張子豪，吳曉峰，余松，李少寒

（湖北三江航天紅峰控制有限公司，湖北 孝感 432000）

0 引言

溫度-高度環(huán)境試驗所模擬的環(huán)境是航空產(chǎn)品可能暴露的地面及高空環(huán)境[1]。航空產(chǎn)品會經(jīng)歷溫度-高度變化的環(huán)境，為了確保能夠在溫度-高度綜合環(huán)境下正常工作，在對產(chǎn)品進行試驗設(shè)計時明確了溫度-高度試驗項目技術(shù)要求和相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)（GJB 150.6-86[3]、GB-T 2423.25-2008[4]和GB-T 2423.26-2008[5]）。

1 試驗裝置的設(shè)計

1.1 設(shè)計背景

對于飛行高度為10 000 m，溫度低于-40℃的高空自然環(huán)境的模擬試驗，試驗室現(xiàn)有試驗設(shè)備只能模擬振動、溫度和濕度綜合試驗條件，不能模擬10 000 m高空的溫度-高度環(huán)境。大多數(shù)溫度-高度試驗箱的溫變速率只能達到1℃/min，且壓力介于常壓與kPa級別之間。若利用現(xiàn)有高低溫試驗箱的低溫試驗?zāi)芰?，再在箱?nèi)加裝真空環(huán)境模擬裝置，來模擬產(chǎn)品工作的溫度-高度環(huán)境，就能完成產(chǎn)品的溫度-高度試驗項目[6]。

1.2 產(chǎn)品溫度-高度試驗的具體要求

產(chǎn)品的溫度-高度試驗是將產(chǎn)品固定在負(fù)載臺上，加彈性負(fù)載，連接好電纜，從常溫狀態(tài)下放入試驗箱內(nèi)，按表1中的條件進行試驗。試驗過程中，待溫度穩(wěn)定后產(chǎn)品開始通電，保持表1規(guī)定的壓力、溫度，達到規(guī)定的時間后，完成例行項目的測試，測試結(jié)果應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)要求。變溫過程中產(chǎn)品斷電。試驗結(jié)束后，檢查產(chǎn)品的外觀，正常試驗大氣條件下，在1 h內(nèi)完成例行項目的測試，測試結(jié)果應(yīng)滿足技術(shù)指標(biāo)要求。

表1 產(chǎn)品溫度-高度試驗要求

1.3 產(chǎn)品溫度-高度試驗對試驗設(shè)備的要求

高低溫試驗箱應(yīng)能提供-10～-50℃的溫度條件，滿足產(chǎn)品所規(guī)定的溫度試驗條件，可以通過強迫空氣循環(huán)的方式保持溫度均勻性。

按照國軍標(biāo)GJB 150.6的相關(guān)要求，產(chǎn)品溫度-高度試驗的溫度檢測點要在試驗工裝內(nèi)部，試驗工裝的各個部分溫度與規(guī)定試驗溫度之差不應(yīng)超過8%且試驗樣品不應(yīng)受到不符合上述要求的任何加熱與冷卻元件的直接輻射。

恢復(fù)壓力時，應(yīng)避免低溫模擬系統(tǒng)的輔助設(shè)備、裝置和引入的空氣對低溫模擬系統(tǒng)或工裝內(nèi)的空氣產(chǎn)生污染。高空模擬倉內(nèi)的壓力變化不超過10 kPa/min。

1.4 產(chǎn)品溫度-高度試驗?zāi)M裝置的總體結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品溫度-高度試驗?zāi)M裝置的總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 產(chǎn)品溫度-高度試驗?zāi)M裝置的總體結(jié)構(gòu)

1.5 產(chǎn)品高空模擬工裝內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)

產(chǎn)品高空模擬工裝內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 產(chǎn)品高空模擬工裝內(nèi)的基本結(jié)構(gòu)

2 試驗裝置的控制與試驗數(shù)據(jù)的測量

2.1 試驗裝置溫度的控制與測量

試驗過程中的溫度控制采用原高低溫試驗箱的溫度控制系統(tǒng)，溫度測量則通過接口加裝溫度巡檢儀，將測量點布置在試驗工裝內(nèi)部，如圖3所示。在產(chǎn)品溫度-高度實際試驗前，對其工裝內(nèi)部溫度的傳遞和穩(wěn)定進行預(yù)試驗，其結(jié)果如表2所示。結(jié)果表明其控溫精度、溫變速率、溫度穩(wěn)定度和溫度均勻度都能滿足產(chǎn)品溫度-高度模擬試驗的技術(shù)條件要求[7]。

圖3 試驗箱溫度控制系統(tǒng)

表2 溫度-高度環(huán)境模擬系統(tǒng)溫度測量表

2.2 保壓過程中進氣溫度的控制

在高空模擬倉壓力保持過程中，采用充干燥氮氣用于壓力平衡。因此，在試驗的全過程不會因進氣溫度影響高空模擬倉內(nèi)的溫度變化。

2.3 試驗裝置高度(壓力)的控制與測量

在試驗過程中，有關(guān)壓力、高度的關(guān)系可以在環(huán)境類國軍標(biāo)GJB 365.1[8]中查到。10 000 m換算成對應(yīng)的壓力是26.5 kPa。

2.3.1 壓力控制

高空模擬倉內(nèi)的壓力控制采用兩種方式：1）通過變頻調(diào)速來控制真空泵驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)速來控制抽氣速度，從而控制倉內(nèi)的壓力；2）通過微量調(diào)節(jié)閥調(diào)節(jié)進氣量，達到進氣量與抽氣量的動態(tài)平衡實現(xiàn)壓力穩(wěn)定。

2.3.2 壓力的測量

壓力的測量采用ZDM-1薄膜真空計（標(biāo)準(zhǔn)真空度測量儀），其測量范圍是30 Pa～103 kPa到可以滿足產(chǎn)品溫度-高度模擬試驗的技術(shù)條件要求。

2.4 試驗裝置內(nèi)外電信號傳遞

產(chǎn)品溫度-高度模擬試驗裝置內(nèi)外的電信號傳遞采用專門設(shè)計的接線端子進行內(nèi)外信號的交流，電纜的一端與接線端子連接，另一端通過試驗箱的電纜出口與試驗箱外部的測試設(shè)備連接，形成測試回路。

3 試驗裝置的完成效果分析

3.1 試驗裝置的使用效果分析

由于高空模擬倉使用不銹鋼制造，且測試電纜對接處采用玻璃燒結(jié)的方式。預(yù)計總質(zhì)量為50～60 kg，對照試驗箱的技術(shù)條件要求，其帶負(fù)載能力是能夠滿足并且超過產(chǎn)品溫度-高空模擬試驗要求。

按照國軍標(biāo)GJB 150.6等相關(guān)要求，模擬倉內(nèi)的壓力變化不超過10 kPa/min。根據(jù)在上海真空設(shè)備廠調(diào)研時的試驗結(jié)果，采用流量為10 L/s的真空泵，配合變頻器和輔助充氣裝置，高空模擬倉內(nèi)的壓力變化速率在2～15 kPa/min范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，能夠滿足產(chǎn)品溫度-高度模擬試驗的壓力變化速率要求。

3.2 試驗裝置的加工效果分析

a）溫度模擬系統(tǒng)采用現(xiàn)有的高低溫試驗箱來完成，無須再加工和制造。

b）高空模擬倉使用不銹鋼制造，可以保證其良好的導(dǎo)熱性。

c）從高度模擬倉的總體結(jié)構(gòu)來看，其結(jié)構(gòu)本身無高精度機加件，因此，加工高空模擬倉相對較容易。

d）真空泵、閥門和傳感器接口為標(biāo)準(zhǔn)件，可在市場采購。

e）真空度測量儀、壓力傳感器與現(xiàn)有低氣壓試驗箱上的測量儀同型號，因此在試驗時可以借用低氣壓試驗箱的測量儀。另外，真空度測量儀、壓力傳感器都是標(biāo)準(zhǔn)真空測試設(shè)備，北京、上海等地的真空測量設(shè)備廠都有銷售。

4 結(jié)束語

隨著技術(shù)的發(fā)展和試驗技術(shù)的進步，越來越多的航空航天類產(chǎn)品需要開展的試驗條件也越來越苛刻，溫度-高度試驗要求也隨之變得普遍，需通過溫度-高度試驗也成為了航空航天類產(chǎn)品的重要性能要求。因此對溫度-高度試驗的技術(shù)研究亦顯得極其迫切。當(dāng)下實驗室內(nèi)相關(guān)試驗設(shè)備青黃不接，無法單獨滿足試驗要求。在現(xiàn)有實驗室基礎(chǔ)和條件下，本文闡述了通過研制真空環(huán)境模擬裝置，安裝在普通高低溫試驗箱內(nèi)部，來實現(xiàn)產(chǎn)品的溫度-高度試驗的方法。