蔡良續(xù)，祝耀昌，于江波，王克強(qiáng)

（中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所，北京 100028）

如前所述，溫度試驗(yàn)程序多種多樣，不同的環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的試驗(yàn)程序和試驗(yàn)條件也不盡相同，本文將最典型的軍用和民用環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的溫度試驗(yàn)程序分類匯總在表1 中，并列出各試驗(yàn)程序?qū)?yīng)的試驗(yàn)條件和作了相應(yīng)的說明。

不管是什么試驗(yàn)程序，溫度試驗(yàn)條件通常包括試驗(yàn)溫度，在試驗(yàn)溫度下的保持時(shí)間或循環(huán)次數(shù)；對(duì)于溫度沖擊和溫度變化試驗(yàn)來說，還包括轉(zhuǎn)換時(shí)間或溫度變化速率及循環(huán)或溫沖次數(shù)。

1 高低溫貯存試驗(yàn)

1.1 貯存溫度

貯存試驗(yàn)溫度取決于貯存場(chǎng)合、模擬方式和選用的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)裝備貯存于直接受太陽照射的環(huán)境時(shí)，由于受到太陽輻射誘發(fā)加熱的影響，其內(nèi)部溫度通常要比自然環(huán)境溫度(即氣象溫度)高出15℃～20℃。高溫貯存溫度要考慮這一誘發(fā)溫升，選用GJB 150.3A 表1 誘發(fā)條件高溫作貯存溫度。

當(dāng)考慮對(duì)貯存狀態(tài)進(jìn)行真實(shí)的日循環(huán)模擬時(shí)，則采用GJB 150.3A 中的誘發(fā)條件下的日循環(huán)，溫度在33℃～71℃之間變化；當(dāng)不考慮進(jìn)行日循環(huán)模擬，而采用峰值溫度模擬時(shí)，則采用GJB 150.3A 中誘發(fā)條件下日循環(huán)溫度中的峰值溫度。GJB 150.3 中的70℃實(shí)際對(duì)應(yīng)于GJB 150.3A 中熱氣候區(qū)日循環(huán)溫度中的峰值溫度71℃。如果明確裝備未來不會(huì)應(yīng)用于熱氣候區(qū)而是基本熱氣候區(qū)，則應(yīng)選用基本熱氣候區(qū)對(duì)應(yīng)的誘發(fā)條件，日循環(huán)試驗(yàn)采用GJB 150.3A 表1 中的基本熱的30℃到63℃的24h 循環(huán)；恒定溫度貯存試驗(yàn)則采用該循環(huán)的峰值溫度63℃，按GJB 150.3 進(jìn)行48h 的貯存試驗(yàn)。如果使用方不打算采用標(biāo)準(zhǔn)中1%時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)的值，則應(yīng)首先確定選用的風(fēng)險(xiǎn)值是5%、10%還是15%，然后根據(jù)該風(fēng)險(xiǎn)值從MILHDBK-310《研制軍用產(chǎn)品用的全球氣候數(shù)據(jù)》中查取相應(yīng)的溫度日循環(huán)數(shù)據(jù)或該日循環(huán)的峰值溫度作為試驗(yàn)用的溫度值。

當(dāng)裝備貯存場(chǎng)合不受太陽光直接照射，完全取決于其附近的發(fā)熱設(shè)備或有關(guān)熱源，則應(yīng)以測(cè)得的貯存環(huán)境溫度作為貯存試驗(yàn)溫度，此時(shí)由于不受太陽輻射影響，溫度不會(huì)按日循環(huán)變化，因此只進(jìn)行恒定溫度貯存試驗(yàn)。

1.2 試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間

溫度試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間與受試產(chǎn)品狀態(tài)有關(guān)：如果受試產(chǎn)品不工作狀態(tài)隨試驗(yàn)箱升溫，則總持續(xù)時(shí)間應(yīng)是其在試驗(yàn)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間，加上由于受試產(chǎn)品工作發(fā)熱表面升溫，破壞了原來的溫度平衡，再次達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間和溫度穩(wěn)定后檢測(cè)產(chǎn)品功能和性能所需的時(shí)間；如果產(chǎn)品處于工作狀態(tài)隨試驗(yàn)箱升降溫，則應(yīng)是受試產(chǎn)品在試驗(yàn)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間加上進(jìn)行檢查和性能測(cè)量所需的時(shí)間。有關(guān)什么是溫度穩(wěn)定在試驗(yàn)方法中往往按試件工作狀態(tài)和試驗(yàn)不工作狀態(tài)兩種情況進(jìn)行定義，通過直接測(cè)量其關(guān)鍵功能部件的溫度來確定受試產(chǎn)品達(dá)到溫度穩(wěn)定所需的時(shí)間。

這種方法雖然科學(xué)合理，但長(zhǎng)期以來在我國(guó)一直未能得到推廣應(yīng)用，主要原因是涉及到要購置微型傳感器、測(cè)試線路及儀表；受試產(chǎn)品交付狀態(tài)往往難以安裝傳感器和測(cè)試線路；還要確定作為測(cè)試點(diǎn)的關(guān)鍵功能部件和布置傳感器，比較復(fù)雜，因而大多堅(jiān)持采用早期的不科學(xué)的重量法，或延用相似設(shè)備數(shù)據(jù)，甚至拍腦袋確定。GJB 150.3A 中明確要求要在受試產(chǎn)品內(nèi)部關(guān)鍵功能部件處安裝傳感器測(cè)量響應(yīng)溫度，這一要求與測(cè)量溫度穩(wěn)定方法可以合并使用。應(yīng)用直接測(cè)量法確定受試產(chǎn)品溫度穩(wěn)定是必然趨勢(shì)，設(shè)計(jì)人員在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)應(yīng)盡量考慮使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)便于進(jìn)行這一操作或者在研制階段早期通過環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗(yàn)獲取溫度穩(wěn)定時(shí)間和響應(yīng)溫度信息，為后續(xù)試驗(yàn)備用。

由于溫度穩(wěn)定時(shí)間通常是試驗(yàn)箱空氣溫度達(dá)到規(guī)定的試驗(yàn)溫度時(shí)算起，因此溫度試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間也可稱為試驗(yàn)箱保溫時(shí)間，即試驗(yàn)箱溫度保持在試驗(yàn)溫度所用的時(shí)間。

在各種環(huán)境試驗(yàn)方法中，貯存試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間有不同的規(guī)定，具體如表1 所示。對(duì)于GJB 150.3《高溫試驗(yàn)》來講，不提試件溫度穩(wěn)定，標(biāo)準(zhǔn)中直接規(guī)定48h。48h 是一個(gè)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，認(rèn)為受試產(chǎn)品在70℃太陽誘發(fā)貯存高溫下放置48h，能夠暴露高溫貯存誘發(fā)的各種問題，這一做法比較簡(jiǎn)便。GJB 150.4《低溫試驗(yàn)》則規(guī)定受試產(chǎn)品要在試驗(yàn)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定而后再持續(xù)24h，所以持續(xù)時(shí)間是受試產(chǎn)品在試驗(yàn)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定所需的時(shí)間再加上24h，受試產(chǎn)品達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間用直接測(cè)量方法獲得。

在民用飛機(jī)機(jī)載設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)HB 6167/HB 6167A（相當(dāng)美國(guó)航空無線電技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)DO 160B/DO160F）中高低溫貯存試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間則均為受試產(chǎn)品達(dá)到溫度穩(wěn)定后不少于3h。

在GJB 150.3A/4A 中，高低溫貯存試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間與GJB 150.3/.4 有所不同。GJB 150.3A 的高溫日循環(huán)貯存試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為至少7 天即168h，而其高溫恒定溫度貯存試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間為受試產(chǎn)品達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間加上至少2h，GJB 150.4A 低溫恒溫貯存試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間為受試產(chǎn)品達(dá)到溫度穩(wěn)定后再加上至少4h、24h 或72h，具體取決產(chǎn)品自身材料結(jié)構(gòu)特性和使用情況，GJB 150.4A 的4.3.3 其中給出了選用原則。

民用電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)GJB/T 2423 中未明確規(guī)定持續(xù)時(shí)間，其基本思路是按照GJB 2421《總則》第4.8 條熱穩(wěn)定定義和直接測(cè)量得到的時(shí)間園整化到與試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的最近的時(shí)間等級(jí)即可。必須指出，電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)溫度試驗(yàn)的持續(xù)時(shí)間，雖然也要求用直接測(cè)量法，但溫度穩(wěn)定的定義和所用確定方法與軍用標(biāo)準(zhǔn)是不完全一樣的。

2 高低溫工作試驗(yàn)

2.1 溫度

高低溫工作試驗(yàn)的溫度通常是指平臺(tái)的誘發(fā)環(huán)境溫度。平臺(tái)誘發(fā)環(huán)境溫度雖然受自然環(huán)境基礎(chǔ)溫度的影響，但主要取決平臺(tái)特性。安裝于平臺(tái)的設(shè)備經(jīng)受的誘發(fā)環(huán)境溫度不僅取決于平臺(tái)的任務(wù)特性，還取決于其在平臺(tái)上的位置、有否冷卻措施和周圍產(chǎn)品發(fā)熱情況等，因此，通用試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中一般無法規(guī)定具體的溫度，這種溫度應(yīng)當(dāng)通過實(shí)測(cè)或者根據(jù)相似設(shè)備已經(jīng)使用過的溫度按具體情況適當(dāng)調(diào)整。當(dāng)然，如果平臺(tái)是大自然，如野外地面固定設(shè)備處于地球表面的自然環(huán)境中，則其工作溫度可以按照自然界環(huán)境空氣溫度，因此，GJB 150.4A 中給出的1%出現(xiàn)頻率和20%出現(xiàn)頻率的自然環(huán)境中高低溫工作試驗(yàn)溫度，包括日循環(huán)溫度或日循環(huán)溫度中的峰值溫度。由于冬季低緯度地區(qū)太陽輻射影響微弱，GJB 150.4A 中給出的低溫工作溫度不推薦使用日循環(huán)模擬，自然環(huán)境溫度和太陽誘發(fā)的溫度是趨于一致的。

不同的環(huán)境試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)高低溫工作試驗(yàn)的溫度的確定還會(huì)在上述原則的基礎(chǔ)上作一些工程性處理。例如，民用飛機(jī)環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)HB 6167/6167A（RTCA DO160B/160F）中對(duì)民機(jī)機(jī)載設(shè)備按載機(jī)飛行高度和機(jī)載設(shè)備所在艙段是否增壓和是否進(jìn)行溫度控制分成六大類20 小類，并對(duì)大部分類別的設(shè)備的高低溫工作溫度作了規(guī)定，這是因?yàn)橐环矫婷裼蔑w機(jī)的飛行模式單一，飛行高度有相對(duì)明確的規(guī)定，另一方面各類設(shè)備所在艙段，采取了增壓或部分增壓和溫度控制措施，對(duì)其溫度進(jìn)行了人為控制。提供這些溫度使標(biāo)準(zhǔn)更便于使用。又如GB/T 2423 標(biāo)準(zhǔn)，其高、低溫工作溫度僅推薦溫度等級(jí)，要求標(biāo)準(zhǔn)使用者根據(jù)實(shí)際測(cè)量得到的或用其他方法得到的溫度數(shù)據(jù)向其規(guī)定的溫等級(jí)圓整化。

2.2 持續(xù)時(shí)間

溫度試驗(yàn)中使受試產(chǎn)品達(dá)到溫度穩(wěn)定是一個(gè)必須遵循的重要原則，因?yàn)橹挥性谄?關(guān)鍵部件)真正達(dá)到規(guī)定工作溫度時(shí)檢測(cè)得到的功能和性能數(shù)據(jù)才能真正代表其能適應(yīng)這一溫度，試驗(yàn)才有效。

高低溫工作試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間，原則上應(yīng)是受試產(chǎn)品在試驗(yàn)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定(即熱透或冷透)所需時(shí)間，加上對(duì)受試產(chǎn)品進(jìn)行檢測(cè)所需的時(shí)間。

由于試驗(yàn)實(shí)施方式不同，產(chǎn)生不同的表述方式。如果受試產(chǎn)品處于不工作狀態(tài)隨溫度試驗(yàn)箱升降溫，則應(yīng)按GJB 150.1/150.1A 中的不工作狀態(tài)溫度穩(wěn)定的定義來確定溫度穩(wěn)定時(shí)間。試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)是受試產(chǎn)品不工作狀態(tài)達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間，受試產(chǎn)品啟動(dòng)后工作狀態(tài)重新達(dá)到溫度穩(wěn)定(即二次穩(wěn)定)所需的時(shí)間，加上二次穩(wěn)定后進(jìn)行功能性能檢測(cè)所需的時(shí)間。GJB 150.3 和GJB 150.4 的2.2.2 節(jié)均是這樣規(guī)定的。

如果受試產(chǎn)品以工作狀態(tài)隨溫度試驗(yàn)箱升溫或降溫，則溫度穩(wěn)定測(cè)量過程應(yīng)以GJB 150.1/150.1A 中規(guī)定的工作狀態(tài)定義確定溫度穩(wěn)定時(shí)間，試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)當(dāng)是受試產(chǎn)品工作狀態(tài)達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間加上功能性能檢測(cè)所需要的時(shí)間。

不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)有不同的處理方式，GJB 150.3A/GJB 150.4A 中為了確保測(cè)量得到的內(nèi)部元(部)件溫度能真正達(dá)到溫度穩(wěn)定。其試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間除了用直接測(cè)量法確定的溫度穩(wěn)定時(shí)間外，還要加上至少2h，而后加上試驗(yàn)樣品啟動(dòng)后達(dá)到二次溫度穩(wěn)定時(shí)間和進(jìn)行功能性能檢測(cè)所需的時(shí)間。GJB 150.3A/150.4A 中說明了若無法直接測(cè)量?jī)?nèi)部元(部)件溫度時(shí)，應(yīng)根據(jù)熱分析確定熱浸時(shí)間，因此GJB 150.3A/150.4A 中的高低溫工作試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間要比GJB 150.3/150.4 增加至少2h。

HB 6167/6167A 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定試驗(yàn)樣品以工作狀態(tài)隨試驗(yàn)箱升溫或降溫，高低溫試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間應(yīng)為受試產(chǎn)品工作狀態(tài)在試驗(yàn)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間再加上至少2h，而功能性能檢測(cè)應(yīng)在受試產(chǎn)品溫度穩(wěn)定后的2h 或更長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)進(jìn)行完，因此不再加上功能性能檢測(cè)所需的時(shí)間。由于是工作狀態(tài)測(cè)得的溫度穩(wěn)定時(shí)間，不存在二次熱穩(wěn)定問題。

GB/T 2423 標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)高、低溫工作試驗(yàn)的時(shí)間無具體說明，原則上是測(cè)得的或用其他方法得到的溫度穩(wěn)定時(shí)間向標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的時(shí)間等級(jí)圓整化。

GJB 150.3A 中高溫工作日循環(huán)試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)工作環(huán)境溫度的模擬日循環(huán)變化，顯然這種環(huán)境只有地面野外使用的固定安裝設(shè)備才可能遇到，裝在飛機(jī)、導(dǎo)彈、車輛、艦船上/內(nèi)的設(shè)備在工作時(shí)不會(huì)遇到這種環(huán)境。GJB 150.4A 中規(guī)定要進(jìn)行至少3 個(gè)日循環(huán)，即72h，認(rèn)為3個(gè)日循環(huán)通?？梢允乖囼?yàn)樣品達(dá)到其最高響應(yīng)溫度，當(dāng)難以重現(xiàn)溫度響應(yīng)時(shí)，最多采用7 個(gè)循環(huán)，這種情況往往出現(xiàn)在熱慣性大，溫度響應(yīng)很慢的產(chǎn)品，這種情況下有可能7 個(gè)循環(huán)以上還是看不到峰值溫度經(jīng)過24h 后變化值小于3℃的情況，此時(shí)，就用7 個(gè)循環(huán)。

3 溫度沖擊試驗(yàn)

GJB 150/150A 中安排有溫度沖擊試驗(yàn)，HB 6167/6167A 的S2 也采用溫度沖擊試驗(yàn)，用于安裝在飛機(jī)外部或內(nèi)部、但不知道溫度變化率是否大于10℃/min 的設(shè)備。GJB 150.5/150.5A 的溫度沖擊試驗(yàn)與HB 6167/6167A 中的溫度沖擊試驗(yàn)的主要區(qū)別是HB 6167/6167A 規(guī)定高、低溫下試驗(yàn)樣品要工作，并在溫度穩(wěn)定過程中檢測(cè)受試產(chǎn)品功能和性能，還要求在轉(zhuǎn)換入另一個(gè)箱中前分別停止工作2min（高溫）或30min（低溫）。

溫度沖擊試驗(yàn)的環(huán)境條件參數(shù)包括：上、下限溫度（即溫度范圍）、高低溫持續(xù)時(shí)間、高低溫之間轉(zhuǎn)換時(shí)間、循環(huán)數(shù)或沖擊方法和次數(shù)。

3.1 溫度

溫度沖擊試驗(yàn)一般不進(jìn)行中間檢測(cè)，因此為了加大溫度沖擊效應(yīng)采用高低溫貯存試驗(yàn)的溫度作為其上、下限溫度。高低溫貯存試驗(yàn)溫度的確定方法如本文4.1 節(jié)1）中所述。GB/T 2423 為液體沖擊規(guī)定了80℃～100℃的沖擊范圍。

溫度沖擊試驗(yàn)大多是恒定溫度沖擊，只有GJB 150.3A 等效采用810F 方法503 程序II，其上限溫度部分，模擬高溫日循環(huán)中從峰值高溫降到試驗(yàn)樣品最高響應(yīng)溫度經(jīng)歷的溫度和最高響應(yīng)溫度。

3.2 上、下限溫度的持續(xù)時(shí)間

溫度沖擊試驗(yàn)中在上、下限溫度上的持續(xù)時(shí)間原則上應(yīng)使試驗(yàn)樣的達(dá)到溫度穩(wěn)定，這樣才可能保證沖擊溫度的起始點(diǎn)符合要求。因此，大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)均規(guī)定為試驗(yàn)樣品達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間。各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)這一試驗(yàn)的規(guī)定也有所不同，例如GJB 150.5 中，規(guī)定為1h 或試驗(yàn)樣品達(dá)到溫度穩(wěn)定的時(shí)間，以長(zhǎng)者為準(zhǔn)，GB/T 中介質(zhì)為空氣時(shí)，溫度保持時(shí)間要根據(jù)熱容量，從10min，30min，1h，2h 和3h 五個(gè)等級(jí)中選??；介質(zhì)為液體時(shí)，溫度應(yīng)保持時(shí)間從15s ～5min 和5min ～20min 中選取。GJB 150.5A 中基于日循環(huán)的溫度沖擊程序規(guī)定，在上限值保持時(shí)間為從日循環(huán)峰值高溫日循環(huán)歷程降到試驗(yàn)樣品最高響應(yīng)溫度的時(shí)間和試驗(yàn)樣品在最高響應(yīng)溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定或至少試件整個(gè)表面溫度達(dá)到一致的時(shí)間。在下限保持達(dá)到溫度穩(wěn)定時(shí)間或至少試件整個(gè)外表溫度一致。應(yīng)當(dāng)指出，整個(gè)外表面溫度一致看來是放松了要求，但確定方法并不簡(jiǎn)單和方便。

3.3 轉(zhuǎn)換時(shí)間和循環(huán)次數(shù)

溫度沖擊試驗(yàn)應(yīng)使用兩箱法或一箱兩室法進(jìn)行。受試產(chǎn)品在兩箱或兩室間轉(zhuǎn)換的時(shí)間和循環(huán)次數(shù)各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)也不一致，GJB 150.5 規(guī)定5min 和3 個(gè)循環(huán)。

GB/T 2423 規(guī)定以氣體為介質(zhì)時(shí)為2min ～3min，5個(gè)循環(huán)；液體為介質(zhì)時(shí)，在8±2(s)和2±1(s)中選取10個(gè)循環(huán)，而GJB 150.5A 則規(guī)定轉(zhuǎn)換時(shí)間為1min，但不是規(guī)定循環(huán)數(shù)(每個(gè)循環(huán)二次沖擊)，而是規(guī)定從低溫到高溫和/或從高溫到低溫方向沖擊的次數(shù)，實(shí)際使用中遇到?jīng)_擊少的僅需一次，多的則可進(jìn)行3 次，顯然，GJB 150.5A 的沖擊次數(shù)遠(yuǎn)少于GJB 150.5。

（待續(xù)）