航空电子设备环境适应性分析

文/吕宝 焦毅

1 引言

随着综合航电技术的广泛应用，航空电子设备逐渐取代了飞机上自动化程度较低的机械设备，包括机载防撞系统、预警雷达等在内的航空电子设备在飞机上的比重越来越大。在飞机续航能力大幅度提升的条件下，飞机执行任务的时间不断增加，航空电子设备经历的环境也越来越复杂，使得航空电子设备的故障模式也越来越复杂，由于电子设备环境适应性差而导致的电子设备故障越来越多，电子设备对环境影响的敏感性愈来愈明显。航空电子设备的环境适应性已成为制约装备战斗力的一个重要因素。因此，有必要在航空电子设备寿命周期内持续开展环境适应性评价，而开展此工作首先需明确具体的航空电子设备环境适应性要求。

所谓航空电子设备的环境适应性要求，主要指的是反映航空电子设备应达到的环境适应能力的一系列定量或定性要求，一般用已确定要考虑的各种环境因素的应力强度及其组合（或综合）、装备规范允许受影响的程度或功能与性能参数变化范围（容差）或作用时间来表示。环境适应性要求是环境试验与评价工作的基础，是环境鉴定试验、批生产阶段环境试验和环境适应性评价中确定环境试验条件、评价试验结果的基础和依据。

GJB4239《装备环境工程通用要求》作为装备环境工程的顶层标准，它的大部分工作项目主要的输入和输出信息都涉及了环境适应性的相关要求，可以说环境适应性要求贯穿了整个环境工程的各个环节的工作过程，环境适应性要求涵盖了航空电子设备全寿命周期内的各项工作，其中航空电子设备全寿命周期内经历的环境试验如图1所示。提高航空电子设备的环境适应性，首先做的就是在设计、制造、实验室试验和飞行试验的各个阶段认真落实规范环境适应性要求，给出评价要求、明确评价方法、进行科学评价，从而最终给出科学合理的环境适应性评价结果，为装备的研制和使用提供决策依据。

表1：航空电子设备环境适应性相关军用标准名称

图1：航空电子设备寿命周期经历的环境试验

2 航空电子设备环境适应性相关标准

环境适应性是航空电子设备的一种重要质量特性，但对环境适应性的描述仅限于概念层面，通常的做法是用能否通过某项环境试验来定性的表示，无法整体描述装备对其所处环境的适应能力，从而不能很好的将环境适应性要求真正落实到装备的论证、设计和生产中。因此，为了更好的开展环境适应性评价工作，本文对当前现行国军标中相关航空电子设备的环境适应性要求进行了详细分析研究，整理了典型的航空电子设备通用规范类国家军用标准中涉及的环境适应性要求，为理清目前航空电子设备在环境适应性要求方面的现状奠定基础。主要涉及的相关航空电子设备国军标如表1所示。

表2：航空电子设备环境适应性要求分类

表3：环境因子——故障模式矩阵

3 航空电子设备环境适应性要求

通过对典型的航空电子设备相关规范标准研究分析，可以得出，我国航空电子设备在环境适应性方面的技术规范要求主要是以环境适应性要求的形式提出并加以约束，其中，有些提到的有关环境要求和环境条件方面的内容在实际的环境适应性分析中也可一并归为环境适应性要求。

通过对本文选取的相关航空电子设备标准中有关航空电子设备的环境适应性要求进行归类分析，我们可以总结出：目前现行航空电子设备国军标中，针对航空电子设备的环境适应性要求主要有两大类要求规范组成：

（1）第一类主要体现在要求航空电子设备在某种具体的环境条件下能够实现正常的工作或贮存。例如：在“机载数据传输设备通用规范”中要求“在海上及沿海地区工作的各LRU在工作和不工作条件下，LRU的涂层和表面处理不应受盐雾大气的影响”，也就是要求在所有可能遇到盐雾环境条件下，机载数据传输设备均应该能够实现正常的工作。此类要求后续文中用“●”表示；

（2）第二类主要体现在要求航空电子设备能够通过某项环境试验。也就是要求航空电子设备能够通过现行环境试验标准中的全部或部分试验，其中相关环境试验可根据实际情况进行适当的裁剪。例如“机载火控雷达通用规范”中要求“火控雷达能够承受GJB150.16A-2009中程序I规定的试验，产品的外观质量、机械性能、电性能应符合相关详细规范的规定要求”。此类要求后续文中用“○”表示。

本文通过对表1中涉及的典型航空电子设备各项标准环境适应性要求内容进行整理，环境适应性要求涉及的环境要素主要包括：温度、温度—高度、高度、冲击、加速度、振动、砂尘、太阳辐射、盐雾、淋雨、爆炸性大气和噪声等。各标准对应的环境适应性要求提出形式分类如表2所示。同时，通过对航空电子设备实际使用试验中所经历的自然环境和平台环境分析，并在参考美国军用标准、中国国家标准、中国国家军用标准等相关资料基础上，综合地理环境、理化环境、气候环境和平台环境，给出了各环境因素与导致航空电子设备故障的故障模式关系矩阵，具体关系矩阵见表3。

将表2中的梳理结果按涉及到的环境因子进行归类统计分析，得到航空电子设备环境适应性要求分类统计表，如表4所示。

通过对当前现行航空电子设备通用规范系列军标梳理分析，我们可以看到在相关的航空电子设备标准规范中，都对设备的环境适应性提出了明确的要求，反映出各方都比较关注环境对航空电子设备性能的影响。但对于环境适应性各具体环境要素的提法层次不齐，有的详细具体，有的以主观的定性评价为主，重视程度依据各航空电子设备的特点各有不同。

航空电子设备环境适应性要求的提出形式，●类和○类两种形式在当前的装备通用规范类和标准中都存在。其中，针对航空电子设备提出的环境适应性要求以○类形式居多。以砂尘要求为例，在24份标准中，有16份标准振动要求属于○类，占总数的66.7%。同时，进一步分析得出，在近几年颁布的新国军标中，对航空电子设备环境适应性的具体要求主要是以○类（通过某项环境试验）形式为主，反映出对装备的环境适应性重视程度越来越高，明确要求开展具体的环境试验去考核评估，保证装备的良好环境适应性。

表4：航空电子设备环境适应性要求分析统计

4 航空电子设备环境适应性要求分析

针对目前国军标中针对航空电子设备环境适应性的具体要求规范，开展分析：

●类：要求航空电子设备在某种具体的环境条件下能够实现正常的工作或贮存。

在实际的工程应用中，对于航空电子设备的具体装备采购方和使用方而言，他们更关注装备在真实的外场具体使用环境下能够实现正常工作或者贮存，也就是说只要能够满足实战情况下的使用需求即可以。所以对于装备采购方和使用方来说，比较偏向采用该类环境要求提出形式。这种环境适应性要求提法，对于采购方及使用方来说所要承担的风险要小；并且在实际的外场环境评价工作中，这种环境要求提法留给环境适应性评价方更大的操作空间开展环境适应性评价。但对于装备供应方来说，为了能够满足使装备具有良好的环境适应性这个要求，需要从设计、实验室实验、飞行试验各个阶段去策划具体的环境适应性设计、验证与评价工作，需要花费大量的精力和工作量去实现这一目标，相对压力和承担的风险更大。

○类：要求航空电子设备能够通过某项环境试验。

在具体规划的环境试验中，对于航空电子设备的供应方来说，这样的环境适应性要求具体明确。依据现行的GJB150A中给出的相应的环境试验的具体实施办法，开展相关的环境试验，根据试验的实际情况可以很方便、很直观的给出航空电子设备是否满足相应的环境试验要求。这类环境适应性要求的验证易于实施，且对于供应方来说其所要承担的风险相对于第一类要求提法来说要小很多。因而对于装备的供应方来说，他们更偏向采用该类环境要求作为开展环境试验及评估的依据。但对于航空电子设备采购方和实际的使用方而言，虽然开展了相关的环境试验，但毕竟航空电子设备在环境试验中所经历的环境剖面与外场实际使用环境剖面存在一定的差异，外场的真实环境更多的是一种组合叠加的环境应力影响。因此，采用通过环境试验来判断装备环境适应性是否达到部队使用需求，存在一定的风险，而且从近几年航空电子设备外场飞行试验数据以及外场故障模式分析结果来看，也印证了这种担忧。

通过分析我们可以得出，航空电子设备环境适应性要求的各种提出形式都有其合理和不足之处。其中，GJB4239《装备环境工程通用要求》作为开展装备环境试验工作的依据文件，对其环境适应性要求的提出主要包括：a、确定装备的寿命期剖面；b、编制使用环境文件；c、确定环境类型及其量值，系统的分析各种环境对装备性能、安全性及可靠性等的影响，确定关键因素。从GJB4239以及航空电子设备国军标对环境适应性要求提出过程可以看出，环境适应性要求主要还是以●类要求为基础、为需求，结合○类要求开展相关的环境适应性分析评价工作。

由于影响航空电子设备环境适应性的环境因素很多，在装备设计、实验室试验和飞行试验等阶段，对所有环境因素均采用一种考核方式或提出统一的评价要求是不可能的也是没有必要的，但对航空电子设备工作性能影响较大的环境因素必须充分考虑如何给出科学合理的环境适应性要求。

综上所述，明确航空电子设备环境适应性要求需要首先确定要求航空电子设备在何种环境中具有适应性，也就是确定在某种环境下能正常工作或贮存。而评价航空电子设备是否具有好的环境适应性，最直接的方式是将航空电子设备在实际使用环境中进行使用，即通过在飞行试验阶段以及部队领先使用期间，规划各类典型环境剖面，充分考核航空电子设备的环境适应能力，通过实际飞行试验及使用给出装备的环境适应性评价结果。同时，为了避免试飞验证周期过长，可结合采用环境试验验证，在明确航空电子设备在何种条件下能够正常工作和贮存的基础上，提出装备在环境试验中需要达到的指标要求。

5 结论

本文通过对涉及航空电子设备环境适应性要求的相关标准梳理分析，给出了典型的航空电子设备环境适应性要求在各规范标准中的提出方式，在一定程度上反映了当前环境适应性评价工作的发展现状。建议在装备环境工程工作中进一步提高对装备环境适应性的重视程度，通过提高在飞行试验和部队领先使用中对装备环境适应性评价的比重，更好的评价和提升航空电子设备的环境适应能力。