□ 吳超云 明志茂 黃英齡

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艦載裝備環(huán)境剖面構(gòu)建及環(huán)境要求分析

□ 吳超云 明志茂 黃英齡

艦載武器裝備環(huán)境剖面是指艦載武器型號在壽命期內(nèi)各種事件和對應(yīng)的環(huán)境因素時序及時間頻度的描述，它是裝備耐環(huán)境設(shè)計的前提和基礎(chǔ)。GJB4239中工作項目201-203中要求裝備在論證階段應(yīng)提出壽命期剖面和初步的壽命期環(huán)境剖面，方案階段要求提出最終的環(huán)境剖面，并確定環(huán)境類型及其量值。當(dāng)前急需針對艦載武器裝備進(jìn)行環(huán)境剖面的研究，明確其環(huán)境要求，從源頭設(shè)計開始，減緩或消除環(huán)境對產(chǎn)品的性能影響。

環(huán)境剖面構(gòu)建及環(huán)境要求確定方法

任務(wù)剖面是確定環(huán)境剖面的基礎(chǔ)和前提，通過對任務(wù)剖面中環(huán)境事件的分析，得出任務(wù)過程中的遭遇環(huán)境應(yīng)力類型，根據(jù)任務(wù)剖面各階段的任務(wù)特性參數(shù)，導(dǎo)出相應(yīng)的環(huán)境應(yīng)力持續(xù)的時間，從而得到環(huán)境剖面。在確定任務(wù)剖面中各環(huán)境因素、強度及出現(xiàn)的頻度和時間之后，結(jié)合產(chǎn)品自身的材料、結(jié)構(gòu)特點、功能特性、技術(shù)指標(biāo)、工作模型等信息，分析各種環(huán)境對產(chǎn)品性能及使用的影響，確定需要考慮的主要環(huán)境因數(shù)，去除影響不大或者沒有影響的環(huán)境因素，使得環(huán)境剖面得到進(jìn)一步簡化。最終根據(jù)簡化環(huán)境剖面中環(huán)境類型和量值，取各環(huán)境因素極值確定最終產(chǎn)品的環(huán)境要求。環(huán)境剖面構(gòu)建及環(huán)境要求確定方法的步驟主要包括：

任務(wù)剖面確定

一般情況下研制文件中主要包含了裝備任務(wù)剖面、壽命周期及環(huán)境條件等信息，這些數(shù)據(jù)可以直接在環(huán)境剖面構(gòu)建中使用；另外有部分隱含的信息（如某些功能和性能的使用改變了周圍的環(huán)境），這些信息為進(jìn)一步細(xì)化環(huán)境剖面提供了線索。故裝備的任務(wù)剖面主要來源于研制文件。

環(huán)境事件分析

產(chǎn)品在出廠后的壽命期內(nèi)一般會反復(fù)遇到運輸、貯存、后勤保障、使用等多種狀態(tài)。每種狀態(tài)中對應(yīng)了多個環(huán)境事件。因此，需列舉出每一個狀態(tài)下的環(huán)境事件，并對環(huán)境事件中的環(huán)境因素進(jìn)行分析，確定其主要影響環(huán)境因素。

環(huán)境應(yīng)力分析

在環(huán)境事件分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步確定各環(huán)境因素的應(yīng)力量值。此時環(huán)境應(yīng)力的數(shù)據(jù)來源主要包括實測應(yīng)力、估計應(yīng)力和參考應(yīng)力，按照數(shù)據(jù)來源優(yōu)先的次序如下：實測應(yīng)力，根據(jù)裝備在實際使用中執(zhí)行典型任務(wù)時，對其進(jìn)行實際測量，獲得實際環(huán)境數(shù)據(jù)，對實測環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析處理后確定的應(yīng)力；估計應(yīng)力，根據(jù)具有相似用途的裝備在執(zhí)行相似典型任務(wù)剖面時測得的數(shù)據(jù)，經(jīng)過分析處理后確定的應(yīng)力。只有在無法得到實測應(yīng)力的情況下方可使用估計應(yīng)力；參考應(yīng)力，在得不到實測應(yīng)力和估計應(yīng)力的情況下，可搜集相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)文獻(xiàn)的歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，補充構(gòu)成環(huán)境剖面中數(shù)據(jù)。

環(huán)境剖面構(gòu)建

通過對自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境因素對裝備的影響分析，確定影響裝備的戰(zhàn)備完好性和任務(wù)成功性的關(guān)鍵環(huán)境因素，并將這些環(huán)境的種類及環(huán)境量值按照時間次序串接起來，最終構(gòu)成裝備的壽命期環(huán)境剖面。

環(huán)境要求確定

在確定環(huán)境剖面之后，結(jié)合產(chǎn)品自身特點，根據(jù)環(huán)境剖面中環(huán)境類型，取其極值，最終確定環(huán)境要求。環(huán)境要求應(yīng)包括環(huán)境適應(yīng)性要求和環(huán)境適應(yīng)性驗證兩個方面。環(huán)境適應(yīng)性要求為技術(shù)指標(biāo)，是設(shè)計要求；環(huán)境適應(yīng)性驗證則是一種試驗驗證及分析要求。

典型艦載裝備環(huán)境剖面構(gòu)建研究

艦載裝備在壽命期任務(wù)剖面內(nèi)的每一個具體的事件，均對應(yīng)著相應(yīng)的自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。如果將這一系列的具體時間所對應(yīng)的自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境中的各種環(huán)境應(yīng)力類型和量值按時序集合，則形成了艦載裝備壽命期環(huán)境剖面。

環(huán)境應(yīng)力分析

艦載裝備的環(huán)境事件主要有：有建筑的除濕貯存、卡車運輸和裝卸、船塢維修、裝艦和基地停泊、碼頭訓(xùn)練、維修保養(yǎng)、近海任務(wù)、遠(yuǎn)海任務(wù)等。其中近海任務(wù)和遠(yuǎn)海任務(wù)包括艦載環(huán)境的簡易庫房貯存、訓(xùn)練、維修保養(yǎng)、執(zhí)行任務(wù)等環(huán)境事件。以下對各事件的環(huán)境因素及量值進(jìn)行分析。

庫房貯存階段環(huán)境分析。根據(jù)GJB 2270《軍用物質(zhì)貯存環(huán)境條件》規(guī)定，庫房貯存階段嚴(yán)酷度等級為Ⅰ-Ⅱ級，環(huán)境相對溫和，且量值可控，其如圖1所示。該階段艦載裝備主要考慮自然環(huán)境影響因素，誘導(dǎo)環(huán)境影響相對較少，主要考慮靜載荷環(huán)境的影響。參考標(biāo)準(zhǔn)GJB 2270 可知，庫房貯存階段自然環(huán)境因素主要包括低溫、高溫、溫度沖擊、濕熱、低氣壓、太陽輻射、降雨強度、風(fēng)速等。

后勤階段環(huán)境分析。后勤階段環(huán)境事件主要有汽車運輸和船塢維修保障，包括了自然環(huán)境因素和誘發(fā)環(huán)境因素，其綜合嚴(yán)酷度等級達(dá)到Ⅱ級。該階段環(huán)境事件根據(jù)GJB 3493《軍用物質(zhì)運輸環(huán)境條件規(guī)定》，按最惡劣的環(huán)境進(jìn)行分析原則，汽車運輸過程中所遭遇自然環(huán)境因素包括溫度（包括高、低溫和溫度變化）、濕度、太陽輻射、低氣壓、風(fēng)、雨、鹽霧等。誘發(fā)環(huán)境因素主要包括振動、沖擊、穩(wěn)態(tài)加速度、靜壓力等。在船塢維修過程中，則主要考慮自然環(huán)境因素對艦載設(shè)備的影響，在陸地運輸中隨機振動的力學(xué)環(huán)境對艦載裝備的影響較大，為主要的環(huán)境影響因素，采用汽車艦載裝備，振動將直接傳遞到裝備本身，因此，該階段艦載裝備的振動環(huán)境認(rèn)為與汽車的振動一致。汽車的振動是由路面粗糙或不平以及汽車動力傳輸旋轉(zhuǎn)不平衡造成的。振動的幅值取決于所有汽車的類型、汽車裝載情況和駕駛員的技術(shù)等。

使用階段環(huán)境分析

艦載裝備使用階段的環(huán)境主要考慮裝備隨艦值班和訓(xùn)練時所遇的艦載海洋環(huán)境因素，主要包括了自然環(huán)境因素和誘導(dǎo)環(huán)境因素。在該階段經(jīng)歷的環(huán)境事件主要包括碼頭訓(xùn)練、維修保養(yǎng)、近海任務(wù)和遠(yuǎn)海任務(wù)，其環(huán)境嚴(yán)酷度等級達(dá)到Ⅲ-Ⅳ級。根據(jù)艦載裝備不同的安放位置，把艦載的環(huán)境因素分為艦面和艙內(nèi)環(huán)境因素，艦面自然環(huán)境因素的量值確定主要依據(jù)國家海洋信息中心所公布的海洋信息數(shù)據(jù)庫以及GJB 1060.2《艦船環(huán)境條件要求 氣候環(huán)境》；同樣艙內(nèi)自然環(huán)境因素量值相對溫和，部分可控，它的量值確定主要依據(jù)GJB 1060.2《艦船環(huán)境條件要求 氣候環(huán)境》。

此外，艦載裝備中另一個重要因素為誘發(fā)環(huán)境因素，主要包括振動、沖擊和傾斜搖擺環(huán)境因素等。在艦面環(huán)境中，受到的振動搖擺環(huán)境是由艦船的設(shè)備和船對海浪的響應(yīng)造成，其振動環(huán)境幅值取決于船舶類型，猛烈的緊急制動力的大小和船舶航行中的最大海浪高度。

艦載裝備環(huán)境要求確定

自然環(huán)境要求

溫度。艦載裝備工作中能暴露于-50℃低溫，70℃高溫，-50℃/25℃溫度沖擊的環(huán)境中100h以上，并按規(guī)定的功能完成工作。

濕度。艦載裝備工作中能暴露于溫度為38℃時，40%～95%的濕度環(huán)境中8760 h以上，并按規(guī)定的功能完成工作。在壽命期內(nèi)，霧氣或冷凝水應(yīng)不會造成裝備性能下降。

低氣壓。艦載裝備在經(jīng)受53Kpa的低氣壓之時或會后能按規(guī)定的功能完成工作。

太陽輻射。艦載裝備在經(jīng)受8760 h，強度為1110w/m2的太陽輻射之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

淋雨。艦載裝備在經(jīng)受8760h，降雨強度為31.2mm/min的淋雨之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

鹽霧。艦載裝備在經(jīng)受8760h，沉降量為5mg/m3的鹽霧之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

砂塵。艦載裝備在經(jīng)受100h，沉降量100mg/m3的砂和3mg/m2·h的塵之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

風(fēng)速。艦載裝備在經(jīng)受8760h，速度為95m/s的風(fēng)之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

誘發(fā)環(huán)境要求

隨機振動。艦載裝備在經(jīng)受100h，均方根加速度為24.89 m/s2，最高加速度譜密度為40m2/s4/Hz的隨機振動之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

沖擊。艦載裝備在經(jīng)受100h，后峰鋸齒形脈沖，峰值加速度1000m/s2的沖擊振動之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

傾斜和搖擺。艦載裝備在經(jīng)受8760h，橫傾15°，縱傾10°，搖擺45°，橫搖周期5～14s，縱搖15°，縱搖周期4～8s的傾斜和搖擺之時或之后能按規(guī)定的功能完成工作。

（作者單位為廣電計量檢測股份有限公司）