舰载装备环境剖面构建及环境要求分析

□ 吴超云 明志茂 黄英龄



舰载装备环境剖面构建及环境要求分析

□ 吴超云 明志茂 黄英龄

舰载武器装备环境剖面是指舰载武器型号在寿命期内各种事件和对应的环境因素时序及时间频度的描述，它是装备耐环境设计的前提和基础。GJB4239中工作项目201-203中要求装备在论证阶段应提出寿命期剖面和初步的寿命期环境剖面，方案阶段要求提出最终的环境剖面，并确定环境类型及其量值。当前急需针对舰载武器装备进行环境剖面的研究，明确其环境要求，从源头设计开始，减缓或消除环境对产品的性能影响。

环境剖面构建及环境要求确定方法

任务剖面是确定环境剖面的基础和前提，通过对任务剖面中环境事件的分析，得出任务过程中的遭遇环境应力类型，根据任务剖面各阶段的任务特性参数，导出相应的环境应力持续的时间，从而得到环境剖面。在确定任务剖面中各环境因素、强度及出现的频度和时间之后，结合产品自身的材料、结构特点、功能特性、技术指标、工作模型等信息，分析各种环境对产品性能及使用的影响，确定需要考虑的主要环境因数，去除影响不大或者没有影响的环境因素，使得环境剖面得到进一步简化。最终根据简化环境剖面中环境类型和量值，取各环境因素极值确定最终产品的环境要求。环境剖面构建及环境要求确定方法的步骤主要包括：

任务剖面确定

一般情况下研制文件中主要包含了装备任务剖面、寿命周期及环境条件等信息，这些数据可以直接在环境剖面构建中使用；另外有部分隐含的信息（如某些功能和性能的使用改变了周围的环境），这些信息为进一步细化环境剖面提供了线索。故装备的任务剖面主要来源于研制文件。

环境事件分析

产品在出厂后的寿命期内一般会反复遇到运输、贮存、后勤保障、使用等多种状态。每种状态中对应了多个环境事件。因此，需列举出每一个状态下的环境事件，并对环境事件中的环境因素进行分析，确定其主要影响环境因素。

环境应力分析

在环境事件分析的基础上，进一步确定各环境因素的应力量值。此时环境应力的数据来源主要包括实测应力、估计应力和参考应力，按照数据来源优先的次序如下：实测应力，根据装备在实际使用中执行典型任务时，对其进行实际测量，获得实际环境数据，对实测环境数据进行统计分析处理后确定的应力；估计应力，根据具有相似用途的装备在执行相似典型任务剖面时测得的数据，经过分析处理后确定的应力。只有在无法得到实测应力的情况下方可使用估计应力；参考应力，在得不到实测应力和估计应力的情况下，可搜集相关标准文献的历史环境数据，补充构成环境剖面中数据。

环境剖面构建

通过对自然环境和诱发环境因素对装备的影响分析，确定影响装备的战备完好性和任务成功性的关键环境因素，并将这些环境的种类及环境量值按照时间次序串接起来，最终构成装备的寿命期环境剖面。

环境要求确定

在确定环境剖面之后，结合产品自身特点，根据环境剖面中环境类型，取其极值，最终确定环境要求。环境要求应包括环境适应性要求和环境适应性验证两个方面。环境适应性要求为技术指标，是设计要求；环境适应性验证则是一种试验验证及分析要求。

典型舰载装备环境剖面构建研究

舰载装备在寿命期任务剖面内的每一个具体的事件，均对应着相应的自然环境和诱发环境。如果将这一系列的具体时间所对应的自然环境和诱发环境中的各种环境应力类型和量值按时序集合，则形成了舰载装备寿命期环境剖面。

环境应力分析

舰载装备的环境事件主要有：有建筑的除湿贮存、卡车运输和装卸、船坞维修、装舰和基地停泊、码头训练、维修保养、近海任务、远海任务等。其中近海任务和远海任务包括舰载环境的简易库房贮存、训练、维修保养、执行任务等环境事件。以下对各事件的环境因素及量值进行分析。

库房贮存阶段环境分析。根据GJB 2270《军用物质贮存环境条件》规定，库房贮存阶段严酷度等级为Ⅰ-Ⅱ级，环境相对温和，且量值可控，其如图1所示。该阶段舰载装备主要考虑自然环境影响因素，诱导环境影响相对较少，主要考虑静载荷环境的影响。参考标准GJB 2270 可知，库房贮存阶段自然环境因素主要包括低温、高温、温度冲击、湿热、低气压、太阳辐射、降雨强度、风速等。

后勤阶段环境分析。后勤阶段环境事件主要有汽车运输和船坞维修保障，包括了自然环境因素和诱发环境因素，其综合严酷度等级达到Ⅱ级。该阶段环境事件根据GJB 3493《军用物质运输环境条件规定》，按最恶劣的环境进行分析原则，汽车运输过程中所遭遇自然环境因素包括温度（包括高、低温和温度变化）、湿度、太阳辐射、低气压、风、雨、盐雾等。诱发环境因素主要包括振动、冲击、稳态加速度、静压力等。在船坞维修过程中，则主要考虑自然环境因素对舰载设备的影响，在陆地运输中随机振动的力学环境对舰载装备的影响较大，为主要的环境影响因素，采用汽车舰载装备，振动将直接传递到装备本身，因此，该阶段舰载装备的振动环境认为与汽车的振动一致。汽车的振动是由路面粗糙或不平以及汽车动力传输旋转不平衡造成的。振动的幅值取决于所有汽车的类型、汽车装载情况和驾驶员的技术等。

使用阶段环境分析

舰载装备使用阶段的环境主要考虑装备随舰值班和训练时所遇的舰载海洋环境因素，主要包括了自然环境因素和诱导环境因素。在该阶段经历的环境事件主要包括码头训练、维修保养、近海任务和远海任务，其环境严酷度等级达到Ⅲ-Ⅳ级。根据舰载装备不同的安放位置，把舰载的环境因素分为舰面和舱内环境因素，舰面自然环境因素的量值确定主要依据国家海洋信息中心所公布的海洋信息数据库以及GJB 1060.2《舰船环境条件要求 气候环境》；同样舱内自然环境因素量值相对温和，部分可控，它的量值确定主要依据GJB 1060.2《舰船环境条件要求 气候环境》。

此外，舰载装备中另一个重要因素为诱发环境因素，主要包括振动、冲击和倾斜摇摆环境因素等。在舰面环境中，受到的振动摇摆环境是由舰船的设备和船对海浪的响应造成，其振动环境幅值取决于船舶类型，猛烈的紧急制动力的大小和船舶航行中的最大海浪高度。

舰载装备环境要求确定

自然环境要求

温度。舰载装备工作中能暴露于-50℃低温，70℃高温，-50℃/25℃温度冲击的环境中100h以上，并按规定的功能完成工作。

湿度。舰载装备工作中能暴露于温度为38℃时，40%～95%的湿度环境中8760 h以上，并按规定的功能完成工作。在寿命期内，雾气或冷凝水应不会造成装备性能下降。

低气压。舰载装备在经受53Kpa的低气压之时或会后能按规定的功能完成工作。

太阳辐射。舰载装备在经受8760 h，强度为1110w/m2的太阳辐射之时或之后能按规定的功能完成工作。

淋雨。舰载装备在经受8760h，降雨强度为31.2mm/min的淋雨之时或之后能按规定的功能完成工作。

盐雾。舰载装备在经受8760h，沉降量为5mg/m3的盐雾之时或之后能按规定的功能完成工作。

砂尘。舰载装备在经受100h，沉降量100mg/m3的砂和3mg/m2·h的尘之时或之后能按规定的功能完成工作。

风速。舰载装备在经受8760h，速度为95m/s的风之时或之后能按规定的功能完成工作。

诱发环境要求

随机振动。舰载装备在经受100h，均方根加速度为24.89 m/s2，最高加速度谱密度为40m2/s4/Hz的随机振动之时或之后能按规定的功能完成工作。

冲击。舰载装备在经受100h，后峰锯齿形脉冲，峰值加速度1000m/s2的冲击振动之时或之后能按规定的功能完成工作。

倾斜和摇摆。舰载装备在经受8760h，横倾15°，纵倾10°，摇摆45°，横摇周期5～14s，纵摇15°，纵摇周期4～8s的倾斜和摇摆之时或之后能按规定的功能完成工作。

（作者单位为广电计量检测股份有限公司）