環(huán)境試驗(yàn)”的定義為：“在一定的時(shí)間內(nèi)將兩個(gè)或兩個(gè)以上的環(huán)境因素同時(shí)施加到受試產(chǎn)品上，從而使受試產(chǎn)品經(jīng)受這些環(huán)境疊加所產(chǎn)生的、更為嚴(yán)重的破壞作用，以更真實(shí)地模擬實(shí)際環(huán)境影響的試驗(yàn)”。多因素綜合環(huán)境試驗(yàn)可以改善與自然環(huán)境試驗(yàn)的相關(guān)性，更加逼真地再現(xiàn)對(duì)象環(huán)境的特征。現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)在模擬高原高寒氣候環(huán)境存在的主要缺陷是未能模擬該環(huán)境中的高太陽(yáng)輻射，特別是高紫外輻照度的特征。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者在高原環(huán)境對(duì)武器裝備影響方面的研究主要集中在氣壓和溫度方面，缺少太陽(yáng)輻射影響的研究[12]。風(fēng)速的影響目前也主要停留在理論上，缺乏試驗(yàn)數(shù)據(jù)支撐。為了更加真實(shí)再現(xiàn)、模擬和強(qiáng)化高原高寒氣候環(huán)境，本研究在調(diào)研、論證、工藝驗(yàn)證的基礎(chǔ)上，研制了一種能夠同時(shí)施加光照、氣壓、溫度、濕度和風(fēng)速五因素的綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)箱。

1 設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)思路

為了更加真實(shí)模擬和強(qiáng)化高原高寒氣候環(huán)境，擬在現(xiàn)有氣壓、溫度和濕度三因素綜合環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，增加太陽(yáng)輻射和風(fēng)速的施加，實(shí)現(xiàn)光照、氣壓、溫度、濕度和風(fēng)速五因素的同時(shí)施加。現(xiàn)有光源（燈）無(wú)法在預(yù)計(jì)的高低溫低氣壓條件下使用，光源外置需要解決玻璃耐溫壓差和透光率等問(wèn)題。從技術(shù)指標(biāo)上考慮，溫度、濕度、氣壓和太陽(yáng)輻射量值必須覆蓋高原氣候極值，在此基礎(chǔ)上考慮滿足現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)的單項(xiàng)試驗(yàn)要求，以達(dá)到一箱多用的效果。

1.2 技術(shù)指標(biāo)的確定

高原高寒氣候環(huán)境有如下主要特點(diǎn)。

1）大氣壓力低。大氣壓力隨海拔的升高而不斷降低，海拔越高，空氣越稀薄。通常是海拔每升高1000 m，大氣壓力就下降9%。

2）氣候寒冷，晝夜溫差大。西南高原高寒地區(qū)的氣候異常寒冷，年平均氣溫在-3 ℃以下，海拔越高，大氣溫度就越低[15]。晝夜溫差大，白天地面在太陽(yáng)強(qiáng)烈的輻射下溫度很高，而在晚上地面的溫度會(huì)迅速降低。

3）空氣稀薄，含氧量少。空氣中的含氧量將隨著海拔的升高而降低，海拔每升高100 m，空氣中的含氧量就會(huì)下降近 1%。當(dāng)高原地區(qū)海拔為 4000 m時(shí)，空氣中的含氧量只有海平面的58.6%。

4）氣候干燥，降水量少。由于西南高原高寒地區(qū)太陽(yáng)輻射強(qiáng)烈，降水量小。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐挠晁舭l(fā)量是降水量的 5 倍多，每年的平均相對(duì)濕度保持在60%左右，因此，地表異常干燥。

5）輻射量大，紫外線強(qiáng)。文獻(xiàn)[16]給出的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)為海拔每升高 1000 m，太陽(yáng)直射輻照度增加54 W/m2，紫外輻射強(qiáng)度[17]增加 3.4 W/m2。GJB 150.7A—2009規(guī)定最大輻照度為1120 W/m2，認(rèn)為這個(gè)輻照度較接近海拔4000～5000 m的實(shí)際環(huán)境，而大氣層外的垂直太陽(yáng)光輻照度為1350 W/m2。

6）風(fēng)速分布范圍很廣，年平均風(fēng)速為3 m/s。

根據(jù)上述分析，可以得出高原高寒氣候環(huán)境的主要因素包括太陽(yáng)輻射的輻照度、氣壓、溫度、濕度和風(fēng)速。考慮到盡量涵蓋現(xiàn)有與高原環(huán)境有關(guān)的單項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合試驗(yàn)對(duì)象要求，確定了如下主要技術(shù)指標(biāo)：工作室尺寸為2000 mm×1500 mm×1500 mm；最大總輻射強(qiáng)度為(1120±47) W/m2；紫外輻射增強(qiáng)幅度大于1.65 W/m2@340或大于1.1 W/m2@310；最低氣壓為(15±1) kPa；溫度范圍為-65～150 ℃，溫度均勻度≤2 ℃；相對(duì)濕度為 20%～98%；濕度偏差為+2%～-3%（＞75%時(shí)），或±5%（≤75%RH 時(shí)）；風(fēng)速為 0.5～(5±0.1) m/s。

1.3 制造工藝驗(yàn)證

1.3.1 頂蓋玻璃分析驗(yàn)證

當(dāng)工作室壓力為15 kPa時(shí)，內(nèi)外壓差為0.086 MPa，頂蓋玻璃需要承受該壓力差。擬設(shè)計(jì)金屬承力框架支撐以解決頂蓋玻璃的承力問(wèn)題，查閱相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并開(kāi)展玻璃頂蓋靜力分析。根據(jù)規(guī)范，浮法鋼化玻璃的強(qiáng)度為 77 MPa。根據(jù)金屬鹵素?zé)舻拈_(kāi)口尺寸，采用Solidwork進(jìn)行有限元分析，結(jié)果顯示，浮法玻璃在箱體內(nèi)部壓力為15 kPa下，最大應(yīng)力約21 MPa（如圖1所示）。如果采用10 mm的浮法玻璃，最大應(yīng)力約25 MPa。結(jié)果表明，采用承力網(wǎng)結(jié)構(gòu)的玻璃頂蓋能夠承受0.086 MPa的壓力。

圖1 頂蓋玻璃靜力分析Fig.1 Statical analysis of topcover glass

當(dāng)工作室的溫度達(dá)到最低-65 ℃，外界溫度為40 ℃，金屬鹵素?zé)羧β书_(kāi)啟時(shí)，測(cè)得玻璃頂蓋外表面溫度約為 60 ℃，說(shuō)明玻璃頂蓋內(nèi)外表面極限溫度差可達(dá)125 ℃。當(dāng)工作室溫度達(dá)到最高150 ℃，外界溫度為0 ℃，金屬鹵素?zé)絷P(guān)閉時(shí)，玻璃頂蓋內(nèi)外表面極限溫度差可達(dá)150 ℃。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)[18]規(guī)定鋼化玻璃應(yīng)能承受200 ℃溫差。選用優(yōu)質(zhì)超白鋼化玻璃，可滿足承受150℃的溫差的要求。

我國(guó)建材標(biāo)準(zhǔn)[19]給出12 mm優(yōu)質(zhì)超白鋼化玻璃透光率大于87%。對(duì)厚度為4 mm的超白玻璃和普通平板玻璃的光譜輻照度進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。可以看出，超白玻璃在290～1970 nm波長(zhǎng)范圍內(nèi)的透光率平穩(wěn)，接近90%，遠(yuǎn)高于普通平板玻璃。說(shuō)明通過(guò)超白玻璃輻照度損耗約10%，可以通過(guò)選用較大功率的金屬鹵素?zé)魜?lái)達(dá)到輻照度技術(shù)指標(biāo)要求。

圖2 超白玻璃和普通平板玻璃透射率比較Fig.2 Comparison of optical transmittance between utra-clear and common glass

1.3.2 特制紫外燈工藝驗(yàn)證

針對(duì)內(nèi)置紫外燈耐高低溫低氣壓?jiǎn)栴}，采用高低溫低氣壓試驗(yàn)箱開(kāi)展驗(yàn)證試驗(yàn)。試驗(yàn)前對(duì)紫外燈進(jìn)行加固處理。

試驗(yàn)程序：安裝紫外燈到試驗(yàn)箱內(nèi)→降溫到-65 ℃→點(diǎn)亮紫外燈→降壓到-65 +15℃ kPa→升壓到常壓→升溫到150 ℃→降壓到150 +15℃ kPa。

試驗(yàn)結(jié)果：整個(gè)過(guò)程紫外燈一直點(diǎn)亮。

驗(yàn)證結(jié)論：加固的紫外燈能耐受-65 +15℃ kPa的低溫低氣壓環(huán)境和150 +15℃ kPa的高溫低氣壓環(huán)境。

1.4 總體設(shè)計(jì)

高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)箱邏輯上由中央控制系統(tǒng)、光源系統(tǒng)、溫度控制系統(tǒng)、濕度控制系統(tǒng)、氣壓控制系統(tǒng)和風(fēng)速控制系統(tǒng)組成。主要物理組件包括箱體、控制柜、光源、真空泵、制冷壓縮機(jī)、加熱器、加濕器、冷凝器、變頻風(fēng)機(jī)等。

本試驗(yàn)箱的工作原理是采用主控單元集中控制試驗(yàn)箱內(nèi)部環(huán)境參數(shù)，控制原理如圖3所示。試驗(yàn)箱內(nèi)部的環(huán)境參數(shù)由多種傳感器（包括輻照度傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、氣壓傳感器和風(fēng)速傳感器等）采集，采集的數(shù)據(jù)傳輸給主控單元（PLC），與程序設(shè)定值（定值模式）或計(jì)算值（程序模式，試驗(yàn)譜控制）比較，控制各執(zhí)行器的開(kāi)關(guān)或量值的增減。執(zhí)行器包括制冷壓縮機(jī)、真空機(jī)組、加熱器、加濕器、變頻風(fēng)機(jī)、金屬鹵素?zé)艉妥贤鉄粢约八鼈兊碾娫吹取－h(huán)境參數(shù)中，溫度、濕度和氣壓采用閉環(huán)控制，而輻照度和風(fēng)速采用開(kāi)環(huán)控制。采用PID控制模式，使控制參數(shù)平穩(wěn)接近設(shè)定或計(jì)算值。

1.5 分系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.5.1 箱體設(shè)計(jì)

采用內(nèi)承壓方式，工作室材料為SUS304不銹鋼板。為了減少工作室壁厚，工作室設(shè)計(jì)采用外焊接加強(qiáng)筋的結(jié)構(gòu)形式。

在標(biāo)準(zhǔn)大氣條件下（氣壓 101.325 kPa），工作室抽成低氣壓狀態(tài)（15 kPa），試驗(yàn)壓力（試驗(yàn)箱壁承受的壓力差）P=0.086 33 MPa，SUS304不銹鋼抗拉強(qiáng)σb=520 MPa，條件屈服強(qiáng)度σs=205 MPa。參考《真空設(shè)計(jì)手冊(cè)》[20]公式8-18，壁厚S0=0.34 cm，選附加量C=0.5 mm，壁厚S應(yīng)為3.9 mm，取內(nèi)膽壁厚為4 mm，外部加強(qiáng)筋選取方法類似。

1.5.2 光源系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖3 多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)箱測(cè)控原理Fig.3 Measurement and control diagram of multifactor integrated frigid plateau climate simulation and acceleration test chamber

光源系統(tǒng)選用金屬鹵素?zé)敉庵?紫外燈的方案。可見(jiàn)光輻射主要透過(guò)頂蓋玻璃施加。頂蓋玻璃采用厚度為12 mm的優(yōu)質(zhì)超白玻璃，該玻璃的可見(jiàn)光透光率＞90%。由于該玻璃紫外光透過(guò)率低，輔助紫外燈采用內(nèi)置方式。金屬鹵素?zé)艉妥贤鉄舾髯元?dú)立控制，形成復(fù)合光源。

輻照度控制包含開(kāi)環(huán)和閉環(huán)控制兩種模式。開(kāi)環(huán)控制用于日常試驗(yàn)，閉環(huán)控制主要用于輻照度參數(shù)校正。

1.5.3 氣壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中央控制器根據(jù)系統(tǒng)不同的壓力工況，智能控制真空泵的開(kāi)啟。當(dāng)設(shè)定目標(biāo)壓力值較小時(shí)，真空泵連續(xù)開(kāi)啟，通過(guò)動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)真空閥門的開(kāi)閉時(shí)間，達(dá)到精確控制壓力目的。當(dāng)設(shè)定壓力值較大時(shí)，PLC控制器自動(dòng)根據(jù)系統(tǒng)漏率及調(diào)節(jié)信號(hào)輸出的多少智能關(guān)閉或開(kāi)啟真空泵。為實(shí)現(xiàn)對(duì)較高真空的精確控制，系統(tǒng)設(shè)置有一路真空微調(diào)裝置，通過(guò)精確調(diào)節(jié)進(jìn)氣流量來(lái)達(dá)到對(duì)高真空度實(shí)現(xiàn)精確控制。根據(jù)降壓速率、壓力范圍和真空容積參數(shù)，采用經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算所需真空泵抽氣速率參數(shù)。

1.5.4 溫度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

中央控制系統(tǒng)根據(jù)所采集到的箱內(nèi)溫度信號(hào)進(jìn)行放大、模/數(shù)轉(zhuǎn)換、非線性校正后與溫度的設(shè)定值（目標(biāo)值）進(jìn)行比較，得出的偏差信號(hào)經(jīng)PID運(yùn)算，輸出調(diào)節(jié)信號(hào)，自動(dòng)控制加熱固態(tài)繼電器或制冷固態(tài)繼電器的通斷，使試驗(yàn)室內(nèi)的加熱量與熱散失量和吸熱量達(dá)到一種動(dòng)態(tài)平衡，最終達(dá)到恒溫的目的。根據(jù)工作室尺寸、升降溫要求（升降溫時(shí)氣壓、負(fù)載、光照模式和升降溫速率要求）等條件進(jìn)行制冷配置計(jì)算和加熱配置計(jì)算[21]。

通過(guò)計(jì)算得總的冷負(fù)荷Q≈21 kW，考慮安全系數(shù)為 1.3。一套 6FE-44Y復(fù)疊式機(jī)組在蒸發(fā)溫度為-65 ℃時(shí)的制冷量約為29 kW。因此該試驗(yàn)箱使用一套6FE-44Y復(fù)疊式機(jī)組可滿足試驗(yàn)要求。

通過(guò)計(jì)算得總的熱負(fù)荷≈8 kW，考慮安全系數(shù)為1.8，得加熱功率為14.4 kW。考慮加熱三相平衡，取該設(shè)備加熱功率為18 kW。

1.5.5 濕度系統(tǒng)設(shè)計(jì)

濕度系統(tǒng)的工作原理是根據(jù)濕度傳感器檢測(cè)值與設(shè)定值比較，當(dāng)測(cè)定值大于設(shè)定值時(shí)，除濕固態(tài)繼電器閉合，除濕蒸發(fā)器除濕；當(dāng)測(cè)定值小于設(shè)定值時(shí)，除濕固態(tài)繼電器閉合，鍋爐加濕器加濕。通過(guò)PID調(diào)整占空比保持濕度值穩(wěn)定。根據(jù)工作室體積、溫度和濕度條件，通過(guò)查焓濕圖，得到所需加濕度量≈7.7 kg/h。取10 kW功率加濕器，該加濕器耗水量為11 kg/h，可滿足試驗(yàn)要求。

1.5.6 控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

控制系統(tǒng)采用 PLC為中央控制器，觸摸屏為人機(jī)界面，主要控制功能包括：控制輻照度、氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速等參數(shù)；記錄輻照度、氣壓、溫度、濕度、風(fēng)速、黑板溫度、濕潤(rùn)度、運(yùn)行時(shí)間、設(shè)備狀態(tài)等參數(shù)；直接輸入、顯示、控制溫度、濕度、氣壓、輻照度和風(fēng)速；顯示、設(shè)定試驗(yàn)參數(shù)、程序曲線（曲線可任意裁剪也可全程調(diào)用）、工作時(shí)間、加熱器、加濕器、制冷機(jī)組、風(fēng)機(jī)、真空系統(tǒng)、光照系統(tǒng)等的工作狀態(tài)；試驗(yàn)程序自動(dòng)運(yùn)行及 PID參數(shù)自整定功能；自動(dòng)組合加熱系統(tǒng)、加濕/除濕系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)、壓力減壓系統(tǒng)以及循環(huán)風(fēng)機(jī)等子系統(tǒng)工作。

遠(yuǎn)程監(jiān)控采用標(biāo)準(zhǔn)RJ45計(jì)算機(jī)標(biāo)準(zhǔn)接口及專用通訊軟件，可實(shí)現(xiàn)PC機(jī)與控制器雙向傳輸，監(jiān)控軟件擁有PLC控制器的全部功能。

2 制造

采用 Solidworks 進(jìn)行三維圖設(shè)計(jì)和模擬組裝。根據(jù)設(shè)計(jì)圖，采用不銹鋼方管焊接制造機(jī)架。選擇4 mm厚的304不銹鋼板，數(shù)控剪板機(jī)、伺服轉(zhuǎn)塔沖床和大型激光切割機(jī)進(jìn)行內(nèi)膽、蓋板等鈑金件加工。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行控制柜標(biāo)記和布線。按設(shè)計(jì)要求，采購(gòu)標(biāo)準(zhǔn)零部件，主要包括金屬鹵素?zé)簟⒆贤鉄艄堋⒗鋲嚎s機(jī)、真空機(jī)組、蒸發(fā)器、加熱器、加濕器、磁流體裝置、加熱管、大門正裝鉸鏈、O形硅橡膠密封圈、不銹鋼鉸鏈等。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行集成安裝，構(gòu)成一臺(tái)多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)箱，如圖4所示。

圖4 多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)箱Fig.4 Multifactor integrated frigid plateau climate simulation and acceleration test chamber

3 試驗(yàn)驗(yàn)證

3.1 技術(shù)指標(biāo)驗(yàn)證

3.1.1 輻照度測(cè)試

在距離工作室頂部1.2 m的位置，進(jìn)行總輻照度和紫外輻照度測(cè)試，測(cè)試結(jié)果：最低總輻照度為509 W/m2，最大總輻照度為3462 W/m2，可平滑調(diào)整；最低紫外輻照度為0.08 W/m2@340，最高紫外輻照度為2.2 W/m2@340，可平滑調(diào)整。

3.1.2 氣壓

常溫降壓試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。從表1中可以算出平均降壓速率為 11.4 kPa/min，最大降壓速率為33.9 kPa/min，最低氣壓為14.8 kPa，氣壓控制平穩(wěn)。氣壓恢復(fù)（升壓）是通過(guò)控制電子氣閥來(lái)實(shí)現(xiàn)的，氣壓恢復(fù)速率可調(diào)。技術(shù)指標(biāo)要求的最大降壓速率和最大壓力恢復(fù)速率為15 kPa/min，可以通過(guò)軟件進(jìn)行限制。

表1 常溫降壓試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test result of pumpdown at normal temperature

在相關(guān)低氣壓箱技術(shù)規(guī)范里未見(jiàn)漏率指標(biāo)要求，為了檢測(cè)試驗(yàn)箱的氣密性，在最低氣壓和常壓間取中間值（58 kPa）進(jìn)行泄漏試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果為 20 min升壓0.73 kPa，即2.2 kPa/h，可得漏率為0.038 h-1。

3.1.3 溫度

測(cè)試內(nèi)容包括最高溫度、最低溫度、升溫速率、降溫速率、溫度過(guò)沖、溫度回差和箱體表面溫度進(jìn)行測(cè)試。全程升溫（-65～150 ℃全程平均）測(cè)試條件為40 kPa氣壓、105 kg鋁負(fù)載；全程降溫（150～-65℃）測(cè)試條件為40 kPa氣壓、105 kg鋁負(fù)載和1120 W/m2輻照度。升溫曲線和降溫曲線如圖5和圖6所示。

圖5 升溫曲線Fig.5 Heating curve

圖6 降溫曲線Fig.6 Cooling curve

從圖5和圖6中可得出最高溫度為150 ℃，最低溫度為-65 ℃，平均升溫速率為1.5 /min℃，平均降溫速率為0.6 /min℃。根據(jù)數(shù)據(jù)表計(jì)算得到控制-65 ℃時(shí)的溫度過(guò)沖和溫度回差為 0.4 ℃，控制150 ℃時(shí)的溫度過(guò)沖和溫度回差為0.8 ℃。

3.1.4 濕度

濕度范圍進(jìn)行測(cè)試，除濕曲線如圖7所示。除濕測(cè)量結(jié)果為：在溫度≥2 ℃時(shí)，非光照模式下，相對(duì)濕度控制范圍為20%～98%。

3.2 效果驗(yàn)證

3.2.1 試驗(yàn)譜設(shè)計(jì)

圖7 除濕曲線Fig.7 Dehumidifying curve

在模擬性方面，對(duì)試驗(yàn)譜的主要考慮如下：主要因素相似，通過(guò)太陽(yáng)輻射、溫度、濕度和氣壓綜合模擬高原高寒環(huán)境；模擬晝夜循環(huán)和紫外分量大的特點(diǎn)；模擬低溫和晝夜溫差大的特點(diǎn)；模擬3000～9000 m海拔的低氣壓循環(huán)；模擬干濕循環(huán)。

在加速性設(shè)計(jì)方面，根據(jù)阿倫尼烏斯和范霍弗定律，對(duì)輻照度、溫度、濕度、氣壓和風(fēng)速的綜合效應(yīng)進(jìn)行預(yù)估。在此基礎(chǔ)上，編制了多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)譜，如圖8所示。

3.2.2 試驗(yàn)驗(yàn)證

采用本試驗(yàn)箱和試驗(yàn)譜，以有機(jī)涂層和工程塑料樣品進(jìn)行加速性相關(guān)性試驗(yàn)驗(yàn)證，如圖9所示。采用高原地區(qū)應(yīng)用的零部件和元器件，如開(kāi)關(guān)電源、密封包裝筒和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。性能變化參數(shù)與拉薩試驗(yàn)站采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比分析。

初步驗(yàn)證結(jié)果表明，對(duì)塑料樣品的拉伸強(qiáng)度和沖擊韌性性能指標(biāo)、有機(jī)涂層的色差和光澤變化指標(biāo)，比對(duì)拉薩站試驗(yàn)結(jié)果秩相關(guān)系數(shù)為1，平均最大加速轉(zhuǎn)換因子為 15，說(shuō)明具有良好的相關(guān)性和加速性。對(duì)高原地區(qū)使用元器件試驗(yàn)結(jié)果具有較高加速性。

圖8 多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)譜Fig.8 Spectra for multifactor integrated frigid plateau climate simulation and acceleration test

圖9 多因素綜合高原高寒氣候環(huán)境模擬加速試驗(yàn)Fig.9 Photo of multifactor integrated frigid plateau climate simulation and acceleration test

4 結(jié)語(yǔ)

本試驗(yàn)箱已初步應(yīng)用于某高原直升機(jī)關(guān)鍵部件延壽試驗(yàn)和某抗彈復(fù)合材料的高原環(huán)境適用性快速評(píng)價(jià)。根據(jù)上述驗(yàn)證結(jié)果和分析，本試驗(yàn)技術(shù)在以下幾方面有良好應(yīng)用前景。

1）高原地區(qū)使用的工藝、材料和零部件的快速篩選。

2）開(kāi)展多種現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)、如高低溫試驗(yàn)、低氣壓試驗(yàn)和光老化試驗(yàn)等。

3）多因素效應(yīng)機(jī)理研究和環(huán)境因素作用動(dòng)力學(xué)研究，包括區(qū)分單獨(dú)效應(yīng)和協(xié)同效應(yīng)，進(jìn)而為環(huán)境效應(yīng)仿真和虛擬試驗(yàn)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。