空空导弹新研元器件振动试验条件探讨

赵青，吴瑞轩

（中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009）

空空导弹新研元器件振动试验条件的设计是空空导弹系统总体设计工作的重要组成部分，贯穿于空空导弹论证、方案制定以及工程研制等各阶段，其设计是否合理，将直接影响飞行的成败和空空导弹系统的先进性。

目前，空空导弹新研元器件既按照相关标准/规范中的规定条件开展振动试验，又按照型号要求的振动条件开展振动试验，并且振动试验量级是在型号条件基础上放大1.5~2倍。这有可能造成过试验或者重复试验，加长了试验周期，增加了试验成本。

另外，GJB 150.16A—2009《军用装备实验室环境试验方法 振动试验》附录B中规定对某一特定装备，并不一定要做所有类型的振动试验，因为所有的试验都会消耗疲劳寿命，最重要的是通过试验方法剪裁获得预期的试验结果[1]。制定合理的新研元器件振动试验条件，是空空导弹研制过程中一项急需解决的技术关键。

1 新研元器件相关标准规定的振动试验条件

1.1 振动量级

空空导弹用新研元器件包括电子及电气元件、微电子器件、电连接器、控制电机、半导体分立器件等，其所依据标准及标准中规定的振动条件见表1、表2。

表1 元器件依据标准Tab.1 Component standard

本文只讨论新研元器件的随机振动试验条件。从表1可以看出，新研元器件相关标准中规定的振动试验条件都指向GJB 360B—2009《电子及电气元件试验方法》方法214。本文以该标准中的振动试验条件为例进行讨论。

从表2可以看出，该标准规定了两组试验条件：试验条件 I（振动试验谱见图1a）、试验条件 II（振动试验谱见图1b），每组条件都包括“A—K”10种试验条件。而从振动试验谱看出，试验条件Ⅰ从1000 Hz以上按6 dB/倍频程衰减，对新研元器件高频考核不充分；试验条件Ⅱ从1000~2000 Hz没有衰减，考核较严格，型号研制中一般采用试验条件Ⅱ。试验条件Ⅱ中的频率范围为50~2000 Hz，其10种试验条件对应的振动量级为0.2~1.5g2/Hz。目前，空空导弹对新研元器件质量等级要求较高，通常选用II-E（加速度均方根值20g）、II-G（加速度均方根值28.3g）进行考核。

表2 GJB 360B—2009 电子及电气元件试验方法方法214的随机振动试验条件Tab.2 Vibration test conditions of GJB 360B—2009 the methods for electronic and electrical component parts Method 214

图1 GJB 360B方法214中的试验条件Fig.1 Test conditions of method 214 in GJB 360B:a) test conditionⅠ, b) test condition Ⅱ

1.2 振动时间

该标准规定的振动时间有 4类：3、15、90、480 min，具体试验时间按照相关文件或从上述时间中选取。

2 空空导弹要求振动试验条件

目前，空空导弹根据寿命期经历环境，一般开展挂飞振动、自由飞振动、机动抖振等振动试验。空空导弹用新研元器件也要依次开展上述振动试验，而且振动量级是在型号要求的振动条件基础上进行 1.5～2倍加严。现以某型空空导弹某部件用新研元器件振动试验条件为例。

2.1 振动量级

某型空空导弹挂飞、自由飞、机动抖振振动谱型见图2、图3。其中，挂飞、自由飞频率范围为 20~2000 Hz，机动抖振频率范围为20~100 Hz。f1、f2、fn与空空导弹质量特性、弯曲模态等有关。挂飞、自由飞振动量级可根据GJB 150.16A—2009《军用装备实验室环境试验方法 振动试验》中表 C.5推荐的振动公式及实测数据推算得出，机动抖振振动量级为推荐值2.0g2/Hz。

某型空空导弹某部件用新研元器件振动量级是在型号振动基础上放大1.5~2倍，得出其挂飞、自由飞、机动抖振振动量级，具体见表3。

图2 挂飞、自由飞振动试验谱Fig.2 Captive carriage and free flight vibration test exposure.

图3 机动抖振试验谱Fig.3 Buffet response

表3 空空导弹某部件用新研元器件振动条件Tab.3 Vibration test conditions of new developed components of air-to-air missle

2.2 振动时间

空空导弹挂飞振动根据试验目的分为功能试验、耐久试验。功能试验是为了验证产品在使用环境下的功能是否令人满意。耐久试验是为了保证产品在规定的寿命期内是否可以可靠地工作[7]。功能振动时间一般为 1次测试所需要的时间，耐久振动时间与挂飞寿命有关。按照GJB 150.16A—2009《军用装备实验室环境试验方法 振动试验》[8]规定，某型空空导弹某部件的挂飞功能振动时间为1 h。当挂飞寿命为 150飞行小时，试验量值为 1.6倍功能试验量值时，耐久振动试验时间为 46 min，机动抖振试验时间为10 min，自由飞振动试验时间为30 s，具体见表3。

3 振动试验比对分析

3.1 振动量级

某型空空导弹某部件用新研元器件采用 GJB 360B—2009《电子及电气元件试验方法》方法 214试验条件 II-G（以下简称 II-G），其与空空导弹某部件用新研元器件的挂飞、自由飞、机动抖振（以下简称挂飞、自由飞、机动抖振）试验条件进行包络，其中，挂飞振动以试验量值为1.6倍功能试验量值的耐久振动为例，具体见图4。

图4 挂飞、自由飞、机动抖振、II-G振动条件对比图Fig.4 The comparison picture of captive carriage, free flight, buffet response and II-G vibration test condition

从图4中可以看出，50~2000 Hz，II-G覆盖挂飞、自由飞振动试验条件，在频率f1~f2，Ⅱ-G比挂飞振动试验条件大近4倍。且频率f2以后，挂飞、自由飞振动试验条件以3 dB/倍频程衰减，没有II-G考核充分。20~50 Hz，Ⅱ-G没有覆盖挂飞、自由飞、机动抖振试验条件。

空空导弹上安装的新研元器件的固有频率通常>100 Hz，低频振动对其影响较小[9]。机动抖振是考核产品的低频响应，因此空空导弹新研元器件不考虑100 Hz以下的低频振动响应。Ⅱ-G可以对空空导弹某部件用新研元器件振动响应进行充分考核。

同理可得，对于空空导弹振动响应较小的某部件用新研元器件可以用GJB 360B—2009《电子及电气元件试验方法》方法214试验条件Ⅱ-E进行考核。

综上，空空导弹用新研元器件可以用GJB 360B—2009《电子及电气元件试验方法》方法214试验条件Ⅱ-E/G进行振动试验。

3.2 振动时间

从2.2部分可以看出，挂飞耐久振动时间很长，即使将试验量级提高1.6倍，也需要46 min，再加上功能振动时间1 h，一个方向的振动时间接近2 h。考虑到产品准备、安装、测试等问题，有可能一天只考核一个方向，严重影响试验进度，进而影响空空导弹的生产交付[10]。

根据GJB 150.16A—2009《军用装备实验室环境试验方法 振动试验》中的疲劳关系（见公式（1））可知，增加试验量值可以缩短试验时间。现在用式（1）计算当挂飞功能、挂飞耐久量级提高到 II-G的0.4g2/Hz时，其对应的振动时间见表3（与机动抖振振动时间不做比较）。

由表3可以看出，挂飞+自由飞等效振动时间约为2 min。所以，在GJB 360B—2009《电子及电气元件试验方法》方法214中选取15 min就可以覆盖挂飞功能、挂飞耐久、自由飞振动时间。

4 结论

对空空导弹新研元器件相应标准规范规定的振动试验条件进行了整理归纳，与型号要求的振动试验量级、试验时间对比分析，得出新研元器件相应标准规范规定的振动试验条件覆盖型号要求的振动试验条件。空空导弹新研元器件可以只按照标准/规范中规定的振动条件开展随机振动试验，型号要求的挂飞、自由飞、机动抖振等振动试验可以不开展，避免了试验重复，大大缩短了研制周期，减少了研制试验成本。另外，对于关键新研元器件，建议通过振动响应测试来确定振动试验条件[11]。