劉志輝，李長(zhǎng)虹

（1.空軍駐廣州地區(qū)軍事代表室，廣東 廣州 510071；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

0 引言

自然環(huán)境試驗(yàn)是指在典型或極端自然環(huán)境條件下對(duì)裝備、材料及構(gòu)件等進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、評(píng)價(jià)與驗(yàn)證的試驗(yàn)過(guò)程，其具有真實(shí)性和不可替代性,是GJB 4239中規(guī)定的三大環(huán)境工程試驗(yàn)類型之一[1]。在裝備研制生產(chǎn)過(guò)程中，合理、有效地開(kāi)展自然環(huán)境試驗(yàn)，既可以減少過(guò)程中由于環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題而造成的反復(fù)設(shè)計(jì)，保證研制周期，也可有效地降低研制成本，提高裝備研制生產(chǎn)的效費(fèi)比。因此，裝備設(shè)計(jì)過(guò)程中合理地進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)，對(duì)全面提高裝備的環(huán)境適應(yīng)能力，確保裝備在全壽命周期內(nèi)全天候多地域使用，具有十分重要的意義。

1 自然環(huán)境試驗(yàn)對(duì)裝備研制生產(chǎn)過(guò)程中的意義

提到電子裝備的環(huán)境試驗(yàn)，人們一般會(huì)想到在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的各種環(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn)、環(huán)境與可靠性鑒定試驗(yàn)以及各種批生產(chǎn)與例行試驗(yàn)等，但這些實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法是絕對(duì)不能替代電子裝備的自然環(huán)境試驗(yàn)的。這是因?yàn)?，?duì)電子裝備來(lái)說(shuō)，其具有長(zhǎng)期貯存與即時(shí)使用的特性，這就要求電子裝備的各個(gè)部件均具有較高的環(huán)境適應(yīng)性和長(zhǎng)貯性能。由于海軍電子裝備自交付使用起，就面臨著十分嚴(yán)酷的自然環(huán)境因素的考驗(yàn)。特別是在我國(guó)東南和南海地區(qū)的自然環(huán)境中，各種各樣的環(huán)境應(yīng)力或單一或綜合或交互作用于裝備之上，這些作用引起的失效是很難預(yù)見(jiàn)的，也是在實(shí)驗(yàn)室中無(wú)法模擬的。而自然環(huán)境試驗(yàn)由于是在針對(duì)典型環(huán)境類型而建立的試驗(yàn)站中進(jìn)行，其環(huán)境應(yīng)力完全來(lái)自于當(dāng)?shù)氐淖匀画h(huán)境應(yīng)力，因此在考核和研究電子裝備在其壽命期內(nèi)的環(huán)境適應(yīng)性和長(zhǎng)貯性能有不可比擬的優(yōu)勢(shì)。其主要意義體現(xiàn)如下：

1）自然環(huán)境試驗(yàn)是裝備環(huán)境適應(yīng)性基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資源的重要來(lái)源，可為型號(hào)研制的論證分析、試驗(yàn)評(píng)價(jià)、改進(jìn)提高以及制定其技術(shù)規(guī)范提供基礎(chǔ)依據(jù)；

2）自然環(huán)境試驗(yàn)是考核和評(píng)價(jià)裝備環(huán)境適應(yīng)性的重要手段，為裝備設(shè)計(jì)研制等階段提供有效的驗(yàn)證，保障裝備符合環(huán)境適應(yīng)性要求；

3）自然環(huán)境試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果及其方法的可追溯性重要數(shù)據(jù)的來(lái)源，可為研究制定合理、可行的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法、試驗(yàn)結(jié)論提供重要的可追溯性基礎(chǔ)依據(jù)；

4）在裝備研制過(guò)程中盡早開(kāi)展自然環(huán)境試驗(yàn)，可及時(shí)暴露設(shè)計(jì)中存在的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，以便改進(jìn)和提高。

2 自然環(huán)境試驗(yàn)在裝備研制生產(chǎn)各階段的應(yīng)用

自然環(huán)境試驗(yàn)在裝備研制生產(chǎn)的不同階段有不同的作用。根據(jù)各階段的目的和要求，利用自然環(huán)境試驗(yàn)長(zhǎng)期積累的數(shù)據(jù)和各項(xiàng)技術(shù)，可以為其提供技術(shù)服務(wù)、技術(shù)保障和技術(shù)支持。

2.1 在裝備論證、方案設(shè)計(jì)階段的應(yīng)用

裝備論證、方案設(shè)計(jì)階段的重點(diǎn)是根據(jù)裝備預(yù)期服役的環(huán)境及不同階段的任務(wù)和特點(diǎn)，利用已積累的自然環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)和相似產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)，進(jìn)行環(huán)境分析，確定裝備全壽命期的環(huán)境剖面，提出其環(huán)境適應(yīng)性要求。

例如：在對(duì)某系列型號(hào)X彈武器系統(tǒng)在防護(hù)方案的設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于有關(guān)科研院所對(duì)該系列型號(hào)元器件進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十多年的、國(guó)內(nèi)多個(gè)典型氣候區(qū)的自然環(huán)境長(zhǎng)期貯存試驗(yàn)，積累了大量的自然環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)。在有了這一自然環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的支撐之后，該型號(hào)X彈武器系統(tǒng)的防護(hù)設(shè)計(jì)有效地提高了整體的環(huán)境適應(yīng)性，為后續(xù)裝備的研制減少了試驗(yàn)量，縮短了研制周期，有效地節(jié)約了研制成本。

2.2 在裝備研制階段的應(yīng)用

在裝備研制階段，首先應(yīng)利用自然環(huán)境試驗(yàn)長(zhǎng)期積累的數(shù)據(jù)來(lái)指導(dǎo)選擇環(huán)境適應(yīng)性好的貨架產(chǎn)品。對(duì)沒(méi)有環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)的材料、工藝和構(gòu)件，應(yīng)首先按照裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求制定計(jì)劃，安排開(kāi)展各種必要的自然環(huán)境試驗(yàn)。然后，根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行篩選和評(píng)價(jià)，保證新研裝備的環(huán)境適應(yīng)性。

通過(guò)對(duì)裝備（包括材料、工藝、元器件、部件、子系統(tǒng)以及整機(jī)）在預(yù)計(jì)的典型自然環(huán)境條件下，進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)和自然加速環(huán)境試驗(yàn)，尋找設(shè)計(jì)缺陷和工藝缺陷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)試驗(yàn)→分析→改進(jìn)過(guò)程，不斷提高裝備的環(huán)境適應(yīng)性。例如，為解決我軍某型航空電子裝備在海洋大氣環(huán)境中易被腐蝕的問(wèn)題，需要在設(shè)備研制階段，就確定合適的防腐蝕技術(shù)、工藝和方案，減小高溫、高濕和高鹽霧環(huán)境條件對(duì)裝備的影響和危害，提高其工作可靠性，降低后期維護(hù)成本。因此，可通過(guò)利用有關(guān)研究院所多年來(lái)積累的海洋地區(qū)大氣環(huán)境的研究成果，為設(shè)計(jì)單位提供了包括自然環(huán)境腐蝕與防護(hù)技術(shù)咨詢、防護(hù)體系涂裝技術(shù)方案、涂層體系考核篩選以及環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)在內(nèi)的大量技術(shù)服務(wù)和技術(shù)支持，為我軍重點(diǎn)型號(hào)工程建設(shè)提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障。

2.3 在裝備定型階段的應(yīng)用

目前，裝備的定型通常以實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)為主，由于自然環(huán)境因素的復(fù)雜性和綜合作用的影響，一些裝備雖然通過(guò)定型試驗(yàn)，但仍出現(xiàn)了環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。因此，在今后的裝備定型過(guò)程中，可借鑒國(guó)外的經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室和各試驗(yàn)場(chǎng)試驗(yàn)合格的裝備，仍需通過(guò)自然環(huán)境試驗(yàn)的考核，合格后才能裝備部隊(duì)，以此把裝備定型后因環(huán)境問(wèn)題可能帶來(lái)的影響減至最小。

2.4 在裝備生產(chǎn)、使用階段的應(yīng)用

根據(jù)裝備批生產(chǎn)中的環(huán)境驗(yàn)收試驗(yàn)、環(huán)境例行試驗(yàn)以及裝備在運(yùn)輸、貯存、使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題，應(yīng)開(kāi)展有針對(duì)性的自然環(huán)境試驗(yàn)，進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)和貯存壽命預(yù)測(cè)，剖析原因并提出改進(jìn)措施，為下一代裝備研制進(jìn)行技術(shù)貯備。

例如，飛機(jī)在服役期間所處的狀態(tài)基本分為地面停放和空中飛行（包括起飛、空中飛行和降落）。無(wú)論是停放還是飛行使用，飛機(jī)結(jié)構(gòu)所處的外部環(huán)境都是大氣環(huán)境，自然環(huán)境是影響飛機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕的主要因素之一。通過(guò)對(duì)航空用鋁合金材料在國(guó)外和我國(guó)的腐蝕程度進(jìn)行對(duì)比研究結(jié)果表明，由于目前我國(guó)工業(yè)廢氣與廢水等有害介質(zhì)大量排出，環(huán)境污染程度加劇，導(dǎo)致自然環(huán)境對(duì)飛機(jī)的腐蝕呈增長(zhǎng)趨勢(shì)。導(dǎo)致航空用鋁合金材料在國(guó)內(nèi)的腐蝕程度遠(yuǎn)大于美國(guó)、日本以及俄羅斯等發(fā)達(dá)國(guó)家。由于我軍飛機(jī)所處的國(guó)內(nèi)服役大氣環(huán)境更加嚴(yán)酷，腐蝕速度更快。因此，裝備設(shè)計(jì)部門在進(jìn)行有關(guān)型號(hào)的設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)針對(duì)這一特殊情況及時(shí)進(jìn)行改進(jìn)，避免在裝備使用階段出現(xiàn)重大的安全隱患問(wèn)題。

3 結(jié)束語(yǔ)

在裝備研制生產(chǎn)過(guò)程中，確定其采用的自然環(huán)境試驗(yàn)方法、試驗(yàn)條件以及試驗(yàn)參數(shù)量值和持續(xù)時(shí)間的基本原則如下：

a）在考核裝備在長(zhǎng)期貯存環(huán)境下的環(huán)境適應(yīng)性特性時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝備任務(wù)書(shū)和研制總要求，選擇進(jìn)行庫(kù)內(nèi)大氣自然環(huán)境試驗(yàn)方法，并對(duì)貯存試驗(yàn)條件應(yīng)予以保證。

b）根據(jù)裝備性質(zhì)，帶包裝的整機(jī)通常應(yīng)選擇庫(kù)內(nèi)貯存試驗(yàn)。在征得委托方同意時(shí)也可選擇進(jìn)行棚下或戶外貯存試驗(yàn)。而裝備的材料結(jié)構(gòu)件、部件、元器件以及工藝等，應(yīng)優(yōu)先選擇戶外暴露試驗(yàn)，并根據(jù)材料類別、部署確定試驗(yàn)方法。例如，高分子材料一般選擇紫外線強(qiáng)的環(huán)境進(jìn)行戶外暴露試驗(yàn)；金屬類一般應(yīng)選擇惡劣的腐蝕環(huán)境（如海洋大氣、高溫高濕等環(huán)境）進(jìn)行戶外暴露試驗(yàn)；非包裝裝備在工作狀態(tài)下或有定期通電檢測(cè)要求時(shí)，需考慮動(dòng)態(tài)暴露試驗(yàn)。

c）根據(jù)裝備環(huán)境特性，當(dāng)戶外暴露自然環(huán)境試驗(yàn)不能滿足試驗(yàn)條件要求時(shí)，可選擇自然環(huán)境加速試驗(yàn)。此時(shí)應(yīng)根據(jù)服役環(huán)境對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生最主要危害的環(huán)境應(yīng)力及量值，選擇相關(guān)的自然環(huán)境加速試驗(yàn)方法。服役期長(zhǎng)的樣品，應(yīng)考慮可能遭遇到的服役環(huán)境的極值條件造成的影響，可根據(jù)主要的環(huán)境應(yīng)力及量值來(lái)選擇相應(yīng)的自然環(huán)境加速試驗(yàn)方法及量值。

d）根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康模己诵栽囼?yàn)的試驗(yàn)方法和試驗(yàn)條件等應(yīng)與裝備任務(wù)書(shū)和研制總要求規(guī)定的一致。研究性試驗(yàn)應(yīng)結(jié)合預(yù)期服役環(huán)境首選環(huán)境條件嚴(yán)酷、環(huán)境應(yīng)力強(qiáng)度高的試驗(yàn)。

[1]GJB 4239-2001，裝備環(huán)境工程通用要求 [S].