丁杰，陳圣斌，郝宗敏

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GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》在直升機(jī)研制中的應(yīng)用研究

丁杰，陳圣斌，郝宗敏

（中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

根據(jù)直升機(jī)及直升機(jī)型號(hào)的特點(diǎn)，結(jié)合直升機(jī)環(huán)境工程及傳統(tǒng)研制、設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，提出了直升機(jī)及直升機(jī)型號(hào)研制中貫徹GJB 4239的具體實(shí)施程序和方法，試圖將GJB 4239的通用要求轉(zhuǎn)化為直升機(jī)和直升機(jī)型號(hào)系統(tǒng)、部件/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及管理具體實(shí)用，易于操作的工程技術(shù)要求，并提出直升機(jī)研制中環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)估的實(shí)施要求和方法。

直升機(jī)；環(huán)境適應(yīng)性；環(huán)境適應(yīng)性分析與設(shè)計(jì)；實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)

環(huán)境適應(yīng)性與可靠性、維修性、測(cè)試性、保障性等都列為裝備質(zhì)量的通用特性，因此，直升機(jī)研制中應(yīng)按照GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》編制直升機(jī)型號(hào)研發(fā)的環(huán)境適應(yīng)性大綱，以便在直升機(jī)研發(fā)過(guò)程中實(shí)現(xiàn)直升機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性控制，消除它們對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的敏感性，使直升機(jī)在預(yù)定的環(huán)境條件下安全可靠地工作[1]。

自20世紀(jì)50年代以來(lái)，國(guó)內(nèi)外均按照上述標(biāo)準(zhǔn)或相似的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)航空器的產(chǎn)品/設(shè)備進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，以控制產(chǎn)品/設(shè)備對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的敏感性。事實(shí)證明，僅靠環(huán)境試驗(yàn)并不能消除或降低環(huán)境對(duì)產(chǎn)品/設(shè)備造成的損傷或失效。例如，現(xiàn)代民用客機(jī)由氣象或環(huán)境因素引發(fā)的飛行事故占總飛行事故的3%，直升機(jī)尤甚，其飛行事故中有5%是環(huán)境因素造成的[2-3]。到20世紀(jì)70—80年代，西方國(guó)家在航空器的研發(fā)中，都引入了溫度、濕度、振動(dòng)應(yīng)力多因素綜合的可靠性環(huán)境試驗(yàn)，但環(huán)境對(duì)可靠性的影響也未如愿得到明顯改善。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，首先，從環(huán)境控制的角度來(lái)看，因其不是從環(huán)境對(duì)產(chǎn)品功能和性能造成的故障機(jī)理為出發(fā)點(diǎn)，而是過(guò)度地強(qiáng)調(diào)通過(guò)產(chǎn)品后期實(shí)物樣機(jī)的試驗(yàn)來(lái)發(fā)現(xiàn)故障，采取糾正措施以消除和降低環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)，顯然，這種本末倒置的方法成效有限。另外，產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)溫度是標(biāo)準(zhǔn)給定的溫度－55～+70 ℃（直升機(jī)一般為+55～－45 ℃），而不是按產(chǎn)品在飛機(jī)和直升機(jī)上實(shí)際工作的環(huán)境溫度進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)。實(shí)際上有的產(chǎn)品在機(jī)上的工作溫度可能高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度。例如，某型直升機(jī)的電源濾波器安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)艙內(nèi)，其溫度高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度，盡管通過(guò)了環(huán)境試驗(yàn)，但使用中，濾波器內(nèi)的固化劑熔化了，造成濾波器內(nèi)的元器件故障。凡此種種，產(chǎn)品在其壽命預(yù)期的環(huán)境作用下，不能實(shí)現(xiàn)其預(yù)定功能和性能或使其不能安全可靠地工作也就不足為奇了[4]。

2001年，我國(guó)頒發(fā)了GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》[5]，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性從工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)等四個(gè)層面共計(jì)20個(gè)工作項(xiàng)目，提出了環(huán)境控制的相關(guān)要求。在直升機(jī)型號(hào)研制中，認(rèn)真貫徹這一標(biāo)準(zhǔn)，按照該標(biāo)準(zhǔn)的要求，制定直升機(jī)型號(hào)研發(fā)的環(huán)境適應(yīng)性大綱，可使直升機(jī)環(huán)境及環(huán)境控制實(shí)現(xiàn)四個(gè)轉(zhuǎn)化[6]。

1）從以往傳統(tǒng)的基于環(huán)境試驗(yàn)的單一的環(huán)境控制轉(zhuǎn)化為環(huán)境適分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)的全面、系統(tǒng)的環(huán)境控制。

2）從以往傳統(tǒng)的通過(guò)環(huán)境試驗(yàn)激發(fā)環(huán)境故障轉(zhuǎn)化為環(huán)境故障機(jī)理、故障原因及故障影響的事前積極主動(dòng)的分析。

3）從以往過(guò)度強(qiáng)調(diào)定型時(shí)的環(huán)境試驗(yàn)的環(huán)境控制轉(zhuǎn)化為從方案論證階段起，貫穿于整個(gè)研發(fā)階段的環(huán)境適應(yīng)性的全程監(jiān)控。

4）從以往單獨(dú)的環(huán)境控制理念轉(zhuǎn)化為與可靠性、安全性等多專業(yè)融合共同實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定條件下（環(huán)境條件等），在預(yù)定時(shí)間，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品安全可靠地工作。

1 環(huán)境適應(yīng)性要求

環(huán)境適應(yīng)性要求是直升機(jī)型號(hào)研發(fā)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)依據(jù)，是環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的目標(biāo)。因此，在方案論證階段，首先應(yīng)確定環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)和參數(shù)指標(biāo)，以便設(shè)計(jì)部門將環(huán)境適應(yīng)性要求轉(zhuǎn)化為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)措施，并通過(guò)后期的環(huán)境試驗(yàn)確認(rèn)/驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的有效性，評(píng)估直升機(jī)型號(hào)是否滿足使用方或用戶要求。為此，研制方應(yīng)和使用方或用戶在方案論證階段，首先應(yīng)建立直升機(jī)型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)和參數(shù)指標(biāo)[7-8]。

1.1 參數(shù)指標(biāo)的確定

按GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》5.2 環(huán)境分析相應(yīng)工作項(xiàng)目（工作項(xiàng)目201-203）的工作內(nèi)容、環(huán)境適應(yīng)性要求，參數(shù)指標(biāo)的確定程序如圖1所示。

圖1 環(huán)境適應(yīng)性要求-參數(shù)指標(biāo)確定程序

1.2 程序中各項(xiàng)工作的實(shí)施

GJB 150包括近20種環(huán)境類型，從現(xiàn)有直升機(jī)型號(hào)來(lái)看，包括了溫度、濕度、鹽霧、霉菌、砂塵、淋雨、沖擊、加速度、炮振等動(dòng)力學(xué)環(huán)境類別。在目前直升機(jī)型號(hào)總要求中，往往在總要求的環(huán)境條件一節(jié)中，僅列出溫度、濕度、“三防”等極少數(shù)的環(huán)境類型及要求。這少數(shù)的環(huán)境類型及其要求，不能完整地表述直升機(jī)型號(hào)的環(huán)境特征，也就不能確保直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性的控制，不能消除環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的敏感性。因此，研制部門和使用方必須將直升機(jī)總要求的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成環(huán)境適應(yīng)性要求：如由飛行高度可以確定低氣壓高度；由旋翼轉(zhuǎn)速可以確定振動(dòng)水平；根據(jù)直升機(jī)的型號(hào)，可以確定使用類別，如艦載機(jī)在海上執(zhí)行任務(wù)，便可確定鹽霧、霉菌等相應(yīng)要求。

1.2.1 壽命期剖面及壽命期環(huán)境剖面

1）壽命期剖面。這里的壽命期剖面，是指研制方將直升機(jī)交付用戶使用，在直升機(jī)壽命期內(nèi)所經(jīng)歷的事件，這些事件包括運(yùn)輸、貯存及使用（執(zhí)行任務(wù)）等。

2）壽命期環(huán)境剖面。壽命期環(huán)境剖面，是指壽命期內(nèi)各個(gè)事件可能遭遇的不同環(huán)境類型，包括自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。自然環(huán)境是指自然界中非人為因素構(gòu)成的環(huán)境，而誘發(fā)環(huán)境是指人為活動(dòng)、平臺(tái)、其他設(shè)備或設(shè)備自身產(chǎn)生的局部環(huán)境。就直升機(jī)而言，如直升機(jī)由汽車、火車或船舶運(yùn)輸?shù)接脩艋?，那么這些載體的振動(dòng)、沖擊、卸裝過(guò)程中的意外跌落等即為誘發(fā)環(huán)境。如直升機(jī)自行轉(zhuǎn)場(chǎng)飛行，直升機(jī)自身的振動(dòng)、著陸時(shí)的沖擊、懸停時(shí)揚(yáng)起的砂塵等都是誘發(fā)環(huán)境。

某型直升機(jī)命剖面和壽命期環(huán)境剖面見(jiàn)表1。

表1 某型直升機(jī)的壽命剖面和壽命期環(huán)境剖面

1.2.2 環(huán)境參數(shù)指標(biāo)

在建立了使用文件，收集了基本相同或相似直升機(jī)的環(huán)境類別及其數(shù)據(jù)之后，接下來(lái)便要確定直升機(jī)型號(hào)具體的環(huán)境類型及量值。下面仍以某型直升機(jī)為例，描述其環(huán)境類別及量值的確定步驟。

1）確定直升機(jī)綜合的環(huán)境類別。根據(jù)直升機(jī)的特點(diǎn)，確定壽命期的環(huán)境類別，現(xiàn)在必須整合為整機(jī)的環(huán)境類別。由表1可以看出，該型機(jī)的運(yùn)輸、貯存、使用都具有相同的自然環(huán)境，僅僅誘發(fā)環(huán)境小有區(qū)別，即運(yùn)輸時(shí)，表現(xiàn)出低氣壓環(huán)境類別，而使用時(shí)多了一項(xiàng)機(jī)動(dòng)飛行時(shí)的加速度環(huán)境類別。由上分析，表征某型直升機(jī)環(huán)境特征的環(huán)境類別為高溫、低溫、氣壓、淋雨（酸雨）、砂塵、振動(dòng)、沖擊、加速度、噪音等。

2）確定各類環(huán)境類別的量值——參數(shù)指標(biāo)。在確定了全機(jī)綜合的環(huán)境類別之后，便要確定相應(yīng)的量值，以形成整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性要求。就某型直升機(jī)而言，作為教練機(jī)，每飛行小時(shí)平均起降5次，且又是操作不熟練的學(xué)員，學(xué)員操作粗糙，因此直升機(jī)著陸時(shí)的沖擊較大。直升機(jī)振動(dòng)是其主要特點(diǎn)，通常低頻大振幅造成損傷較大，直升機(jī)飛行速度低，機(jī)動(dòng)飛行時(shí)，加速度也較小。此外，直升機(jī)的噪音也是其顯著特點(diǎn)。

根據(jù)某型直升機(jī)的上述特點(diǎn)，最終可形成環(huán)境類別的相應(yīng)量值：高溫為+50 ℃、低溫為－40 ℃、氣壓為8000 m氣壓高度、振動(dòng)、沖擊、每小時(shí)5次起降、加速度、噪音。

通過(guò)以上的討論分析，可以得出確定直升機(jī)環(huán)境適應(yīng)性要求時(shí)，應(yīng)遵循如下基本原則：全面完整、系統(tǒng)地分析直升機(jī)型號(hào)在其壽命期可能發(fā)生的所有事件及其遭受的環(huán)境類型、量值及持續(xù)時(shí)間；根據(jù)環(huán)境類型、量值和持續(xù)時(shí)間，選擇表征直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性的環(huán)境類型；選擇基本相同或相似機(jī)型作為直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性的比較基準(zhǔn)；對(duì)于難以量化的環(huán)境要求，可根據(jù)GJB 150的相應(yīng)要求進(jìn)行剪裁，基于型號(hào)特征及以往經(jīng)驗(yàn)，選擇相應(yīng)的環(huán)境要求。

2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)

通過(guò)以上討論分析，便能確定直升機(jī)型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性要求。為確保直升機(jī)型號(hào)在預(yù)期的環(huán)境條件達(dá)到其預(yù)期的性能和功能和/或不破壞的能力，便應(yīng)通過(guò)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，將直升機(jī)型號(hào)的適應(yīng)性要求轉(zhuǎn)化為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)措施來(lái)實(shí)現(xiàn)。

根據(jù)GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》5.3環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)工作項(xiàng)目301—303的要求，實(shí)施環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的程序如圖2所示。

圖2 直升機(jī)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)程序

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，事實(shí)上是直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計(jì)技術(shù)或設(shè)計(jì)方法，用于指導(dǎo)、規(guī)范型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性工作，將影響環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的編寫，是實(shí)現(xiàn)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性的重要工作內(nèi)容，是環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)及其檢查評(píng)審的依據(jù)。通常，需組織有經(jīng)驗(yàn)的技術(shù)人員，完成準(zhǔn)則的編寫工作。

2.1 基本原則

編制環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)遵循下列原則。

1）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)反映直升機(jī)的特點(diǎn)。直升機(jī)的飛行特點(diǎn)為低空、低速，低空飛行會(huì)經(jīng)常遭遇到雨水的影響，因此，淋雨要求或水密性要求應(yīng)予以充分考慮。旋翼?yè)P(yáng)起的砂塵是影響動(dòng)部件安全可靠工作的因素之一，因此準(zhǔn)則中應(yīng)充分考慮防砂塵的設(shè)計(jì)措施。振動(dòng)是直升機(jī)的顯著特點(diǎn)，通常表現(xiàn)為低頻大振幅。此外，直升機(jī)的噪音也是環(huán)境條件的顯著特征，因此，準(zhǔn)則中應(yīng)關(guān)注直升機(jī)的降噪設(shè)計(jì)措施。

2）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)反映直升機(jī)型號(hào)特點(diǎn)。不同直升機(jī)型號(hào)具有不同的環(huán)境特征，如對(duì)于武裝直升機(jī)，炮振是其顯著特征；對(duì)于艦載直升機(jī)，高溫濕熱、鹽霧、霉菌等是較嚴(yán)酷的環(huán)境條件；對(duì)于教練機(jī)，沖擊是其環(huán)境特征。

3）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)吸取國(guó)內(nèi)外以往直升機(jī)型號(hào)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。在以往的型號(hào)設(shè)計(jì)中，由于沒(méi)有充分考慮環(huán)境條件對(duì)直升機(jī)使用的影響，曾發(fā)生過(guò)環(huán)境條件對(duì)直升機(jī)部件/設(shè)備造成損傷、故障/失效的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。如某型直升機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈的尾氣流誘發(fā)的低氣壓使機(jī)身后部的貨艙門意外打開(kāi)。準(zhǔn)則中應(yīng)從這些事故或故障中吸取教訓(xùn)，提出相應(yīng)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)措施，避免發(fā)生類似的后果。

4）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)將可靠性工作的故障模式及影響分析、故障樹(shù)分析中所發(fā)現(xiàn)的問(wèn)題及其設(shè)計(jì)改進(jìn)措施作為準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)要求。例如，故障樹(shù)分析中，發(fā)現(xiàn)的振動(dòng)疲勞損傷在鹽霧條件下，會(huì)使結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度急劇下降，使部件未到規(guī)定的翻修時(shí)間便嚴(yán)重破壞，因此，應(yīng)考慮雙重環(huán)境應(yīng)力的組合作用造成的損傷[9]。

5）準(zhǔn)則內(nèi)容，應(yīng)按安全性的優(yōu)先順序，考慮相應(yīng)措施。當(dāng)環(huán)境應(yīng)力造成的安全性風(fēng)險(xiǎn)不可接受時(shí)，應(yīng)首先采取設(shè)計(jì)措施消除風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)沒(méi)有有效的設(shè)計(jì)技術(shù)消除風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，應(yīng)通過(guò)加入安全裝置或告警裝置來(lái)消除或降低風(fēng)險(xiǎn)；當(dāng)上述措施都無(wú)效時(shí)，應(yīng)通過(guò)使用限制或者維修方式等控制措施來(lái)降低風(fēng)險(xiǎn)。例如，直升機(jī)飛行中，通過(guò)設(shè)計(jì)措施無(wú)法避免遭受到暴風(fēng)雨，此時(shí)，應(yīng)安裝氣象雷達(dá)、實(shí)時(shí)監(jiān)控周圍的氣象變化。當(dāng)飛行前方有暴風(fēng)雨時(shí)，改變航向或就近著陸，避開(kāi)暴風(fēng)雨造成的風(fēng)險(xiǎn)。

2.2 制定直升機(jī)型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則

目前直升機(jī)型號(hào)都沒(méi)有制定完整、系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，用以指導(dǎo)和規(guī)范型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)。根據(jù)直升機(jī)型號(hào)可靠性維修性等通用特性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的編制經(jīng)驗(yàn)，該設(shè)計(jì)準(zhǔn)則應(yīng)包括兩個(gè)部分，即一般要求和詳細(xì)要求。一般要求為直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性總體、基本和通用性要求。詳細(xì)要求為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)不同環(huán)境類別設(shè)計(jì)技術(shù)、設(shè)計(jì)方法的表述，通常是具體實(shí)施的設(shè)計(jì)措施。

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的一般要求如應(yīng)通過(guò)型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性分析，確定環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)敏感性的環(huán)境類別及量值（環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)指標(biāo)）；應(yīng)將環(huán)境適應(yīng)性工作納入直升機(jī)型號(hào)研制規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)一安排、統(tǒng)一協(xié)調(diào)，確保與性能、可靠性等并行設(shè)計(jì)。在具體的型號(hào)研制中，應(yīng)根據(jù)型號(hào)特點(diǎn)，做全面綜合考慮，提出完整、系統(tǒng)的一般要求。

對(duì)于環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的詳細(xì)要求，應(yīng)根據(jù)型號(hào)適應(yīng)性要求所確定的環(huán)境類別，提出該型機(jī)各類環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的詳細(xì)要求。

現(xiàn)以熱設(shè)計(jì)為例，說(shuō)明應(yīng)包括的內(nèi)容。熱設(shè)計(jì)的詳細(xì)要求包括：熱分析、熱測(cè)試、散熱、散熱器、電子/電氣設(shè)備的熱設(shè)計(jì)等。其中，熱分析包括如下要求：熱分析時(shí)應(yīng)考慮環(huán)境因素、鄰近設(shè)備、組件元器件的熱作用，電應(yīng)力及發(fā)熱和散熱方式等因素；定量熱分析，確定各設(shè)備艙或設(shè)備的工作溫度，以便考慮機(jī)上、設(shè)備艙的冷卻方式；定性熱分析，確定設(shè)備對(duì)熱的敏感性，提出合理設(shè)計(jì)措施；電子設(shè)備的熱計(jì)算，可按GJB/Z 27的方法進(jìn)行。這里僅列出了部分內(nèi)容，其他要求見(jiàn)參考文獻(xiàn)[10]。

2.3 制定環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)內(nèi)容

1）各系統(tǒng)、部件/設(shè)備應(yīng)按型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，貫徹設(shè)計(jì)準(zhǔn)則的設(shè)計(jì)措施，將型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性要求設(shè)計(jì)到系統(tǒng)、部件/設(shè)備中，以消除或降低產(chǎn)品對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的敏感性。

2）各系統(tǒng)、部件/設(shè)備完成設(shè)計(jì)之后，應(yīng)按表2的方式對(duì)照檢查設(shè)計(jì)與準(zhǔn)則要求的相符性，最終形成系統(tǒng)、部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則符合性報(bào)告。

表2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則符合性說(shuō)明表

3）必須指出，各系統(tǒng)、部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)應(yīng)充分包括環(huán)境適應(yīng)性的各種試驗(yàn)，以及可靠性試驗(yàn)等所獲取的信息，對(duì)試驗(yàn)中所發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的設(shè)計(jì)措施予以糾正。

2.1.4 環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)完成之后，通過(guò)環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)以評(píng)估直升機(jī)型號(hào)各系統(tǒng)、部件/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是否滿足環(huán)境適應(yīng)性的要求，即是否滿足直升機(jī)型號(hào)各種環(huán)境類型量值（環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)指標(biāo)）的要求。

根據(jù)產(chǎn)品在機(jī)上艙內(nèi)所處的最嚴(yán)酷工作環(huán)境及環(huán)境類型及量值，與組成產(chǎn)品的零部件/元器件相關(guān)手冊(cè)提供的定量的耐環(huán)境極限能力進(jìn)行比較分析，確定產(chǎn)品能否承受最嚴(yán)酷工作環(huán)境的作用或者承受最嚴(yán)酷工作環(huán)境作用的余量。

根據(jù)直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性要求，該型機(jī)環(huán)境溫度為+50 ℃，某一電子產(chǎn)品設(shè)置在機(jī)身中下部電子設(shè)備艙內(nèi)（艙內(nèi)有許多電子設(shè)備）。通過(guò)熱分析計(jì)算（GJB/Z 27），該艙內(nèi)最嚴(yán)酷的工作環(huán)境溫度為50 ℃+艙內(nèi)電子設(shè)備工作時(shí)的溫升（誘發(fā)環(huán)境溫度），這一最嚴(yán)酷的工作環(huán)境溫度為+90 ℃。然后列出該電子設(shè)備組成的元器件，并根據(jù)相關(guān)手冊(cè)（如MIL-STD- 217或GJB 299）查得各個(gè)元器件的最高溫度或極限溫度值。如果所有元器件的極限溫度都超過(guò)+90 ℃，那么該產(chǎn)品便滿足環(huán)境適應(yīng)性要求的；如果這一電子設(shè)備有個(gè)別（重要的）或多個(gè)元器件不能承受90 ℃的高溫，那么，必須更改設(shè)計(jì)，選擇更高極限溫度的元器件或者產(chǎn)品采取自冷卻方式（設(shè)備內(nèi)設(shè)置冷卻風(fēng)扇，如A350直升機(jī)的靜止變流器便設(shè)有微型電風(fēng)扇）進(jìn)行降溫以滿足環(huán)境適應(yīng)性要求；如果這一電子設(shè)備艙有多個(gè)電子設(shè)備不能滿足這一工作環(huán)境+90 ℃的要求，艙內(nèi)必須采取強(qiáng)迫通風(fēng)（如引入冷氣或加裝冷卻風(fēng)扇等）方式降低溫度。如法國(guó)SA321超黃蜂直升機(jī)，其電子設(shè)備艙內(nèi)便裝有冷卻風(fēng)扇進(jìn)行降溫。

3 環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)

3.1 環(huán)境試驗(yàn)類型、種類及試驗(yàn)項(xiàng)目的確定

直升機(jī)型號(hào)按照環(huán)境適應(yīng)性要求完成了環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)后，便要通過(guò)相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)，檢查和評(píng)估環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。為此，GJB 4239提出了環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)估要求。

按GJB 4239，環(huán)境試驗(yàn)包括自然環(huán)境試驗(yàn)、使用環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)三大試驗(yàn)類型?；诃h(huán)境試驗(yàn)可進(jìn)行剪裁的原則，下面將根據(jù)直升機(jī)及直升機(jī)型號(hào)的特點(diǎn)進(jìn)行相應(yīng)分析，以確定其環(huán)境試驗(yàn)類型、種類及試驗(yàn)項(xiàng)目。

1）環(huán)境試驗(yàn)類別的選擇?；谧匀画h(huán)境試驗(yàn)、使用環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的定義、用途及應(yīng)用時(shí)機(jī)[1]，便不難發(fā)現(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的目的為：發(fā)現(xiàn)環(huán)境設(shè)計(jì)的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施，消除或降低對(duì)環(huán)境風(fēng)險(xiǎn)的敏感性，以滿足環(huán)境適應(yīng)性要求；確保首飛安全，即通過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在工作環(huán)境下，其重要/關(guān)鍵件的工作溫度、振動(dòng)等是否達(dá)到其極限值，危及飛行安全或影響飛行；確認(rèn)和驗(yàn)證環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求，為部件/設(shè)備定型提供依據(jù)?？梢钥闯?，剪裁選擇實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)來(lái)確認(rèn)/驗(yàn)證型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。

2）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)和試驗(yàn)種類的選擇。按GJB 4239的要求，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)包括環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)、環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)、直升機(jī)安全性環(huán)境試驗(yàn)、環(huán)境例行試驗(yàn)、環(huán)境鑒定試驗(yàn)等5種類實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)。在上述的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的5個(gè)種類中，環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)、直升機(jī)安全性環(huán)境試驗(yàn)及環(huán)境鑒定試驗(yàn)，與直升機(jī)型號(hào)研制密切相關(guān)，通過(guò)這些試驗(yàn)?zāi)軡M足實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的目的，以確保直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性的固有特性。環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)的試驗(yàn)要求是通過(guò)溫度和振動(dòng)試驗(yàn)來(lái)確定產(chǎn)品對(duì)溫度和振動(dòng)環(huán)境特性的響應(yīng)特性及產(chǎn)品耐環(huán)境極限能力，可結(jié)合其他試驗(yàn)種類一起安排，如產(chǎn)品功能性能試驗(yàn)，電源特性試驗(yàn)等，因此這一試驗(yàn)可以刪除。另一試驗(yàn)種類，即環(huán)境例行試驗(yàn)，是批生產(chǎn)出廠檢驗(yàn)后的試驗(yàn)，通過(guò)這種試驗(yàn)以檢查產(chǎn)品工藝穩(wěn)定性。這與研發(fā)階段，確保產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的固有特性——環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)沒(méi)有直接關(guān)系。因此，這一試驗(yàn)種類也可剪裁刪除。根據(jù)上面的分析，直升機(jī)和直升機(jī)型號(hào)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)，可選擇環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)、直升機(jī)安全性環(huán)境試驗(yàn)、環(huán)境鑒定試驗(yàn)這三類試驗(yàn)。

3）實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)各種環(huán)境類別相應(yīng)試驗(yàn)項(xiàng)目的剪裁。直升機(jī)型號(hào)部件/設(shè)備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)所選擇的試驗(yàn)種類是在型號(hào)研制階段實(shí)施的，因此，應(yīng)根據(jù)每一試驗(yàn)種類試驗(yàn)的時(shí)機(jī)、試驗(yàn)?zāi)康膩?lái)選擇每一試驗(yàn)種類所相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目。通常，按下列原則對(duì)GJB 150A的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行剪裁。

a．環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)。環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)是在型號(hào)研制的早期進(jìn)行的，其目的是尋找部件/設(shè)備耐環(huán)境應(yīng)力的薄弱環(huán)節(jié)，并通過(guò)設(shè)計(jì)予以改進(jìn)?；贕JB 150A列舉的近20項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目故障機(jī)理的分析研究，陸航某型直升機(jī)研制過(guò)程中認(rèn)為，高溫（工作高溫和貯存高溫）、低溫（工作低溫和貯存低溫）及振動(dòng)功能環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目能達(dá)到上述目的[11]。

b．直升機(jī)安全性環(huán)境試驗(yàn)。該項(xiàng)試驗(yàn)通常是在直升機(jī)型號(hào)首飛前實(shí)施的，其目的是對(duì)飛行安全的關(guān)鍵/重要的部件/設(shè)備選擇的環(huán)境因素及其相應(yīng)的試驗(yàn)項(xiàng)目進(jìn)行試驗(yàn)，以確保首飛安全。因此，所選擇的試驗(yàn)項(xiàng)目為：試驗(yàn)會(huì)使部件/設(shè)備很快產(chǎn)生破壞或很快影響其正常功能；不選擇長(zhǎng)時(shí)間才產(chǎn)生影響或破壞的試驗(yàn)項(xiàng)目，也不選擇對(duì)飛行安全影響不大的試驗(yàn)項(xiàng)目?；贕JB 150A近20項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目的故障機(jī)理的分析研究，擬選擇高溫、低溫（工作）試驗(yàn)，濕度/溫度試驗(yàn)，溫度沖擊試驗(yàn)，振動(dòng)功能試驗(yàn)，加速度試驗(yàn)，沖擊試驗(yàn)等這幾類試驗(yàn)。

c．環(huán)境鑒定試驗(yàn)。環(huán)境鑒定試驗(yàn)的目的是確認(rèn)/驗(yàn)證部件/設(shè)備滿足成品技術(shù)協(xié)議書規(guī)定的環(huán)境適應(yīng)性要求；為部件/設(shè)備定型提供重要決策信息。該項(xiàng)試驗(yàn)是在部件/設(shè)備設(shè)計(jì)定型批生產(chǎn)之前進(jìn)行。通常剪裁的項(xiàng)目有：所有部件/設(shè)備應(yīng)進(jìn)行高、低溫試驗(yàn)，溫度沖擊試驗(yàn)，加速度試驗(yàn)，振動(dòng)、沖擊、三防試驗(yàn)等；有氣密要求的電子/電氣和有氣密性要求的部件應(yīng)進(jìn)行溫度-濕度-高度試驗(yàn)；安裝在機(jī)外或安裝在機(jī)內(nèi)貼近蒙皮的部件/設(shè)備應(yīng)進(jìn)行太陽(yáng)輻射、淋雨、砂塵、積冰試驗(yàn)。

通過(guò)上述分析，直升機(jī)型號(hào)研制階段的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目的剪裁見(jiàn)表3。

表3 環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目

注：“√”表示必須選擇的項(xiàng)目，未標(biāo)示“√”表示項(xiàng)目由研制方與部件/設(shè)備轉(zhuǎn)承制方協(xié)調(diào)確定；環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)，可與“環(huán)境適應(yīng)性研制試驗(yàn)”或“安全性環(huán)境試驗(yàn)”結(jié)合進(jìn)行

4）部件/設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境，試驗(yàn)種類及試驗(yàn)項(xiàng)目的確定。實(shí)際工作中，對(duì)于一個(gè)具體的部件/設(shè)備，應(yīng)根據(jù)其特點(diǎn)，對(duì)表3所確定的試驗(yàn)種類及試驗(yàn)項(xiàng)目，還應(yīng)詳細(xì)分析。如有必要，可作進(jìn)一步的剪裁。例如，某些機(jī)械部件對(duì)溫度變化并不敏感，就可不選擇高低溫試驗(yàn)項(xiàng)目。所選擇的環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目，包括每一環(huán)境項(xiàng)目的參數(shù)指標(biāo)或量值，都應(yīng)給定在成品協(xié)議書中。

3.2 制定部件/設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)大綱

當(dāng)直升機(jī)型號(hào)具體產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性要求及環(huán)境試驗(yàn)的試驗(yàn)種類和試驗(yàn)項(xiàng)目確定之后，另一項(xiàng)重要的工作，便是制定各個(gè)部件/設(shè)備的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)大綱，規(guī)定各種環(huán)境試驗(yàn)的實(shí)施。每一具體部件/設(shè)備的環(huán)境試驗(yàn)大綱應(yīng)經(jīng)訂購(gòu)方批準(zhǔn)或認(rèn)可，并得到承制方或研制部門的會(huì)簽確認(rèn)。

部件/設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)大綱至少應(yīng)包括如下內(nèi)容：試驗(yàn)件的技術(shù)狀態(tài)及數(shù)量；各試驗(yàn)項(xiàng)目順序安排；各試驗(yàn)項(xiàng)目試驗(yàn)方法及試驗(yàn)程序；試驗(yàn)設(shè)施要求，設(shè)備、儀器、儀表及精度要求；試驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄要求；試驗(yàn)件故障或破壞判別準(zhǔn)則；試驗(yàn)過(guò)程的組織管理和監(jiān)控要求；試驗(yàn)過(guò)程中，被試驗(yàn)產(chǎn)品故障或其他原因試驗(yàn)中斷的處理。

3.3 直升機(jī)型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)

如前所述，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)是為了確認(rèn)部件/產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是否滿足規(guī)定的合同文件要求，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)條件有下列原因或限制：實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用的環(huán)境條件；接口關(guān)系；負(fù)載等。這就不能完全模擬真實(shí)的使用（工作）環(huán)境和工作狀態(tài)，與其他設(shè)備接口及相鄰設(shè)備的影響。這樣，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)不能表征真實(shí)使用環(huán)境中部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性[1]。因此，應(yīng)進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)，并收集有關(guān)使用信息，全面評(píng)估部件/設(shè)備在貯存、運(yùn)輸和各種使用狀態(tài)的環(huán)境中的環(huán)境適應(yīng)性[1]。

GJB 4239規(guī)定根據(jù)自然環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)的結(jié)果來(lái)評(píng)估部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性無(wú)疑是合理的，但目前的條件并不成熟。

1）這兩項(xiàng)試驗(yàn)沒(méi)有如同GJB 150環(huán)境適應(yīng)性實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法這樣的標(biāo)準(zhǔn)給出相應(yīng)的試驗(yàn)程序、試驗(yàn)時(shí)間和判別準(zhǔn)則。

2）自然環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)這兩種試驗(yàn)需經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的試驗(yàn)，才能表現(xiàn)出環(huán)境適應(yīng)性特征，如鹽霧、霉菌及振動(dòng)環(huán)境條件對(duì)產(chǎn)品的影響。

基于自然環(huán)境試驗(yàn)和使用環(huán)境試驗(yàn)來(lái)評(píng)價(jià)部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，目前尚有困難，但在直升機(jī)的實(shí)際使用中，可以收集、分析部件/產(chǎn)品因環(huán)境引起的故障，并通過(guò)機(jī)理研究，找出故障原因，采取相應(yīng)措施，消除或減少環(huán)境損傷風(fēng)險(xiǎn)，以保持部件/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的固有特性。

4 結(jié)論

通過(guò)上述分析研究，可以得出以下結(jié)論。

1）環(huán)境適應(yīng)性是直升機(jī)的固有特性，是通過(guò)設(shè)計(jì)和管理實(shí)現(xiàn)的。

2）應(yīng)盡早地開(kāi)展環(huán)境適應(yīng)性分析、設(shè)計(jì)及試驗(yàn)（研制試驗(yàn)）工作，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)環(huán)境適應(yīng)性的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施，以確保在壽命期內(nèi)各種預(yù)定環(huán)境作用下實(shí)現(xiàn)預(yù)定性能、功能及不被破壞的能力。

3）應(yīng)明確使用方或研制方（承制方）和轉(zhuǎn)承制方（部件、設(shè)備研制單位）的工作責(zé)任和義務(wù)，各方緊密協(xié)作，確保研制中環(huán)境適應(yīng)性工作有效有序地進(jìn)行。

4）環(huán)境適應(yīng)性分析、設(shè)計(jì)和試驗(yàn)應(yīng)與直升機(jī)型號(hào)的工程設(shè)計(jì)并行實(shí)施，確保環(huán)境適應(yīng)性特征設(shè)計(jì)到直升機(jī)系統(tǒng)、部件/設(shè)備之中。

[1] 祝耀昌. 產(chǎn)品環(huán)境工程概論[M]. 北京: 航空工業(yè)出版, 2003.

[2] STANTON N A, DHARRIS P M. Salmon Prediction Design Induced Pilot Error Using HET (Human Error Temper) — A New Formal Human Error Identification Method for Flight Desks[J]. The Aeronautical Journal, 2006(2): 107-114.

[3] 前田直人. 人間中心コックピツトの研究[J]. 航空技術(shù), 2005, 604: 26-35.

[4] 陳圣斌, 周曉光, 曾曼成. 直升機(jī)人-機(jī)-環(huán)系統(tǒng)可靠性分析研究專題報(bào)告[R]. 景德鎮(zhèn): 中國(guó)直升機(jī)設(shè)計(jì)研究所，2008: 18-35.

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

[6] 張燕, 李穎, 楊曉然. 國(guó)內(nèi)外裝備環(huán)境工程標(biāo)準(zhǔn)化比較研究[J]. 裝備環(huán)境工程, 2009, 6(4):1-4.

[7] 祝耀昌, 孫建勇. GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》及其應(yīng)用分析(一)[J]. 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量, 2006(6): 32-37.

[8] 祝耀昌, 徐明, 任占勇. 加強(qiáng)環(huán)境適應(yīng)性基礎(chǔ)技術(shù)研究發(fā)揮環(huán)境工程對(duì)型號(hào)的保障作用[J]. 航空標(biāo)準(zhǔn)化與質(zhì)量, 2001(5): 24-29.

[9] 劉正勤. 環(huán)境工程與產(chǎn)品可靠性的相關(guān)性研究[J]. 環(huán)境技術(shù), 2013(s1): 15-18.

[10] 艾鍼世, 王思淵.直升機(jī)可靠性維修性型號(hào)規(guī)范匯編熱設(shè)計(jì)準(zhǔn)則[K]. 景德鎮(zhèn): 中航總公司第六〇二研究所, 1994: 89-91.

[11] 李堯. 飛機(jī)溫度環(huán)境適應(yīng)性要求分析和確定方法[J]. 可靠性和環(huán)境通訊, 2009(4): 51-57.

Application of GJB 4239 “General Requirements for Equipment Environmental Engineering” in Helicopter Development

DING Jie, CHEN Sheng-bin, HAO Zong-min

(China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

Based on characteristics of helicopter and helicopter model, in combination with environmental engineering and traditional development experience of helicopters, the paper put forward specific procedures and methods to implement the requirements of GJB 4239 in development of helicopters, tried to turn general requirements of GJB 4239 into specific and practical technical requirements on environmental adaptability analysis, design, test and management of component and equipment for helicopters, and proposed implementation requirements and methods of environmental test and evaluation in helicopter development.

helicopter; environmental adaptability; analysis and design; lab environment test

10.7643/ issn.1672-9242.2017.11.004

TJ01

A

1672-9242(2017)11-0020-07

2017-08-10；

2017-08-29

丁杰（1989—），男，福建南平人，工程師，主要研究方向?yàn)橹鄙龣C(jī)可靠性、維修性、安全性、測(cè)試性、綜合保障及環(huán)境適應(yīng)性。