楊華，張少宏，封雷

（中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所，西安 710065）

型號(hào)研制中實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)條件剪裁方法淺析

楊華，張少宏，封雷

（中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所，西安 710065）

目的分析某導(dǎo)彈環(huán)境條件的制定和試驗(yàn)流程，總結(jié)在型號(hào)中如何制定環(huán)境試驗(yàn)條件和方法。方法從環(huán)境工程的角度出發(fā)，對(duì)產(chǎn)品的特性及服役環(huán)境進(jìn)行分析。結(jié)果根據(jù)項(xiàng)目自身的特點(diǎn)和需要制定相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)要求。結(jié)論將環(huán)境條件和試驗(yàn)方法在某型武器裝備產(chǎn)品中得到了成功應(yīng)用。

導(dǎo)彈；環(huán)境條件；環(huán)境試驗(yàn)

某空地導(dǎo)彈是一種一次使用戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈，空地導(dǎo)彈在使用過(guò)程中需要經(jīng)歷各種嚴(yán)酷復(fù)雜的環(huán)境，環(huán)境作用所產(chǎn)生的各種類(lèi)型故障和失效是制約產(chǎn)品可靠性、影響發(fā)射成功率的主要因素。為了保證發(fā)射成功，必須通過(guò)各種試驗(yàn)使得設(shè)計(jì)、制造中的缺陷得到盡早暴露并予以消除，從而將各種隱患消滅在飛行試驗(yàn)之前。環(huán)境試驗(yàn)的作用就是保證空地導(dǎo)彈在經(jīng)過(guò)地面試驗(yàn)后能夠充分暴露并消除潛在的，由設(shè)計(jì)、材料和制造工藝缺陷所造成的故障[1]，從而保證空地導(dǎo)彈能夠在嚴(yán)酷復(fù)雜的使用環(huán)境中正常工作，提高發(fā)射和飛行的成功率。武器系統(tǒng)的環(huán)境工程就是研究環(huán)境因素、環(huán)境因素的嚴(yán)酷度、環(huán)境因素效應(yīng)、環(huán)境防護(hù)設(shè)計(jì)及環(huán)境試驗(yàn)的工程[2]。

某空地導(dǎo)彈的零部件以及分系統(tǒng)均要經(jīng)過(guò)惡劣環(huán)境試驗(yàn)考核后方能用于導(dǎo)彈上，整個(gè)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)經(jīng)過(guò)一系列研制與鑒定試驗(yàn)達(dá)到預(yù)定性能指標(biāo)后，方能交付部隊(duì)使用。因此，導(dǎo)彈及部件的環(huán)境試驗(yàn)工作是某空地導(dǎo)彈研制和鑒定過(guò)程的重要環(huán)節(jié)。

某空地導(dǎo)彈的試驗(yàn)分為三類(lèi)[3]：地面試驗(yàn)，包括環(huán)境試驗(yàn)、仿真試驗(yàn)、聯(lián)試通電試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)等；模擬導(dǎo)彈動(dòng)態(tài)環(huán)境的火箭撬試驗(yàn)；飛行試驗(yàn)。文中主要敘述地面試驗(yàn)中的環(huán)境試驗(yàn)。

1 環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)境試驗(yàn)的方法

1.1 環(huán)境工程

某空地導(dǎo)彈是配裝在武裝直升機(jī)上的，主要用于對(duì)地攻擊和對(duì)地面部隊(duì)直接火力支援。具有良好的作戰(zhàn)性能、生存力強(qiáng)、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)[4]。這些優(yōu)點(diǎn)的發(fā)揮離不開(kāi)某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性的支持，因此對(duì)于某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，環(huán)境試驗(yàn)的要求更多、更高、更嚴(yán)。環(huán)境工程師必須依據(jù)某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的特點(diǎn)，對(duì)其使用環(huán)境、性能、材料等進(jìn)行綜合分析，并提出相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)要求和環(huán)境工程管理要求，以保證高質(zhì)量完成空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[5]。

環(huán)境工程是為了使產(chǎn)品具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力而開(kāi)展的一系列分析、設(shè)計(jì)、試驗(yàn)和管理工作，包括分析和確定預(yù)期的環(huán)境和環(huán)境條件，耐環(huán)境設(shè)計(jì)、研制，環(huán)境試驗(yàn)和環(huán)境管理等活動(dòng)[6]。在某空地導(dǎo)彈研制中，環(huán)境工程的工作重點(diǎn)是根據(jù)使用部門(mén)提出的任務(wù)剖面，產(chǎn)品執(zhí)行任務(wù)的環(huán)境條件，來(lái)確定設(shè)計(jì)和試驗(yàn)用的環(huán)境條件，然后根據(jù)這一環(huán)境條件開(kāi)展環(huán)境設(shè)計(jì)、環(huán)境防護(hù)和環(huán)境試驗(yàn)方面的工作，進(jìn)行環(huán)境管理，以保證某空地導(dǎo)彈具有一定的環(huán)境適應(yīng)能力。

環(huán)境適應(yīng)性是產(chǎn)品的固有屬性，直接對(duì)產(chǎn)品的效能產(chǎn)生影響，因此在研制某空地導(dǎo)彈時(shí)，對(duì)環(huán)境適應(yīng)性非常重視[7]。我國(guó)對(duì)環(huán)境試驗(yàn)的研究做了很多工作，制定了GJB 150，并在型號(hào)研制中得到了應(yīng)用。由于GJB 150是一個(gè)通用的標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)于某空地導(dǎo)彈型號(hào)的研制，它的使用剖面和氣候剖面是不一樣的，這樣就要在GJB 150的基礎(chǔ)上制定新的環(huán)境條件[8]。

1.2 環(huán)境技術(shù)工作分析

對(duì)于某型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性的要求，環(huán)境專(zhuān)業(yè)人員要開(kāi)展以下工作：收集、分析、統(tǒng)計(jì)以往型號(hào)的環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)和我國(guó)地面氣象資料；有關(guān)專(zhuān)業(yè)設(shè)計(jì)人員協(xié)商、調(diào)研，了解產(chǎn)品的環(huán)境要求；研究產(chǎn)品的環(huán)境特點(diǎn)；結(jié)合產(chǎn)品的具體情況合理裁剪GJB 150[8]，編寫(xiě)某型號(hào)的環(huán)境試驗(yàn)條件。

1.3 環(huán)境適應(yīng)性分析工作控制體系[9]

某型號(hào)設(shè)計(jì)單位環(huán)境工作控制體系如圖1所示，該體系在設(shè)計(jì)師系統(tǒng)統(tǒng)一管理下，由各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員和環(huán)境專(zhuān)業(yè)人員組成。由圖1可知，總體環(huán)境專(zhuān)業(yè)人員制定出總的環(huán)境管理文件及環(huán)境試驗(yàn)要求，指導(dǎo)各分系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員制定環(huán)境試驗(yàn)大綱，對(duì)環(huán)境試驗(yàn)大綱提出剪裁意見(jiàn)，并進(jìn)行會(huì)簽，會(huì)簽后報(bào)設(shè)計(jì)師系統(tǒng)總師批準(zhǔn)后執(zhí)行。

圖1 環(huán)境工作控制體系Fig.1 Control system of environment work

1.4 制定環(huán)境適應(yīng)性要求

1.4.1某型號(hào)的環(huán)境適應(yīng)性要求

環(huán)境適應(yīng)性要求是產(chǎn)品設(shè)計(jì)和試驗(yàn)設(shè)計(jì)必不可少的依據(jù)。這里所指的環(huán)境適應(yīng)性要求包括兩方面：一是產(chǎn)品在未來(lái)使用中會(huì)遇到的最嚴(yán)酷的環(huán)境；二是產(chǎn)品在未來(lái)使用中經(jīng)常遇到的最典型的環(huán)境。前者實(shí)際上是指極端環(huán)境條件，是產(chǎn)品設(shè)計(jì)人員對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行耐環(huán)境設(shè)計(jì)的依據(jù)，也是環(huán)境試驗(yàn)專(zhuān)家設(shè)計(jì)各環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目中環(huán)境試驗(yàn)的基礎(chǔ)；后者實(shí)際上是指產(chǎn)品壽命期中遇到的環(huán)境時(shí)間譜的主體。為了獲得準(zhǔn)確的環(huán)境適應(yīng)性，應(yīng)完成以下工作：根據(jù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)和戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)等原始資料確定產(chǎn)品壽命期環(huán)境剖面；根據(jù)產(chǎn)品的任務(wù)剖面確定任務(wù)環(huán)境；制定設(shè)計(jì)和試驗(yàn)用的環(huán)境條件。

1.4.2制定型號(hào)的環(huán)境試驗(yàn)條件

如在研制某空地導(dǎo)彈時(shí)，需要編制《某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)條件（方案階段）》?；谶@份文件，環(huán)境專(zhuān)業(yè)人員要對(duì)空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的使用剖面、貯存剖面開(kāi)展一系列分析、計(jì)算、設(shè)計(jì)工作[10]。

1）高低溫度的制定。我國(guó)幅員遼闊，地形復(fù)雜，自然氣候條件比較多樣化。我國(guó)西南有高山阻擋，北部受西伯利亞寒風(fēng)影響較明顯，中部地區(qū)四季分明，南方的夏季溫度高，北方的冬季有比較嚴(yán)酷的低溫，西部地區(qū)為高原，西北地區(qū)很干燥。自然環(huán)境差異非常大，最冷地區(qū)的最低氣溫達(dá)-48℃，最熱地區(qū)的最高氣溫達(dá)+47.6℃。因此在溫度試驗(yàn)項(xiàng)目上應(yīng)根據(jù)具體情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，如空地導(dǎo)彈的貯存試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為高溫+70℃、低溫-55℃，修改為高溫+60℃、低溫-50℃。

2）振動(dòng)的制定。按GJB 150直升機(jī)外掛設(shè)備的振動(dòng)試驗(yàn)量值標(biāo)準(zhǔn)，功率譜密度為0.03 g2/Hz。通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)某型直升機(jī)給出的實(shí)際測(cè)量數(shù)值，并對(duì)設(shè)計(jì)的外掛設(shè)備進(jìn)行模態(tài)分析和試驗(yàn)驗(yàn)證，認(rèn)為GJB 150直升機(jī)外掛設(shè)備的振動(dòng)試驗(yàn)量值標(biāo)準(zhǔn)比較保守。因此功率譜密度修改為0.01 g2/Hz，還有GJB 150中給出的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈自由飛狀態(tài)的振動(dòng)量值不符合空地導(dǎo)彈的實(shí)際情況，通過(guò)對(duì)空地導(dǎo)彈振動(dòng)測(cè)量，并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，整理出空地導(dǎo)彈自由飛狀態(tài)的振動(dòng)量值[11—12]。通過(guò)地面環(huán)境試驗(yàn)證明，測(cè)量數(shù)據(jù)滿足空地導(dǎo)彈自由飛狀態(tài)的振動(dòng)，把上述數(shù)據(jù)編入《某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)條件》[13]。

這樣制定的空地導(dǎo)彈環(huán)境試驗(yàn)條件，能夠充分對(duì)空地導(dǎo)彈的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核。最終確定適宜的空地導(dǎo)彈環(huán)境條件和試驗(yàn)方法。

1.4.3型號(hào)環(huán)境適應(yīng)性工作控制流程

在工程實(shí)踐中，可采用如圖2所示的工作流程。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)初期，將環(huán)境工程管理和環(huán)境試驗(yàn)納入某型號(hào)研制工作計(jì)劃。

圖2 型號(hào)研制環(huán)境工作控制流程Fig.2 Control flowchart of prototype development environment work

2 環(huán)境適應(yīng)性和環(huán)境試驗(yàn)工作控制結(jié)果

1）空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)環(huán)境工程工作控制措施。對(duì)于某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，采用大量新研部件，需要做大量的環(huán)境試驗(yàn)及環(huán)境工程工作。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，編制好環(huán)境試驗(yàn)條件是環(huán)境工程控制的首要一關(guān)，除此之外，還要采取以下的控制措施。

2）把好上彈產(chǎn)品的環(huán)境試驗(yàn)關(guān)。某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的上彈部件和地面控制部件在進(jìn)行外場(chǎng)飛行試驗(yàn)前，所有上彈的部件和地面控制部件必須通過(guò)環(huán)境試驗(yàn)的考核，考核合格后，方能裝配。

3）環(huán)境應(yīng)力篩選。某空地導(dǎo)彈和彈上部件必須進(jìn)行100%的環(huán)境應(yīng)力篩選。

4）環(huán)境考核試驗(yàn)。某空地導(dǎo)彈武器系統(tǒng)各部件在設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)段時(shí)都要按要求進(jìn)行環(huán)境考核試驗(yàn)，試驗(yàn)合格后出具試驗(yàn)報(bào)告，才能設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)段。

5）分階段完成環(huán)境試驗(yàn)。對(duì)某空地導(dǎo)彈的彈上部件在飛行試驗(yàn)前必須做高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)，而對(duì)飛行無(wú)重大影響的環(huán)境試驗(yàn)則可依據(jù)研制實(shí)際情況，按進(jìn)度分階段完成，如砂塵、淋雨、霉菌、濕熱等試驗(yàn)。

3 對(duì)實(shí)施環(huán)境工程管理的幾點(diǎn)建議

3.1 制訂環(huán)境工程頂層標(biāo)準(zhǔn)和管理文件

要將環(huán)境工程的各項(xiàng)工作納入主要設(shè)計(jì)工作流程，作為流程中一個(gè)重要環(huán)節(jié)，必須要有相應(yīng)的頂層標(biāo)準(zhǔn)和管理文件。對(duì)型號(hào)研制階段環(huán)境工程的監(jiān)督與控制、設(shè)計(jì)與評(píng)價(jià)、試驗(yàn)與產(chǎn)品驗(yàn)收等方面提出通用要求和工作項(xiàng)目，從而在制定環(huán)境工作計(jì)劃時(shí)有章可循，有法可依[14]。

3.2 加強(qiáng)工程研制階段的環(huán)境試驗(yàn)

目前，有些設(shè)計(jì)人員對(duì)環(huán)境工程要求或多或少地抱消極態(tài)度，對(duì)環(huán)境試驗(yàn)持僥幸過(guò)關(guān)的態(tài)度，期望盡量少做環(huán)境試驗(yàn)或降低要求，所以要加強(qiáng)設(shè)計(jì)人員對(duì)環(huán)境試驗(yàn)的重視。

在型號(hào)的研制過(guò)程中，盡早引入環(huán)境工程工作是保證質(zhì)量、縮短研制周期、節(jié)約經(jīng)費(fèi)、避免重新設(shè)計(jì)、重復(fù)試驗(yàn)的關(guān)鍵之一。MIL-STD-810C的背景資料中指出：環(huán)境試驗(yàn)應(yīng)盡早用于產(chǎn)品研制階段，用得越早越省成本。在MIL-STD-810D/E514節(jié)工程研制試驗(yàn)中指出：“工程研制試驗(yàn)?zāi)鼙M快地暴露設(shè)計(jì)和構(gòu)造上的不足，并且為以后如何修改設(shè)計(jì)作評(píng)價(jià)。這項(xiàng)工作在實(shí)際研制階段中應(yīng)盡早開(kāi)展，作為一項(xiàng)進(jìn)一步使設(shè)計(jì)成熟的工作。”[15]

4 結(jié)語(yǔ)

加強(qiáng)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的研究和管理，環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)的選用、剪裁、實(shí)施是環(huán)境技術(shù)工作的重點(diǎn)，現(xiàn)在遇到的問(wèn)題是剪裁難度大。特別是有的試驗(yàn)項(xiàng)目標(biāo)準(zhǔn)有要求，但不具備試驗(yàn)條件，或?qū)?biāo)準(zhǔn)理解不一，難以操作。有些標(biāo)準(zhǔn)里還缺乏一些產(chǎn)品對(duì)應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)的項(xiàng)目，如全彈的自由飛振動(dòng)試驗(yàn)。

中國(guó)兵器工業(yè)第203研究所一直研究的是地面反坦克導(dǎo)彈，對(duì)于空地導(dǎo)彈的研制是一項(xiàng)新的技術(shù)突破，對(duì)空地導(dǎo)彈而言它的使用環(huán)境和氣候環(huán)境與地面使用的導(dǎo)彈是不一樣的。GJB 150制定的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，相當(dāng)一部分典型環(huán)境試驗(yàn)條件并不完全適應(yīng)于導(dǎo)彈武器系統(tǒng)，導(dǎo)彈武器系統(tǒng)分為多個(gè)型號(hào)系列，各型號(hào)系列之間在使用條件、壽命剖面、任務(wù)剖面等方面存在較大差異。因此為了便于型號(hào)的研制，應(yīng)根據(jù)自身的特點(diǎn)和需要制定相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)要求，制定相應(yīng)型號(hào)系列的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

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Analysis on a Method to Set Laboratory Environment Test Conditions for Prototype Development

YANG Hua，ZHANG Shao-hong，F(xiàn)ENG Lei
（No.203 Research Institute of China Ordnance Industries，Xi′an 710065，China）

ObjectiveTo analyze the development and test process of environmental conditions for a missile,and sum up the setting of environment test conditions and methods for prototype development.MethodsFrom the perspective of environmental engineering,analyzes the characteristics of product and the service environment.ResultsThe corresponding environment test requirements were established according to the characteristics and needs of the project.ConclusionThe associated environment conditions and test method were successfully applied in a type of weaponry product.

missile；environment condition；environment test

2014-12-26；

2015-01-13

楊華（1962—），男，河南獲加人，高級(jí)工程師，主要研究方向?yàn)榭煽啃约碍h(huán)境工程。

Biography：YANG Hua（1962—），Male，from Huojia，Henan，Senior engineer，Research focus：reliability and environment engineering.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.008

TJ760

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1672－9242（2015）02－0035-04

2014-12-26；

2015-01-13