自然环境试验在装备研制生产过程中的应用

刘志辉，李长虹

（1.空军驻广州地区军事代表室，广东 广州 510071；2.工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

0 引言

自然环境试验是指在典型或极端自然环境条件下对装备、材料及构件等进行环境适应性试验、评价与验证的试验过程，其具有真实性和不可替代性,是GJB 4239中规定的三大环境工程试验类型之一[1]。在装备研制生产过程中，合理、有效地开展自然环境试验，既可以减少过程中由于环境适应性问题而造成的反复设计，保证研制周期，也可有效地降低研制成本，提高装备研制生产的效费比。因此，装备设计过程中合理地进行自然环境试验，对全面提高装备的环境适应能力，确保装备在全寿命周期内全天候多地域使用，具有十分重要的意义。

1 自然环境试验对装备研制生产过程中的意义

提到电子装备的环境试验，人们一般会想到在实验室进行的各种环境应力筛选试验、环境与可靠性鉴定试验以及各种批生产与例行试验等，但这些实验室试验方法是绝对不能替代电子装备的自然环境试验的。这是因为，对电子装备来说，其具有长期贮存与即时使用的特性，这就要求电子装备的各个部件均具有较高的环境适应性和长贮性能。由于海军电子装备自交付使用起，就面临着十分严酷的自然环境因素的考验。特别是在我国东南和南海地区的自然环境中，各种各样的环境应力或单一或综合或交互作用于装备之上，这些作用引起的失效是很难预见的，也是在实验室中无法模拟的。而自然环境试验由于是在针对典型环境类型而建立的试验站中进行，其环境应力完全来自于当地的自然环境应力，因此在考核和研究电子装备在其寿命期内的环境适应性和长贮性能有不可比拟的优势。其主要意义体现如下：

1）自然环境试验是装备环境适应性基础数据资源的重要来源，可为型号研制的论证分析、试验评价、改进提高以及制定其技术规范提供基础依据；

2）自然环境试验是考核和评价装备环境适应性的重要手段，为装备设计研制等阶段提供有效的验证，保障装备符合环境适应性要求；

3）自然环境试验是实验室环境试验结果及其方法的可追溯性重要数据的来源，可为研究制定合理、可行的实验室环境试验方法、试验结论提供重要的可追溯性基础依据；

4）在装备研制过程中尽早开展自然环境试验，可及时暴露设计中存在的环境适应性问题，以便改进和提高。

2 自然环境试验在装备研制生产各阶段的应用

自然环境试验在装备研制生产的不同阶段有不同的作用。根据各阶段的目的和要求，利用自然环境试验长期积累的数据和各项技术，可以为其提供技术服务、技术保障和技术支持。

2.1 在装备论证、方案设计阶段的应用

装备论证、方案设计阶段的重点是根据装备预期服役的环境及不同阶段的任务和特点，利用已积累的自然环境试验数据和相似产品的环境适应性数据，进行环境分析，确定装备全寿命期的环境剖面，提出其环境适应性要求。

例如：在对某系列型号X弹武器系统在防护方案的设计过程中，由于有关科研院所对该系列型号元器件进行了长达十多年的、国内多个典型气候区的自然环境长期贮存试验，积累了大量的自然环境试验数据。在有了这一自然环境试验数据结果的支撑之后，该型号X弹武器系统的防护设计有效地提高了整体的环境适应性，为后续装备的研制减少了试验量，缩短了研制周期，有效地节约了研制成本。

2.2 在装备研制阶段的应用

在装备研制阶段，首先应利用自然环境试验长期积累的数据来指导选择环境适应性好的货架产品。对没有环境适应性数据的材料、工艺和构件，应首先按照装备的环境适应性要求制定计划，安排开展各种必要的自然环境试验。然后，根据试验结果进行筛选和评价，保证新研装备的环境适应性。

通过对装备（包括材料、工艺、元器件、部件、子系统以及整机）在预计的典型自然环境条件下，进行自然环境试验和自然加速环境试验，寻找设计缺陷和工艺缺陷，及时发现薄弱环节，通过试验→分析→改进过程，不断提高装备的环境适应性。例如，为解决我军某型航空电子装备在海洋大气环境中易被腐蚀的问题，需要在设备研制阶段，就确定合适的防腐蚀技术、工艺和方案，减小高温、高湿和高盐雾环境条件对装备的影响和危害，提高其工作可靠性，降低后期维护成本。因此，可通过利用有关研究院所多年来积累的海洋地区大气环境的研究成果，为设计单位提供了包括自然环境腐蚀与防护技术咨询、防护体系涂装技术方案、涂层体系考核筛选以及环境适应性评价在内的大量技术服务和技术支持，为我军重点型号工程建设提供了坚实的技术保障。

2.3 在装备定型阶段的应用

目前，装备的定型通常以实验室试验和使用环境试验为主，由于自然环境因素的复杂性和综合作用的影响，一些装备虽然通过定型试验，但仍出现了环境适应性问题。因此，在今后的装备定型过程中，可借鉴国外的经验，经实验室和各试验场试验合格的装备，仍需通过自然环境试验的考核，合格后才能装备部队，以此把装备定型后因环境问题可能带来的影响减至最小。

2.4 在装备生产、使用阶段的应用

根据装备批生产中的环境验收试验、环境例行试验以及装备在运输、贮存、使用过程中发现的环境适应性问题，应开展有针对性的自然环境试验，进行环境适应性评价和贮存寿命预测，剖析原因并提出改进措施，为下一代装备研制进行技术贮备。

例如，飞机在服役期间所处的状态基本分为地面停放和空中飞行（包括起飞、空中飞行和降落）。无论是停放还是飞行使用，飞机结构所处的外部环境都是大气环境，自然环境是影响飞机结构腐蚀的主要因素之一。通过对航空用铝合金材料在国外和我国的腐蚀程度进行对比研究结果表明，由于目前我国工业废气与废水等有害介质大量排出，环境污染程度加剧，导致自然环境对飞机的腐蚀呈增长趋势。导致航空用铝合金材料在国内的腐蚀程度远大于美国、日本以及俄罗斯等发达国家。由于我军飞机所处的国内服役大气环境更加严酷，腐蚀速度更快。因此，装备设计部门在进行有关型号的设计时，应针对这一特殊情况及时进行改进，避免在装备使用阶段出现重大的安全隐患问题。

3 结束语

在装备研制生产过程中，确定其采用的自然环境试验方法、试验条件以及试验参数量值和持续时间的基本原则如下：

a）在考核装备在长期贮存环境下的环境适应性特性时，应根据装备任务书和研制总要求，选择进行库内大气自然环境试验方法，并对贮存试验条件应予以保证。

b）根据装备性质，带包装的整机通常应选择库内贮存试验。在征得委托方同意时也可选择进行棚下或户外贮存试验。而装备的材料结构件、部件、元器件以及工艺等，应优先选择户外暴露试验，并根据材料类别、部署确定试验方法。例如，高分子材料一般选择紫外线强的环境进行户外暴露试验；金属类一般应选择恶劣的腐蚀环境（如海洋大气、高温高湿等环境）进行户外暴露试验；非包装装备在工作状态下或有定期通电检测要求时，需考虑动态暴露试验。

c）根据装备环境特性，当户外暴露自然环境试验不能满足试验条件要求时，可选择自然环境加速试验。此时应根据服役环境对产品产生最主要危害的环境应力及量值，选择相关的自然环境加速试验方法。服役期长的样品，应考虑可能遭遇到的服役环境的极值条件造成的影响，可根据主要的环境应力及量值来选择相应的自然环境加速试验方法及量值。

d）根据试验目的，考核性试验的试验方法和试验条件等应与装备任务书和研制总要求规定的一致。研究性试验应结合预期服役环境首选环境条件严酷、环境应力强度高的试验。

[1]GJB 4239-2001，装备环境工程通用要求 [S].