随弹射座椅离机工作的电子设备环境试验探讨

尹树悦，尚琨

（空军研究院,北京 100076）

0 引言

当前,随着战斗机弹射座椅技术的发展,弹射离机后对座椅的控制由利用机械式程序机构发展到利用惯性测量部件感受环境和座椅运动参数,由电子程序控制装置进行控制的阶段[1]；此外,离机后对飞行员的应急供氧也发展到利用电子装置进行供氧调节的阶段。这些电子设备均需要随弹射座椅离机工作 （由椅装电池为其供电）,以实现从弹射离机到人椅分离阶段对座椅的程序控制和对飞行员的应急供氧,完成弹射救生任务。如果不考虑随弹射座椅离机工作的电子设备 （以下简称为椅装电子设备）在寿命期所经历的特定的极限自然环境条件,而完全参照座舱内其他电子设备的环境条件对椅装电子设备开展环境试验,将存在着对椅装电子设备环境适应性考核不充分的情况。为此,本文针对椅装电子设备工作环境的特殊性,对其环境适应性要求及环境鉴定试验问题进行研究,以期为椅装电子设备的环境适应性设计及环境鉴定试验提供参考。

1 椅装电子设备的工作环境分析

在飞机停放、正常飞行、座舱失密和座舱盖意外爆破等非弹射条件下,椅装电子设备的贮存和工作环境可视为与座舱内的其他设备一致,相关环境鉴定试验可参照座舱内的其他设备实施。对于座椅弹射过程中椅装电子设备所经历的加速度、冲击等力学环境,可随通常的弹射座椅功能的性能试验一并验证[2]。上述椅装电子设备的环境条件本文不再讨论,下面只针对椅装电子设备随座椅弹射离机正常工作时间内所经历的主要自然环境条件进行分析。

一般情况下,对战斗机弹射座椅要求的最大弹射高度为飞机的升限高度,该高度下的自然环境条件为椅装电子设备随座椅弹射离机后工作的极限环境条件,而升限高度下的自然环境条件难以由通常的弹射座椅功能性能试验模拟。但从环境试验的角度考虑,又必须对处于此极限环境条件下的椅装电子设备的功能和性能进行考核。为此,需要先确定从飞机升限高度随座椅弹射离机到人椅分离期间,椅装电子设备所经历的具体环境条件。

椅装电子设备所经历的严酷的自然环境条件,与座舱内环境条件相比,最主要的区别为气压和温度环境的变化,即气压从座舱高度气压值以爆炸减压的形式下降到飞机升限处的飞行高度气压值,环境温度则从座舱温度瞬间转换到飞机升限处外界大气低温极值,其后人椅分离前随着座椅的高度的不断下降,气压和环境温度都在逐渐地升高,直到达到人椅分离时所在高度的气压和环境温度。

2 椅装电子设备随座椅弹射离机的环境适应性要求

2.1 低气压要求

椅装电子设备应具备在工作状态下经受从座舱高度压力以爆炸减压的形式瞬间下降到飞机升限处的飞行高度气压值的能力。在其后的一段时间内则经历的是气压上升的过程,即气压逐渐地上升到人椅分离高度下的气压值,显然,该过程对于电子产品而言不会产生不利的影响。因此,椅装电子设备随座椅弹射离机的低气压效应,与座舱盖意外爆破后舱内设备的爆炸减压效应是一致的,对于该环境效应的试验考核方法与座舱内设备的爆炸减压试验方法是一致的[3],不需要重复开展试验。

2.2 温度冲击要求

椅装电子设备应具备在正常的工作状态下经受从座舱环境高温极值瞬间转换到飞机升限处大气环境低温极值,并接着由低温极值再持续地上升到人椅分离高度下大气环境温度值的能力。由此可见,椅装电子设备在随座椅弹射离机工作中所经历的最严酷的温度环境条件为温度冲击。

为了验证椅装电子设备对上述温度冲击要求的符合性,需要对椅装电子设备开展温度冲击试验。因椅装电子设备随座椅弹射离机所经历的温度冲击条件与按照在座舱内工作进行温度冲击的试验条件相比差距较大,有关标准也未能覆盖[4],为此,需为其确定专门的温度冲击试验条件。

3 椅装电子设备随座椅弹射离机的温度冲击试验条件

3.1 冲击方式

由本文2.2节可知,从座舱高温到飞机升限处低温的单向冲击,为椅装电子设备在随座椅弹射离机中所经历的最严酷的温度冲击,再考虑到试验的可实施性,推荐该试验采用从座舱高温极值开始向飞机升限处低温极值进行单向、恒定温度冲击的试验方式。

3.2 极值温度

恒定温度冲击试验需确定两个极值温度,即高温极值和低温极值[5],该温度冲击试验中椅装电子设备的试验高温极值应为密闭座舱内的高温极值,试验低温极值应为飞机升限处外界大气环境的低温极值。具体的量值可根据飞机的技术条件和使用环境要求来确定。

3.3 冲击次数

由于椅装电子设备在寿命周期内所能经历随座椅弹射离机温度冲击的频次至多为一次,故试验过程中只需要进行一次冲击即可。

3.4 暴露于低温极值的持续时间

根据座椅弹射运动过程,从飞机升限处座椅弹射离机后直到下降到设定的人椅分离高度,此段过程所经历的时间可以计算得到。在此时间段内椅装电子设备随着高度的下降,所经历的大气环境温度在持续地上升,也就是说其暴露于飞机升限处低温极值的持续时间极短。考虑到受试验设备的限制、试验中检测的可实施性,以及对安全关键设备加严考核的需要,可在试验中将椅装电子设备暴露于低温极值的持续时间确定为随座椅弹射离机起到人椅分离为止的持续工作时间。具体的量值可以根据弹射座椅的性能参数来确定。

3.5 温度转换时间

椅装电子设备在随座椅弹射的过程中,从座舱高温转换到飞机升限处低温所经历的时间极短,几乎是瞬间完成的。受试验设备和人员操作等的限制,在试验实施中可能难以达到实际的温度转换时间要求,但也应在试验条件允许的情况下尽量地做到在最短的时间内完成温度转换。

4 结束语

椅装电子设备是飞行员成功地实现弹射救生的重要保证,对椅装电子设备开展环境鉴定试验是验证其环境适应能力的主要手段。本文针对椅装电子设备随座椅弹射离机的环境适应性要求,提出了基于座椅在飞机升限处弹射的椅装电子设备温度冲击试验的需求,并给出了开展温度冲击的推荐试验条件。椅装电子设备可参考此条件开展随座椅弹射离机的温度冲击试验,以便于充分地考核产品的环境适应能力,确保其在座椅弹射救生过程中可靠地工作。

[1]杨登仿.弹射座椅电子式程序控制器的可靠性设计 [C]//中国航空学会可靠性工程学术年会论文集,武夷山,2001:87-94.

[2]中国人民解放军空军装备部综合计划部.弹射座桥型乘员应急离机救生系统通用规范:GJB 1800A-2007[S].北京:总装备部军标出版发行部,2007.

[3]中国航空综合技术研究所.军用装备实验室环境试验方法 第2部分:低气压 （高度）试验:GJB 150.2A-2009[S].北京:中国人民解放军总装备部,2009.

[4]中国航空综合技术研究所.军用装备实验室环境试验方法第5部分:温度冲击试验:GJB 150.5A-2009[S].

[5]马志宏,李全国,辛文波,等.环境试验与可靠性试验的关系及其应用 [J].电子产品可靠性与环境试验,2006,24 （6）:57-61.