电子装备自然环境试验的探讨＊

刘志强 鲜大立

（海军4801工厂黄埔军械修理厂 广州 510715)

1 装备环境试验的现状

21世纪以来，我国在海军的发展方面投入逐步加大，大量的新技术、新工艺、新材料应用于海军装备生产中，为了保障新装备的可靠性，可靠性试验技术越来越受到军方的重视，而装备的环境适应性试验技术又是可靠性试验中特别受重视的技术。装备在制造、运输、储存和使用中的任何时候都处在一定的环境中，为了评价装备对各种环境的适应性，必须进行环境试验［8］。任何验证或考核军用装备对预期遇到的极端环境的适应性的试验均称为环境试验。随着电子装备在海军装备日益增加，电子产品的结构越来越复杂，装备系统性越来越强，环境试验就越来越显得重要，当前环境试验已贯穿于产品的设计、试制、生产，以及销售、使用的全过程。无论是材料、元器件、模块，还是部件、整机、系统都离不开环境试验［10］。

目前我国军用装备的环境试验一般按照GJB150《军用设备环境试验方法》的要求实施。习惯上环境适应性试验也叫例行试验，它是按产品规范规定的间隔时间（或批次)，试验数据和试验项目进行的考核产品质量可靠性、稳定性的一种特殊的试验。

目前GJB150所规定的试验方法均是实验室环境试验，实验室环境试验是为了满足装备在更新换代快的情况下，目前采用的最有效的环境试验方法。但由于试验条件的限制，特别是为了适应新时代海军发展要求，目前海军装备建设速度非常快，某些装备从研制到服役不到2年的时间，GJB150中所规定的试验项目在实际应用中被大量剪裁［2］，在剪裁中人为主观因素较多，剪裁尺度较大［3］，实验室环境试验不能完全模拟装备使用所处的环境，目前在役的装备中不少由于不适应使用环境而出现各种各样的故障［7］。

2 自然环境下装备可靠性的特性

自然环境试验是将产品长期暴露于特定的自然环境中，确定环境对其影响的试验。自然环境试验包括：典型自然环境试验、太阳辐射老化试验、典型严酷自然环境试验、典型自然环境加速试验等。美国较早就针对沙漠环境、寒冷地区环境、热带环境等极限环境建设了自然环境试验中心［9］。我国自然环境试验从“八五”开始就得到了国防科工委的重视，完善和新建了西双版纳站、南海站、漠河站等战区的建设，推动了国防科技工业自然环境试验工作的发展［1］。自然环境试验的特点是方法简单，试验结果更接近于实际使用环境，但是影响因素难以控制，试验周期长，试验结果存在随机性等［10］。我国海岸线长，海军舰艇驻泊地从北到南遍布沿岸重要的港口，并且随着新时代海军的使命，舰艇出海远洋已经常态化，导致了装备的使用环境差异很大。

但近年来，随着我国海军建设实现跨越式发展，大量的同型舰船开始服役，分布在我国沿海各个重要港口，大量的同型装备故障数据使得对装备的环境适应性分析有足够的基础数据。以某型导弹快艇为例，我国海军共服役几十艘。表1为该型舰艇驻泊地的气象环境（数据来源：国家气象局公示)。从表中显示，从北至南城市的平均气温逐渐增高、湿度逐渐增高、降雨也量也逐渐增高，日照时间逐渐减少。

表1 某型舰艇驻泊地的气象环境

2011年，海军该型舰艇保障技术中心组织对该型快艇服役以来出现的故障进行统计，除去人为操作和软件故障，共记录故障4887项。考虑到由于各艇服役时间不一致带来的误差值，只计算舰艇服役5年时间所发生的故障，最后整理故障3490次，其故障分布情况如图1。

图1 某型舰艇故障次数按地区分布情况

从图1中可以看出北海方向的故障次数明显比东海南海方向少，证明了在实验室环境虽然模拟了我国甚至是世界上大部分区域可能出现的自然环境，实验室环境主要依据资源环境的极限情况来模拟的。但在实际使用中，自然环境对装备可靠性的影响是十分明显的。值得注意的是往往潮湿并不是引起装备可靠性差的唯一原因，在自然环境中对装备造成影响的因素往往是温度、湿度、日照辐射、航行速度、航行振动、风速等等综合性环境引起的［6］。这也凸显了自然环境试验对装备可靠性试验方面是必不可少的环节。根据对故障原因的整理，发现有以下几种比较明显的环境不适应带来的故障。

1)舱外设备进水。由于装备舱外设备的直接进水引起的故障达到100多起，主要有电子对抗发射座电气箱进水、雷达伺服控制部分电机进水、雷达天线自动锁进水等故障；电子对抗接收盒、北斗天线头进水、通信天线座绝缘值下降等故障。

图2 某型舰艇红外热像仪图像质量随地域分布情况

2)部分电气部件性能下降。潮湿的空气导致密封部件内进入潮气导致设备老化故障，如南北区域的红外图像性能存在明显的差别（如图2)、激光测距仪效能也存在差别（如图3，激光正常工作电压越高代表激光器发光效能下降)。雷达发射机在潮湿季节和潮湿地区高压打火现象南方比较普遍。显示器故障潮湿地区和潮湿季节故障率较高。

（注：图中图像质量等级分别为4：图像清晰，可满足跟踪要求；3：跟踪不稳定，满足观察；2：图像不清晰，影响观察；1：图像不清晰，无法观察。)

图3 某型艇激光性能随地域变化

综上所述，同型舰船同型装备即使在首件鉴定或装备出厂时都经过同样的实验室环境试验，但在不同的自然环境下，装备的可靠性和战技术性能仍然存在较大的差异，所以对装备进行自然环境试验显然是有必要的。

3 电子装备自然环境试验的开展

3.1 自然环境试验开展的时机

一般环境试验需要在装备定型生产之前完成，但是一般装备的自然环境周期长达几年［5］，但是装备试验总体需要适应海军装备的总体发展，现阶段要整体实现先试验再定型生产，显然是不适合的。我国在部分新型舰艇的大批量、沿海的不同地区服役，使得试验环境有明显的对比性。自然环境试验的时机可选择在舰艇服役以后至第一轮小修阶段进行。

3.2 自然环境试验的方法

由于我军还未系统化的建立海军驻地环境参数数据的收集工作，一般统计均以国家气象局的统计为依据，但国家气象局的统计一般是当地的平均情况，统计数据不适用于装备可靠性试验要求，而装备实际的码头环境、海上执行任务时装备的环境都没有记录。建立一套完整的装备自然环境数据收集系统是必须的。目前国防科工委建设的多个自然环境实验站已经建成并投入使用，极限气候的环境数据收集比较全面［4］。在焊接数据的收集方面，电子五所曾研制了武器装备自然环境试验参数检测系统并投入使用，该监测系统于2003年2月已经完成，并在西沙环境试验站投入运行，该监测系统对温湿度、风速、气压、雨量、光辐射等参数进行了检测和收集［11］。该检测系统为装备的自然环境参数的获取提出了较好的方法，通过对该系统的综合运用，扩展到各驻军码头、舰艇，可实时有效地收集舰艇电子装备所处的自然环境。同时电子五所对所收集的自然环境参数采用谐波分析方法对环境参数进行分析，比平均计算方法更加客观，符合自然环境对装备的影响分析［13］。

3.3 试验数据的统计和使用

装备服役后通过定期的巡检工作，对装备故障进行有计划的收集，对故障原因进行梳理和分析。采用科学的方法，将故障现象、故障原因、故障频次与当时情况下装备所处的自然环境综合分析，得出不同自然环境下装备可靠性的规律。用于指导装备适应性改进方案、装备易损件的配备、海军战储仓库备件的订货依据等，并对后期的海军电子装备的研制提供有利的环境试验数据。

4 结语

新形势下，我国军用装备更新换代快，不能一成不变的看待装备的环境试验，将环境试验归纳于装备定型或交货之前的工作，要将装备的环境试验看成是一个系统工程，要不断的在装备的使用过程中总结规律，不断改进，稳步提升。

［1］秦晓洲，常文君.自然环境试验与武器装备发展［J］.装备环境工程，2005，2（1)：710.

［2］秦晓洲，李颖.军用装备自然环境试验方法剪裁探讨［J］.装备环境工程，2011，8（3)：5459.

［3］王欣，夏越美.环境试验剪裁方法及其应用分析［J］.环境技术，1998，1（3)：1012.

［4］秦晓洲，杨晓然，杨德模，等.国防科技工业自然环境试验站网运行及管理探讨［J］.装备环境工程，2011，8（2)，7881.

［5］宣卫芳，朱蕾，张伦武.自然环境试验在型号研制生产中的应用［J］.环境技术，2009，6（3)：5155.

［6］穆山，李军念，王玲.海洋大气环境电子设备腐蚀控制技术［J］.装备环境工程，2012，9（4)：5963.

［7］杨万钧.武器装备中电子产品的自然环境试验［J］.电子产品世界，2002.11.

［8］张继源.舰载雷达系统装备环境试验与可靠性技术应用［J］.雷达与对抗，2005，1（4)：2528.

［9］文邦伟，李继红，张伦武.美军三大自然环境试验中心［J］.装备环境工程，2004，1（4).

［10］王丽，祝耀昌.环境试验及其应用综述［J］.环境技术，1998（02).

［11］李长虹.武器装备天然环境试验参数检测系统的研制［C］//中国电子学会论文集，2003（10).

［12］王鲁宁.固体钽电容的可靠性筛选研究［J］.计算机与数字工程，2010（4).

［13］苏少燕，廖国栋，李坤兰.天然环境参数数据处理实例［C］//中国电子学会论文集，2003（10).