武器装备环境适应性要求.环境适应性验证要求和环境条件及其相互关系的讨论
第29卷第l期
2012年2月
航天器环境工程
SPACECRAFT
ENⅥRONMENTENGINEERING
1
武器装备环境适应性要求、环境适应性验证要求
和环境条件及其相互关系的讨论(一)
祝耀昌,张建军
(中国航空综合技术研究所,北京100028)
摘要:文章分为两部分:第一部分论述环境适应性及其与可靠性的区别,环境适应性要求及其特点,探讨环境适应性的表征方法,介绍其在我国工程应用中存在的一些问题。第二部分论述环境适应性的验证要求,介绍目前型号中的“环境要求”、“环境技术要求”、“环境条件”等提法的实际含意和不足之处,并建议使用更为合理的名称;此外,通过分析装备环境适应性要求的类型和指标体系,给出了整个装备(整机)和下层产品的环境适应性指标体系框架和示例。此篇为第一部分。
关键词:环境适应性;环境适应性要求;环境适应性验证试验;环境条件中图分类号:V216.5+1:V416.5
文献标识码:A
文章编号:1673-1379(2012)01—0001—06
DoI:10.3969/j.issn.1673—1379.2012.01.001
0引言
在1997年国防科工委举办的“GJB150十周年研讨会”上,与会有关领导一致指出:“在形成产品质量过程和影响产品质量的诸多因素中,环境适应性至关重要,环境适应性是军工产品和武器装备不容忽视的质量特性”。如何将环境适应性要求
近年来,人们已逐渐认识到环境适应性与可靠性一样,关系到武器装备在战场环境条件下的生存能力和作战效率的发挥。在一定意义上讲,装备环境适应性是制约装备性能发挥、影响战争进行甚至决定战争胜负的重要因素。因此在武器装备立项论证、工程研制和生产过程中,人们越来越重视装备环境工程工作的开展。
虽然人们对环境适应性和环境工程的重视程度显著提高,但与30年前就在国内外获得广泛认可的“可靠性”相比,人们对“环境适应性”的认知和重视程度及在型号的应用均有显著差距。在实际装备立项论证、研制和生产过程中,由于装备环境工程专业自身的技术基础工作薄弱,如装备环境
真正贯彻到武器装备研制生产中,“还是要解决观
念问题,转变观念,充分重视。单纯的环境试验观点应当扩展为环境工程的概念,小环境的概念应当扩展为大环境的概念,要把环境适应性作为装备质量的重要特性,从设计抓起,全寿命各阶段都要抓”。研讨会首次明确了环境适应性是一个质量特性,而且提出了环境工程的概念。自此之后的近十五年中,我国陆续制订了GJB4239《装备环境工程通用要求》[1】、GJB
61
适应性要求的基本概念不明确,环境适应性指标体
系未建立,环境基础数据不足,缺少确定环境适应性要求的原则和方法标准等,实施环境工程存在很多技术和管理问题。例如,在型号研制的成品协议(合同)中,环境适应性要求提得不规范、不完整,而且往往与设计定型(鉴定)时用的环境鉴定试验条件混为一谈;军工产品设计定型(鉴定)会上提交的研制总结的符合性对照表中,有相当数量的单
17《装备环境工程术语》
等军用标准[2],将环境适应性和环境工程概念及技术纳入了军用标准内容范围。2008年,总装备部发布了GJB9001B《质量管理体系要求》【3J,将环境适应性与可靠性等5个质量特性一起作为质量管理体系管理的目标,明确规定了对环境适应性相关工作的管理要求。
收稿日期:2011—11.29;修回日期:2012.01.06
作者简介:祝耀昌(194l一),男,研究员,主要从事装备环境工程、环境与可靠性试验技术研究以及相关标准制修-:}Tx-
2
航天器环境工程第29卷
位不把环境适应性要求作为验证符合性的目标列出,而是列出一系列的环境试验项目等,甚至还存在一些错误的概念。
因此,有必要澄清装备环境适应性要求和环境适应性验证要求,试验条件和环境试验中的环境条件的内涵及其相互关系,纠正惯用的环境要求和环境条件含混不明的说法。本文就上述问题进行讨论。
1环境适应性的概念
1.1环境适应性定义
GJB
4239《装备环境工程通用要求》【lJ和GJB
6117《装备环境工程术语》【2J中定义的环境适应性是指装备(产品)在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下,能实现其所有预定功能与性能和(或)不被破坏的能力。从定义可以看出,环境适应性是装备的一个质量特性,是装备的固有能力。这一能力又是通过设计融入装备中,并通过各种试验(包括环境激发试验与环境验证试验)来加以提高和进行验证,同时通过一系列的环境工程管理活动加以保证。要使环境适应性设计、环境试验和环境工程管理工作从型号工作开始就有明确的目标,必须先确定装备的环境适应性要求,在装备立项论证阶段就加以明确并把其作为一项战技指标纳入研制任务书或研制合同中[41。1.2环境适应性不同于可靠性
正如文章前面指出的,环境适应性与可靠性都是装备的一个质量特性,而且都是与装备寿命期环境应力作用紧密相关的质量特性,因此人们往往分不清这两个质量特性的区别而将其混为一谈。在文献《武器装备环境适应性要求探讨》[4]中,作者对二者的区别进行了详细论述,敬请参阅。
2环境适应性要求及其特点
2.1环境适应性要求
环境适应性要求是描述研制装备应达到的环境适应性水平的一组定量和定性目标。与功能、性能要求和可靠性要求等一样,它是一种设计要求,可更明确地称之为装备进行环境适应性设计的最低要求,通常也是指设计用的最低环境条件,即必
须满足的要求和条件。为了实现更加安全的目的,设计人员完全可能将产品的环境适应性水平设计得远高于此条件,即有很大的裕度。环境适应性取决于装备自身结构设计和选择的材料、元部件的防护(或耐)各种环境应力作用的能力。2.2环境适应性要求的特点
环境适应性要求具有以下特点:1)唯一性;
2)复杂性;
3)定量和定性的组合。
其中,对前两个特点的详细解读,请参考文献[4],这里不再赘述。
大部分诱发环境因素都可用一个或一组环境应力参数来定量地表示其强度大小,但也有一些环境因素(如霉菌、海洋生物等)的作用强度难以用简单的数字来定量表达而只能定性表示。许多表征自然环境因素作用强度的参数虽然可用数字表达,但在型号立项论证的短期内无法统计得出预计寿命期内会遇到的极端环境应力强度量值,因而提不出具体定量数据。例如对湿热、盐雾和太阳辐射等,往往只能定性地提出防潮、防盐雾和防太阳辐射等要求,而难以给出寿命期内它们的极端值。因此环境适应性要求往往是对各种环境因素的定量和定性要求的组合。
3环境适应性要求表征方法和工程应用情况
3.1
环境适应性要求表征方法
应针对经分析确定的各类环境因素分别提出
相应的环境适应性要求,并将它们组合成一个完整的要求。对每一环境因素的环境适应性要求既可以是定量要求,也可以是定性要求,或两者组合。对于大多数可定量地表征其作用强度的环境因素如
温度、振动等,可用表征应力强度的参数及其量值
来表示,例如耐高温贮存温度、工作温度,振动谱型及其量值等。对于无法定量表征其应力强度的环境因素如霉菌和生物,则只能定性或半定性地规定在这些环境因素中允许受到影响或损坏的程度,例如长霉到几级、表面受腐蚀面积和深度等。有关环境类型的环境适应性要求指标见表1。
第1期祝耀昌等:武器装备环境适应性要求、环境适应性验证要求和环境条件及其相互关系的讨论(一)
表1
Table1
3
环境适应性要求指标和环境适应性试验验证要求示例
Examplesofenvironmentaladaptabilityrequirementindexesandtestverificationrequirementsofenvironmentaladaptability
环境适应性要求指标
环境类型
定性要求
定量(环境应力强度)要求
环境适应性要求指标的试验验证要求
试验环境应力采用的试验方法
根据GJB150.3A或GJB150.3
1)恒温贮存:
高温贮存环境(仅产品在寿命期高温确定,如:
70℃(1%风险);按GJB150.3或GJB
适用于直接暴露贮存环境作用下不1)GJB150.3中规定为70℃,
2)循环贮存:150.3A中规定的试
在太阳辐射作用会引起由合格判据48h:
33~71℃的范围(1%验方法进行。
下贮存的装备)2)GJB150.3A中规定33~71℃确定的不可逆损坏。
风险的日循环)。
的日循环为7d。
由GJB150.4或GJB150.4A确定,如:
低温贮存环境(仅产品在寿命期低温适用于直接暴露贮存环境作用下不在户外环境中贮会引起由合格判据存的装备)
确定的不可逆损坏。
一55℃(20%风险)
1)GJB
150.4规定一55℃(已
加上了辐射制冷引起的温降量),温度稳定后再保持24h;
2)GJB
按GJB150.4或GJB
150.4A中规定的试验方法进行。
150.4A规定.55℃,温
h/24h/72h
度稳定后再保持4
(取决于装备特点)。
1)若设备在暴露于太阳辐射的户外环
温
产品在寿命期使用
度
环
境中工作,则高温
(35~49℃)按1%
1)高温按GJB150.4A推荐的日循环工作,至少进行3d,低
高、低温工作温度阶段遇到的高低温(循环工作和恒环境中应能正常工温工作)
作,即其功能正常且性能满足允差要求。
风险对应的日循环工作,低温按20%风险对应的最低温度(.51℃)工作;2)若工作环境温度不取决于日循环,则按实测得到的高温或低温工作。
温恒定温度按20%风险极值并按GJB150.4或GJB在产品达到温度稳定后再保持150.4A中规定的试
2h:
验方法进行。
境
2)温度按照实测的高温或低温工作,温度稳定后再保持2h。
1)GJB
150规定:一55℃、70℃,
・保温时间为产品达到温度稳
低温贮存温度和高温贮存温度(或日循环中的最高温度):
产品在寿命期内遇
温度冲击环境
到温度突变环境后不产生结构损坏,而能正常工作。
1)GJB
定的时间;
・每个循环进行低一高、高一
低2次冲击,进行3个循环;・转换时间不大于5min。
2)GJB150A规定:
150规定为150A规定为
1)采用GJB2)采用GJB
150.5
。55℃,70℃:2)GJB
・.55℃、70℃,或.55℃、高温日循环部分高温和响应温度;・产品达到温度稳定或规定时间;
・由低温转为高温或反之作为一次冲击;
・冲击次数1~3次;・转换时间小于1rain。
规定的试验方法;
150.5A
一55℃、高温曰循环中部分温度和响应温度。
规定的试验方法。
4
航天器环境工程
续表1
第29卷
环境适应性要求指标
环境类型
定性要求
定量(环境应力强度)要求
环境适应性要求指标的试验验证要求试验环境应力
150.10规定:
・5个菌种;
1)GJB
采用的试验方法
霉菌环境
产品在寿命期内表面不应长霉或长霉
程度在允许范围(具无法规定定量要求体由合格判据规定),且能正常工作。
・24~3l℃:
・≥90%RH:-28d。
150.10A推荐:
・5个菌种或7个菌种(选用);
2)GJB・31℃:・≥90%RH:・28d。
GJB150.11和GJB150.11A中
采用GJB150.10或GJB150.10A中规定的试验方法。
盐雾环境
规定的应力相近:
产品在寿命期盐雾
・5%氯化纳溶液;
环境中受到的腐蚀
・pH值为6.5~7.2(35℃时);
程度在允许范围之
无法规定定量要求・GJB150.11/11A的盐雾沉降
内(具体由合格判据
率分别为1~2mL/(80cm2.1a)、
规定),且能正常工
1~3mL/(80cmLhl;
作。
・GJB150.11/11A的试验时间
分别为48h、96h。
150.11中规
定的连续喷雾试验方法;
1)GJB
2)GJB150.11
A中
规定的间断喷雾试验方法及停喷时的温湿度要求。
湿热环境
产品在寿命期内湿热环境中暴露时和暴露后其表面形貌、材料性质和绝缘性能不受规定程度的影响且能正常工作。
1)可采用GJB150.9
别规定了不同的试验条件,可
中的相应的试验方
以从中选取;
无法规定定量要求法:
・GJB150.9A仅推荐一种条件
2)采用GJB150.9A
即30~60℃、95%RH的交变
中相应的试验方法。
湿热循环。
・GJB
150.9给3个不同产品类
工作振动环境
按照实测振动数据
确定,或使用GJB1)GJB150.16规定按环境适1)可采用GJB
产品在经受使用中150.16规定的,或应性指标中指定的功能试验量150.16中规定的相遇到振动环境作用GJB150.16A中推荐值,每个轴向振动1h;应试验方法;
时和作用后能正常的振动谱,规定的或2)GJB150.16A要求利用实测2)也可采用GJB工作,且结构不发生由公式计算得到的数据和寿命期环境剖面等自行150.16A推荐的各种累积疲劳损伤。数值,通常给出振动确定功能试验量值的试验时试验方法中的任一
谱的谱型和相关的I司。种。参数值
需要指出的是,产品受到环境应力作用的效果不仅取决于应力强度,还取决于应力作用的时问
境影响的、对应于确定的极端环境应力所需的作用时间非常困难。因此,环境适应性要求指标中一般不包括应力作用时间,而将应力的时间累积作用放到验证试验方法中去解决。例如GJB
150[3]/GJB
——产品破坏的时间累积效应是不容忽视的。理论
上讲,应当给出应力作用时问,而且要使指标中给出的该环境因素应力强度和应力作用时间产生的综合效果与寿命周期实际作用效果完全一致。但是,环境因素作用应力大小在产品寿命周期内往往会随时问变化,而且这种变化规律难以预先确定;此外同一环境因素高量值和低量值对产品的影响之间不一定成规律性关系,要想找到等效于实际环
150A[6]的许多试验方法中均提供了试验验证时问,如高温贮存时间48h,湿热试验10d,盐雾试验48h或96h,振动功能试验1h等,这些时间实际上都源于经验的总结。目前在型号研制总要求或研制合同协议中可见到将GJB150中规定的时间作为指标放入“环境技术要求”文件,这实际上是一种
第1期祝耀昌等:武器装备环境适应性要求、环境适应性验证要求和环境条件及其相互关系的讨论(--)
5
试验验证条件。
师单位则根据经验或有关数据自行剪裁确定。该型需要说明的是,试验验证条件不光限于施加的号文件实际上是一个环境适应性要求的验证文件,环境应力强度、作用方式和作用时间,还应包括负各试验项目中规定的环境条件自然成了设计人员载、冷却措施、工况等条件,GJB150A中对此作进行环境适应性设计的目标依据。这种把环境试验了明确规定。验证条件作为环境适应性要求的做法,说明在环境3.2工程应用情况
适应性要求和环境适应性试验验证要求上存在概
目前航空装备立项论证和研制过程中,有关环境念混淆,而且没有严格按照GJB4239的规定确定
适应性要求的分析和确定过程不规范,且纳入成品协环境适应性要求,实际上是一种权宜措施。这种做议(合同)的内容比较混乱,主要存在以下问题:
法的最大问题是产品按照耐受某一应力量值设计,1)研制总要求中的环境适应性要求过于原则再按这一量值抽样验证该设计,因而其耐环境的能由于缺少数据和资料且对环境适应性要求的力基本上没有余度。众所周知,生产过程是会有偏概念不明确,研制总要求中常常提出一些原则性的离的,因此,通过抽样进行的鉴定和例行试验一般要求,如装备应在某地域空域范围环境中正常工不能保证所有产品均达到要求,因而通过试验后还作,有时再加上一些贮存温度和腐蚀方面的具体要会出现故障。
求,或者干脆写上“按照GJB150”:而GJB
150
3)设计定型研制总结的符合性对照表中未纳的每个试验方法均对应有几个试验程序,每个试验入环境适应性要求或仅列入相关的试验内容
程序的环境条件也不一样,因此泛指GJB150是不环境适应性作为产品的重要质量特性,在成品恰当、不科学的。
协议书或合同中应列出其要求指标。如前所述,目2)型号“环境技术要求”中大多是试验验证前多半合同书没有列出环境适应性要求指标,而仅用的环境条件,而不是环境适应性要求
列出试验项目和试验条件,即试验验证要求。在这型号总师单位通常要根据使用方的研制总要种情况下,符合性对照表列不出环境适应性要求及求和任务书制订一个名为“环境技术要求”的型号其指标是十分自然的;但环境试验是设计定型过程文件。这一文件是总师单位与成品研制厂(所)签中的重大工作,必须有个交代。因此,有的单位硬订该专业相关成品协议时提出环境要求的依据。从把试验项目及其试验条件纳入对照表,从而使对照几个型号总师单位发布的这类技术文件可知:“环表不伦不类;有的单位则单独列出试验项目及试验境技术要求”中多半是规定了各种环境试验项目和结果。目前,急切需要规范成品协议书或合同的环相应的试验条件,且提供了一些如何确定相关试验境适应性要求指标,使之真正成为一个设计要求,项目和试验条件的说明,而不是环境适应性要求;以引起设计人员足够的重视并作为设计试验验证这些试验条件大部分是采用GJB
150中规定的相
要求的依据。如果成品协议书或合同中有了环境适应值或按GJB推荐的公式计算得出的值,对于GJB应性要求指标和试验验证要求指标,则建议符合性150中未作规定或者只有规定但认为不适用时,总
对照表按表2的形式列出。表2产品战技指标符合性对照表模板
Table2
Templateconformitylist
ofperformanceindexes
ofaproduct
质量特性项目
合同验证方法战技指标及结果
结论
质量特性项目
合同验证方法
战技指标及结果
结论
重量冲击
环境尺寸
物理适应性
加速度
特性
重心接口可靠性最低可接受值互换性
维修性
维修时间
6
航天器环境工程
续表2
质量特性项目
功能1
功能
功能2
合同
第29卷
战技指标
验证方法及结果
结论质量特性项目测试性保障性安全性
合同战技指标验证方法
结论
及结果
性能1
性能
性能2
电源环境适应性
电源尖峰浪涌
高温贮存高温工作低温贮存低温工作
环境适应性
温度冲击盐雾
湿热
CEl02
电磁兼容性
CSlol
REl02
寿命
贮存寿命
振动功能振动耐久
其他
(未完待续)
参考文献(References)
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Relationshipamongenvironmentaladaptabilityrequirements,verificationrequirementsof
environmentaladaptabilityandenvironmentalconditions(Partone)
ZhuYaochang,Zhang
Jianjun
(ChinaAero-PolytechnologyEstablishment,Beijing100028,China)
Abstract:Thispaperincludestwo
parts:thefirstpart
discussesthedifferencesbetweenenvironmentaladaptabilityand
reliability,environmentaladaptabilityrequirementsandtheircharacteristics,andmethodsfordescribingenvironmentaladaptability.Theengineeringapplicationsof‘‘environmentaladaptability”arealsodiscussed.Thesecondpartfirstdiscussestheverificationrequirementsofenvironmentaladaptability,andtheimplicationsanddeficienciesoftheconceptsof‘‘environmentalrequirement”,“requirementofenvironmentaltechnologies,’’and“environmentalconditions”,andproposessomemoreadequatedefinitions;thenanalyzesvarioustypesofenvironmentaladaptabilityrequirementsandtherelatedindexsystem;finallydemonstratestheindexsystemframeworkofenvironmentaladaptabilityrequirementforthewholearmamentanditssublevelproductswithexamples.Hereisthefirstpart.
Keywords:environmental
adaptability;environmentaladaptabilityrequirements;testverification
ofenvironmental
adaptability;environmentalconditions
武器装备环境适应性要求、环境适应性验证要求和环境条件及其相互关系的讨论(一)
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
祝耀昌, 张建军, Zhu Yaochang, Zhang Jianjun中国航空综合技术研究所,北京,100028航天器环境工程
Spacecraft Environment Engineering2012,29(1)
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