MIL-STD-810F低温试验方法研究★

林琳，张熙川，叶涛

（中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所，陕西 西安 710065）

1 引言

从20世纪40年代开始，世界各国特别是美国制订了一系列的环境标准来规范产品在研制、批生产等阶段的环境试验工作，其中MIL-STD-810系列标准是世界最权威的环境试验标准之一。MIL-STD-810系列标准及我国对应的军用标准如表1所示。MIL-STD-810F（以下简称810F）标准于2000年颁布，是包括环境工程工作管理和实验室环境试验方法两部分的混合标准。我国已颁布的GJB 4239和即将颁布的GJB 150A分别是810F的第一部分和第二部分的对应标准。由于810F标准是剪裁标准，其试验条件和方法均不能象810C（GJB 150对应）的菜单式标准那样直接引用。本文对比GJB 150，研究810F低温试验技术在实际产品中的应用方法。

表1 MIL-STD-810系列标准及我国对应的军用标准

2 低温给产品带来的危害

低温会造成产品的失效，包括：材料发脆、变硬，不同材料的不同收缩而引起的零部件互相咬死，受约束的玻璃产生静疲劳，晶体管电容器变压器性能发生变化，水冷凝和结冰以及润滑性能降低等。

二战期间，德军坦克在苏德战场上因低温无法启动，不能抵抗苏军凌晨发动的突击，使德军陷入困境。朝鲜战场上，低温使美军电子探测系统中的电子设备的故障率达80%，使美国军队的作战指挥系统失灵。

3 MIL-STD-810F低温试验技术解析

3.1 低温试验的目的与程序

810F低温试验的目的是评价在贮存、工作和装拆操作期间，低温条件对装备的安全性、完整性和性能的影响。相比较GJB 150，它增加了低温装拆操作，这是为了考核操作人员在低温状态下穿着防寒服和拆卸产品是否容易而制定的规范。相应的试验程序也由GJB 150中的2个变为3个（见表2）。试验的程序选择由产品使用中的情况决定，在大多数情况下，所有的3个程序都要使用。

表2 低温试验程序对比

3.2 低温试验设备及产品安装要求

3.2.1 风速与温度变化速率要求

810F低温试验要求试验箱变化速率小于等于3℃/min，相对于GJB 150中试验箱变化速率小于等于10℃/min的要求低了很多。但这种变化是合适的，在通常情况下，试验箱风速不超过1.7m/s时，相对应地，试验箱变化速率应该小于等于3℃/min。

3.2.2 产品安装要求

在低温试验中，产品安装应保证有良好的空气循环，除支点外，受试产品应被自由空气包围。810F明确提出低温试验中，受试产品之间、受试产品与试验箱箱壁之间至少应有15 cm的距离。在我国温度试验箱检定中，测量点与箱壁之间的距离为试验箱内壁对边的1/10，以1立方米正方体试验箱为例，对边长的1/10约为15 cm，与810F要求基本一致，这个区域即试验箱的工作空间。

除此之外，GJB 150实施指南中指出产品安装时还应考虑受试产品与试验箱的有效容积之间要保持合理的比例，对于发热试验样品，其体积不大于试验箱有效容积的十分之一；对于不发热试验样品，其体积不大于试验箱有效容积的五分之一。

3.3 温度响应测量

在810F低温试验中，其试验过程与GJB 150比较明显的区别是在试验全过程中产品表面或产品内部安装温度传感器，测量产品温度稳定的时间。

为了选择温度传感器的测量点，如具备条件，可在试验前对产品温场分布进行测试，如图1所示。

根据温场分布的测试结果，再根据器件的关键程度，选择温度传感器的测量点，建议选在产品表面、产品热点以及最关键部位。

3.4 试验温度条件的剪裁方法

低温试验温度条件剪裁首先应根据产品研制要求或产品任务说明书，由主机所和产品所根据产品运输、贮存和使用遇到的各种情况，共同确定产品寿命期环境剖面，图2是美国空军某外挂寿命期剖面示意。

其次，根据产品的部署范围考虑，当产品将在世界范围内、我国范围内贮存或工作时，温度的选择既要考虑绝对低温，还要考虑某一特定冷条件出现的频度。如果不考虑出现频度，可能会造成过试验。世界范围和我国范围低温极值出现频率见表3，地表以上几厘米高度内的气温会比地面气温低4～5℃，正常研制费用中通常选择20%出现的概率。如产品在世界范围部署，按20%的出现概率，低温为-51℃，地表温度比地面温度低4～5℃，因此低温试验温度从部署地区考虑可选择-55℃。若提高研制要求，也可选择10%等出现概率的温度。

（2）给水泵耗电率较高。机组为直接空冷机组，机组设计背压为15kPa，与水冷机组相比，汽耗率偏高0.2～0.3kg/kWh，造成给水泵流量增加，给水泵耗电率偏高，最高可达2.6%～2.7%，占厂用电率的24.3%左右。

表3 中国范围和世界范围地面低气温工作极值 ℃

最后，根据产品安装的平台环境考虑，对于装在载体（如飞机）内部使用的设备，不管飞机是处于工作状态还是不工作状态，其经受的低温环境都不再是自然气候环境，而是产品安装的平台环境。其低温环境也不再是自然低温环境，而是诱发低温环境。因此外部低温环境只是一个影响因素，具体的内部低温环境首先应通过实测得到，不能简单地直接引用自然低温环境的数据。另外，也可以根据安装在相似平台的相似产品的实测低温环境数据或其它经验数据来剪裁产品基于安装平台环境考虑时的低温试验条件。

综合分析产品自然环境特性和产品平台环境特性，确定产品安装的平台环境。根据产品寿命期内可能遇到的贮存、运输和使用的自然和诱发环境情况，剪裁产品低温试验条件。

3.5 试验时间的确定方法

低温试验的时间是根据产品特点来取定的，一般来说，非危险或非安全性相关的产品在其温度稳定后，低温贮存时间可取为4 h。爆炸物、弹药和有机塑料等产品在其温度稳定后，最少要进行72 h的低温贮存试验。对于限位玻璃、陶瓷和玻璃类产品（如光学系统、激光系统和光电系统），则应选择24 h的低温贮存时间；低温工作时间为产品温度稳定后至少2 h；低温拆装试验在低温工作试验后可直接开始，若单独进行，产品应先在低温状态下达到稳定并工作一段时间后再开始。

4 MIL-STD-810F低温试验技术应用建议

4.1 低温试验顺序

在低温试验中，应首先进行低温贮存试验，其次是低温工作试验，最后是低温拆装试验。低温试验与其它试验的顺序建议遵循2个原则。一个原则首先施加对产品损伤最小的试验环境以节省其寿命，遵循这种原则时，低温试验应尽早进行。另一个原则是应用能最大程度暴露迭加效应的环境，遵循这种原则时，应在动力学试验（如振动和冲击）之后进行低温试验。

4.2 低温试验条件剪裁过程

建议在低温试验条件剪裁的过程中，由主机所对产品安装的平台环境数据进行采集与实测，确定飞机寿命期环境剖面，编写飞机环境技术要求，并确定分部件的环境要求。产品所对产品的运输、贮存环境进行分析，确定产品寿命期剖面。

4.3 低温试验中各类信息记录

在810F低温试验前信息记录中建议注意两个方面的内容，一方面是在试验前热电偶信息（包括型号、技术指标和安装位置），这是与GJB 150明显区别的地方。另一方面是在试验前应进行基线数据的搜集（包括试验件外观、特殊物理异常和各种环境试验经历，特别是收集试验中和试验后要监控的功能参数的试验前数据），便于试验前、中、后的参数对比。

试验期间信息记录中应注意检查产品性能是否符合技术规范要求，试验设备施加在试验件上的环境条件是否正确，试验件上由热电偶测得的温度响应，试验箱温度-时间的记录以及拆装操作中防护服的相关信息。

试验后应将实际试验的顺序、与计划的偏差及初步的故障分析等相关信息及时记录。

5 结束语

作为MIL-STD-810F的对应标准，建议GJB 150A尽快在产品中实施，将这一先进的剪裁试验技术应用于我国军品的研制中，从产品的全寿命周期对其环境适应性管理，用科学、合理的环境适应性要求，不断增加装备平台的实测数据，加快军用产品的研制进度，全面提高军用产品的环境适应性。

[1]MIL-STD-810F-2000，环境工程考虑与实验室试验[S].

[2]GJB 150-1986，军用设备环境试验方法 [S].

[3]GJB 1172-1991，军用设备气候极值 [S].