舰船装备冲击试验方法的比较与分析

沈佳琪

（中国船舶重工集团公司第七二三研究所，扬州 225001）

引言

冲击试验的目的，以考核或验证装备在冲击环境条件下的工作适应性和结构完好性，以此来评价装备的抗冲击能力和水平。

根据舰船装备经受的冲击环境不同可以分为以下两类：①非重复性的冲击应力，如受到水下武器（比如鱼雷、水雷等）攻击时，遭受到的非接触式爆炸冲击和接触爆炸冲击（武器直接命中船体后冲击波传递到装备上）[1]；②重复性的冲击应力，如在航行或作战时受波浪引起的重复性低强度冲击[2]。由于两类冲击的量值和由此引发的故障模式不同，因此，需采用不同的冲击试验方法进行考核评价。

1 主要的冲击试验标准

目前，常用的冲击试验标准/方法主要有GB/T 2423.5-2019/IEC 60068-2-27：2008《电工电子产品环境试验 第2部分：试验方法 试验Ea和导则冲击》、GJB 150.18-1986《军用设备环境试验方法 冲击试验》、GJB 150.18A-2009《军用装备环境实验室试验方法 第18部分 冲击试验》、GJB 4.8-83《舰船电子设备环境试验 颠震试验》、GJB 4.9-83 《舰船电子设备环境试验 冲击试验》、HJB 554-2012《舰用设备双波冲击机试验方法》、HJB 715-2016《舰船冲击响应谱》、美国MIL-810军用标准系列和德国BV0430/85军用标准等。

2 不同冲击试验方法的比较与分析

GB/T 2423.5-2019等效于IEC 60068-2-27标准，主要适用于电工电子产品经受的波形冲击，如后峰锯齿波、半正弦波、梯形波等[3]，一般在民用产品中应用较广，也可用于舰船装备的重复性低强度冲击。

GJB 150-1986和GJB 150A-2009是由美军标MIL-810系列翻译过来。GJB 150A-2009将舰船冲击试验分离出来，形成独立的试验方法（即GJB 150.30舰船冲击试验）。但是，由于采用何种方式进行冲击试验存在一定的争议，至今未发布，目前舰船冲击仍沿用GJB 150.18-1986中的试验十进行。GJB 150.18-1986主要适用于受到强冲击的装备，通过摆锤冲击或浮台爆炸冲击进行验证考核。根据受试装备的重量和试验装置，将舰船装备的冲击分为了轻量级试验、中量级试验和重量级试验三类。其中，轻量级试验使用轻量级冲击试验机进行，适用于120 kg以内的装备，也可用于120～200 kg范围内的试验样品；中量级试验使用中量级试验机进行，适用于重量在120～2700 kg的装备；重量级试验采用浮动冲击平台进行，适用于质量为2700～13400 kg范围内的装备[4]。

HJB 554-2012和HJB 715-2016则是借鉴的德国BV 0430/85军用标准，采用正负三角波或三折线冲击谱的方式进行考核验证，一般通过双波冲击机或冲击响应谱试验机来实现，上述两个方法适用于50 T以内的装备。其与MIL-810系列属于不同的标准体系，美军标冲击考核的目标为“不求准确冲击输入，但力求复现潜在的破坏”；德国军用标准则不规定冲击试验装置，而是规定冲击试验输入的谱型[5]。

GJB 4.8适用于舰船电子设备受到波浪引起的重复性低强度冲击，采用半正弦波进行考核；GJB 4.9适用于重量在200 kg以内的舰船电子设备受到的非重复性强冲击，采用摆锤冲击的方式进行验证，该方法与GJB 150.18-1986中试验十中轻量级冲击方法相同。

3 舰船装备冲击试验方法的选择

根据舰船装备试验的目的不同，可以选择不同的试验标准。

3.1 批产装备的例行试验

对于技术状态已经固化、转入批生产阶段的舰船装备，其抗冲击水平已经在状态鉴定/定型阶段进行了考核，而且强冲击试验具有一定的破坏性。因此，在批生产阶段一般不再进行强冲击试验。但是，为了评定装备受到的由波浪引起的重复性低强度冲击环境，一般应按照GJB 4.8-83进行颠震试验。

3.2 研制样机的鉴定/定型试验

对于技术状态已经阶段性固化舰船装备，不仅要考核由波浪引起的重复性低强度冲击环境，还要对舰船装备在航行、作战中抗爆炸冲击的能力进行验证。因此，需要按照GJB 4.8-83进行颠震试验和HJB 554-2012或HJB 715-2016或GJB 150.18-1986中试验十进行强冲击试验验证。

4 舰船装备冲击试验的实施

4.1 颠震试验

根据设备安装在不同舰船类型分为1、2、3三级，1级主要适用于安装在快艇上的设备，2级适用于安装在其他水面舰船和潜艇上的设备；其他特定产品可按3级要求进行试验[2]。颠震试验参数如表1所示。

表1 颠震试验参数

试验实施过程中，需要注意以下几点：①冲击波形为半正弦波；②冲击方向为样品的垂向；③试验样品通电工作的时间应不少于规定的总冲击次数的一半；④冲击次数应一次性连续完成，如试验中出现故障，需修复后重新进行。

4.2 轻量级冲击试验

受试样品安装在轻量级冲击机台面上后，分别沿受试样品的三个主轴方向进行3次冲击，落锤或摆锤高度依次为0.3 m（37 °）、0.9 m（66 °）和1.5 m（90 °）。

4.3 中量级冲击试验

受试样品按照先水平后倾斜的方式安装在冲击台面上，一般经受六次冲击，其中三次为水平安装状态，三次为30 °倾斜安装状态。中量级冲击试验参数如表2所示。

表2 中量级冲击试验参数

试验实施过程中，需要注意以下几点：①砧板上总质量包括样品质量、安装架质量；②水平第三锤一般在样品加电状态进行；③冲击顺序一般按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ组次序进行。

4.4 重量级冲击试验

将试验样品安装在浮动平台上，试验样品需经受5次水下爆炸试验，药包中为27 kg的TNT炸药，药包中心位于水面下7.5 m，药包中心离平台近侧的水平距离一次为18.0 m、12.0 m、9.0 m、7.5 m和6.0 m。其中，第五次爆炸在试验样品工作状态下进行。

4.5 双波冲击试验

将受试样品安装在双波冲击机，一般按照先水平安装进行垂向冲击，然后倾斜30 °安装进行横向或纵向冲击。每个方向上冲击试验次数为两次，第一次试验为预试验，第二次试验为正式试验[6]。

试验实施过程中，需要注意以下几点：①正式试验时，冲击强度为受试样品冲击考核的标准工况；②预试验时，冲击强度一般不低于受试样品冲击考核标准工况的50 %；③预试验可以选作，但是正式试验必须要进行。

5 结语

由于舰船冲击试验标准较多，试验目的也不尽相同，选择哪个标准进行试验验证常常困扰一线科研人员。本文结合对相关标准的理解和多年试验工作经验的积累，给出了舰船装备选择哪个标准进行冲击试验的建议，同时列出了冲击试验中需要注意的一些事项，希望能为需要进行冲击试验的人员提供帮助。