張昭，吳敬濤，唐虎

（中航工業(yè)飛機(jī)強(qiáng)度研究所，西安 710065）

飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)管理包括氣候試驗(yàn)在飛機(jī)試驗(yàn)體系中的定位、試驗(yàn)時機(jī)、試驗(yàn)計(jì)劃、試驗(yàn)項(xiàng)目制定過程、試驗(yàn)環(huán)境應(yīng)力參數(shù)確定過程以及對試驗(yàn)執(zhí)行的管理等，還包括試驗(yàn)過程中對設(shè)備和人員的管理。全機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)是一個大的試驗(yàn)工程，需要進(jìn)行準(zhǔn)確把握和科學(xué)的管理，以充分體現(xiàn)試驗(yàn)的作用，并縮短試驗(yàn)時間，提高試驗(yàn)效率。

美國開展實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)的時間較早，具有成熟的試驗(yàn)技術(shù)，豐富的試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)，并逐步搭建起了完善的試驗(yàn)管理體系。比如美國空軍制定試驗(yàn)與評估方法體系，以及針對環(huán)境試驗(yàn)方法的MIL-STD-810系列也逐漸加入了環(huán)境工程管理的內(nèi)容[1]，并形成了飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)手冊。國內(nèi)到目前為止，沒有在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)進(jìn)行全機(jī)氣候環(huán)境的試驗(yàn)，2001年頒布的 GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》，內(nèi)容對應(yīng)MIL-STD-810中的環(huán)境工程部分，包括環(huán)境試驗(yàn)管理，該標(biāo)準(zhǔn)包括但不針對軍用飛機(jī)，國內(nèi)目前還沒有一部專門針對飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)管理的規(guī)定。文中以飛機(jī)氣候試驗(yàn)管理內(nèi)容中對試驗(yàn)的時機(jī)、定位以及管理組織形式為對象，對美國軍用飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)在其試驗(yàn)評估體系中的定位與試驗(yàn)時機(jī)進(jìn)行分析，并剖析美軍氣候環(huán)境試驗(yàn)管理技術(shù)，結(jié)合國內(nèi)相關(guān)規(guī)定，得出對國內(nèi)飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)有用的結(jié)果與結(jié)論。

1 實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的定位與時機(jī)

最新版《軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱》（GJB 775A—2012）在任務(wù) III——全尺寸試驗(yàn)一項(xiàng)明確規(guī)定了氣候試驗(yàn)的內(nèi)容，如圖1所示。美軍版的結(jié)構(gòu)完整性大綱（MIL-STD-1530D）也是如此[2]。其中國軍標(biāo)在氣候試驗(yàn)的部分規(guī)定：“應(yīng)進(jìn)行全尺寸系統(tǒng)級的氣候試驗(yàn)，以識別外場潛在的腐蝕問題。應(yīng)最大可能地識別出液體源、沉積液區(qū)和不合理的排液通道。其試驗(yàn)結(jié)果為制定部隊(duì)結(jié)構(gòu)維護(hù)計(jì)劃（FSMP）的防腐蝕措施提供依據(jù)”[3]。MIL-STD-1530D的內(nèi)容與國軍標(biāo)基本相同，不同點(diǎn)在于，沒有強(qiáng)調(diào)“外場”兩個字。兩者都沒有體現(xiàn)氣候試驗(yàn)的類型，即是外場氣候試驗(yàn)或者是實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)。GJB 775A—2102規(guī)定，“結(jié)構(gòu)完整性大綱各項(xiàng)任務(wù)應(yīng)按照 GJB 67A—2008的要求實(shí)施”。查看該國軍標(biāo)，對氣候試驗(yàn)的類型規(guī)定得非常清楚。首先，該標(biāo)準(zhǔn)將氣候試驗(yàn)歸在了地面試驗(yàn)部分，這說明結(jié)構(gòu)完整性大綱（ASIP）中要求的氣候試驗(yàn)不是外場飛行氣候試驗(yàn)；其次，在標(biāo)準(zhǔn)的氣候試驗(yàn)部分，規(guī)定“試驗(yàn)?zāi)M的氣候環(huán)境包括高溫、低溫、太陽輻射、溫度/濕度、淋雨、降雪、凍雨、結(jié)冰和低速吹風(fēng)等”[4]。這一規(guī)定說明試驗(yàn)屬于地面的實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)。

圖1 氣候試驗(yàn)在軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱中的定位

除了美軍標(biāo)以外，美國空軍發(fā)布了一系列針對試驗(yàn)與評估的指令文件，規(guī)定了空軍整個裝備試驗(yàn)評估（T&E）體系，可以從中分析其對實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的定位及相關(guān)規(guī)定。試驗(yàn)與評估過程的首要目的是交付有效及合適的系統(tǒng)，以及盡早識別和解決系統(tǒng)缺陷，T&E過程貫穿裝備的設(shè)計(jì)制造、維修升級和使用過程[5]，其時間分布如圖2所示。T&E過程的兩大類型為研發(fā)性試驗(yàn)與評估（DT&E）和運(yùn)行性試驗(yàn)與評估（OT&E）。DT&E在零件、系統(tǒng)或全機(jī)級別進(jìn)行，用以證明設(shè)計(jì)及材料的有效性和可靠性。這里的研發(fā)性試驗(yàn)和結(jié)構(gòu)完整性大綱任務(wù) II的研發(fā)性試驗(yàn)是不同的。前者涵蓋了裝備的整個壽命期旨在改進(jìn)裝備設(shè)計(jì)的試驗(yàn)，而后者指在飛機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)過程中對材料及零部件進(jìn)行的試驗(yàn)，不包括全機(jī)級別的試驗(yàn)。OT&E的首要任務(wù)是確定裝備的使用效率和適用性，不同于DT&E的是技術(shù)人員參與試驗(yàn)，OT&E強(qiáng)調(diào)操作人員在真實(shí)使用環(huán)境下對裝備進(jìn)行操作、維護(hù)和維修[6-7]。在時間上，DT&E和OT&E并沒有明顯的界限，在不同的時期，兩種試驗(yàn)過程各有側(cè)重，總的來看，DT&E過程在時間分布上偏重于系統(tǒng)從研發(fā)到投入使用過程的早期階段（產(chǎn)品研發(fā)前），OT&E在時間分布上則偏重于后期階段（產(chǎn)品研發(fā)后）。

圖2 T&E過程的時間分布[8]

分析DT&E和OT&E過程的區(qū)別，DT&E偏重于考核裝備的設(shè)計(jì)參數(shù)是否得到滿足，包括安全性、可靠性是否達(dá)標(biāo)，OT&E過程偏重于裝備的可操作性，例如飛行員座椅是否舒適，操控臺是否便于飛行員操作等。從這個角度來看，實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)無疑屬于 DT&E過程。美軍發(fā)布的相關(guān)文件也印證了這一判斷，將環(huán)境試驗(yàn)歸到了DT&E中[9-10]，見表1。從另外一個角度來看，進(jìn)行全機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的飛機(jī)應(yīng)該具備了大部分的系統(tǒng)，屬于具有代表性的產(chǎn)品，而不是研發(fā)型的試驗(yàn)件。另外，在進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)項(xiàng)目往往包含維護(hù)、后勤試驗(yàn)，也部分具有OT&E的特征。因此對于飛機(jī)來說，因?yàn)樵囼?yàn)件制造過程復(fù)雜、成本高以及周期長等特殊原因，氣候試驗(yàn)的試驗(yàn)性質(zhì)并不是特別明顯，從美國空軍實(shí)際的試驗(yàn)管理案例來看，的確如此。

表1 DT&E過程和OT&E過程的主要特點(diǎn)及項(xiàng)目舉例

F15的T&E時間分布如圖3所示[11]，第二階段的DT&E過程時間從1974年初到 1975年中期。這一階段的末期和 IOT&E時間重合，IOT&E從 1975年上半年開始進(jìn)行，這說明了DT&E和OT&E在時間上沒有明確界限。F15的氣候試驗(yàn)從1974年10月8日開始，到11月30日結(jié)束，共完成30個試驗(yàn)項(xiàng)目。從時間上看，在F15的試驗(yàn)管理上，氣候試驗(yàn)被明確歸為DT&E過程。

F/A-22的T&E管理情況與F-15有所不同[11]，從圖 4可以看出，最大的不同在于，F(xiàn)/A-22多了一個DT/OT混合試驗(yàn)的過程。這個過程從1998年下半年開始，到2003年第三季度結(jié)束。2002年9月份完成的氣候試驗(yàn)在 F/A-22的試驗(yàn)管理時被明確歸到了這個混合試驗(yàn)的過程中。對于混合試驗(yàn)，美國空軍給出的解釋是，當(dāng)受到預(yù)算、試驗(yàn)周期或時間件的可占用性限制時，DT和OT的試驗(yàn)人員必須共享試驗(yàn)設(shè)施、數(shù)據(jù)和相關(guān)資源，這類試驗(yàn)稱為混合試驗(yàn)[11]。比如核打擊生存能力試驗(yàn)，由于無法在真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境下操作，或?qū)嵤┢饋砘ㄙM(fèi)以及難度太大，因此不得不模擬真實(shí)的運(yùn)行環(huán)境，并和DT過程一起進(jìn)行。從這個定義來看，氣候試驗(yàn)合并了部分 OT&E過程，因?yàn)槟承O端自然氣候條件很難撲捉，并且實(shí)施起來周期長，成本高，因此氣候試驗(yàn)作為DT&OT過程是綜合了各種考慮的一個結(jié)果。

圖3 F15部分T&E過程時間分布

圖4 F/A-22部分T&E過程時間分布

另外，美軍的飛機(jī)氣候試驗(yàn)手冊提到了實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)在氣候環(huán)境試驗(yàn)中的定位。手冊指出全天候試驗(yàn)項(xiàng)目的內(nèi)容包括氣候試驗(yàn)和極端氣候試驗(yàn)，一般按照三個階段進(jìn)行，典型的順序?yàn)椋簩?shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)；極地、熱帶沙漠、熱帶雨林和其它極端自然氣候試驗(yàn)；使用環(huán)境試驗(yàn)[12]?？梢姡瑢?shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)是在外場氣候試驗(yàn)之前進(jìn)行的。

從結(jié)構(gòu)完整性大綱的角度來看，全機(jī)的飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)和靜力試驗(yàn)、疲勞試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)處于同等重要的地位。在美國空軍對軍用裝備的試驗(yàn)評估體系中，軍用飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)在管理上早期劃在DT&E過程中，后調(diào)整到Combined DT&OT過程中，這一變化表明美軍從成本以及周期的角度對實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)進(jìn)行了優(yōu)化管理，更加精細(xì)化與合理化。結(jié)合美軍的相關(guān)規(guī)定以及實(shí)際的操作案例可以看出，美軍飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)開展的時機(jī)在承包商 DT&E以及首飛之后，外場極端自然氣候試驗(yàn)之前。

2 飛機(jī)氣候試驗(yàn)管理

美軍的 MIL-STD-810系列標(biāo)準(zhǔn)經(jīng)過不斷的修改和完善，從一個試驗(yàn)方法的標(biāo)準(zhǔn)演變成了包含試驗(yàn)方法、環(huán)境工程以及氣候極值的綜合環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。最新版MIL-STD-810G的環(huán)境工程管理部分，對包括氣候試驗(yàn)在內(nèi)的環(huán)境試驗(yàn)管理進(jìn)行了規(guī)范，其主要的管理思想可以總結(jié)為：在不同的時期、不同的角色承擔(dān)相應(yīng)的工作。項(xiàng)目經(jīng)理/主任提出裝備的總體要求，環(huán)境工程專家制定環(huán)境試驗(yàn)計(jì)劃，試驗(yàn)工程師實(shí)施環(huán)境試驗(yàn)，如圖5所示[13]。針對環(huán)境試驗(yàn)的管理內(nèi)容，主要由環(huán)境工程專家進(jìn)行，標(biāo)準(zhǔn)對這部分內(nèi)容進(jìn)行了任務(wù)劃分，共分為6個內(nèi)容，分別為準(zhǔn)備環(huán)境工程管理計(jì)劃、定義裝備壽命期環(huán)境剖面、制定使用環(huán)境文件、制定環(huán)境適應(yīng)性準(zhǔn)則、準(zhǔn)備環(huán)境試驗(yàn)詳細(xì)方案、以及準(zhǔn)備環(huán)境試驗(yàn)報告。

圖5 MIL-STD-810G任務(wù)劃分

針對軍用飛機(jī)的實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)，美軍的相關(guān)文件進(jìn)行了進(jìn)一步展開[12]。在計(jì)劃管理階段，氣候試驗(yàn)工程師的首要任務(wù)有三個，分別為：確定飛機(jī)需要進(jìn)行的氣候環(huán)境、試驗(yàn)類型，準(zhǔn)備一個氣候環(huán)境條件的參數(shù)表，以及確定測量設(shè)備和數(shù)據(jù)采集要求。初始的氣候試驗(yàn)計(jì)劃需要在試驗(yàn)開始實(shí)施之前 2～3年開始進(jìn)行。準(zhǔn)備一些大概的想法（比如大的試驗(yàn)工況，大概試驗(yàn)小時數(shù)等），然后隨著試驗(yàn)飛機(jī)詳細(xì)的數(shù)據(jù)增加，來細(xì)化試驗(yàn)計(jì)劃。一旦試驗(yàn)環(huán)境條件確定，制定一個包含飛機(jī)各子系統(tǒng)的詳細(xì)試驗(yàn)計(jì)劃。這些計(jì)劃將由負(fù)責(zé)各個飛機(jī)系統(tǒng)的工程師進(jìn)行編寫。如果可能，子系統(tǒng)工程師可以到試驗(yàn)現(xiàn)場參與氣候試驗(yàn)，在氣候試驗(yàn)工程師的技術(shù)指導(dǎo)下。各系統(tǒng)的試驗(yàn)計(jì)劃需要由氣候試驗(yàn)工程師整合成一個整體計(jì)劃。這一計(jì)劃將所有的活動和事件結(jié)合在一起，詳細(xì)規(guī)定了所有的目標(biāo)如何實(shí)現(xiàn)。計(jì)劃需要足夠詳細(xì)，使氣候?qū)嶒?yàn)室進(jìn)行準(zhǔn)備（比如：目的、環(huán)境條件、室內(nèi)條件、測采集方法等），為了達(dá)到這個要求，氣候試驗(yàn)工程師需要飛機(jī)子系統(tǒng)工程師的協(xié)助。

美軍環(huán)境試驗(yàn)管理組織形式的特點(diǎn)是明確分工，詳細(xì)規(guī)定了不同的角色介入的階段、承擔(dān)的任務(wù)以及需要出具的報告。從試驗(yàn)管理相關(guān)規(guī)定以及其具體操作來看，美軍對試驗(yàn)計(jì)劃非常重視，體現(xiàn)為早規(guī)劃，要求提前2～3年開始進(jìn)行試驗(yàn)計(jì)劃，以及計(jì)劃的深入性，從整機(jī)的試驗(yàn)計(jì)劃細(xì)分每個子系統(tǒng)的試驗(yàn)計(jì)劃。

3 國內(nèi)外對比

1）試驗(yàn)時機(jī)與定位對比。如上文提到的，在中美兩國的軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱中，對于飛機(jī)氣候試驗(yàn)的目的與定位基本上相同，氣候試驗(yàn)和飛機(jī)靜力試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)以及疲勞試驗(yàn)/損傷容限試驗(yàn)同等重要，從零件、部件到整機(jī)級對飛機(jī)進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)驗(yàn)證。另外，GJB 4239—2001中關(guān)于實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的一項(xiàng)工作項(xiàng)目為“飛行器安全性環(huán)境試驗(yàn)”，其規(guī)定“本工作項(xiàng)目要求進(jìn)行飛行器首飛前的安全性環(huán)境試驗(yàn)，以確保飛行器首飛的安全”[14]。該項(xiàng)試驗(yàn)的試驗(yàn)時機(jī)與美軍的實(shí)際應(yīng)用情況來并不一致，F(xiàn)-15和 F-22的實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)均在首飛后進(jìn)行。針對軍用飛機(jī)來說，GJB 4239提出的該項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)時機(jī)是否合理，需要國內(nèi)具備了全機(jī)氣候試驗(yàn)?zāi)芰σ院笤趯?shí)踐中驗(yàn)證。另外，盡管軍用飛機(jī)結(jié)構(gòu)完整性大綱沒有明確說明ASIP的任務(wù)編號代表全尺寸試驗(yàn)的試驗(yàn)順序，筆者認(rèn)為，其任務(wù)編號的順序大致可以表示試驗(yàn)順序，其試驗(yàn)任務(wù)編號的先后順序?yàn)椋红o力試驗(yàn)、首次飛行試驗(yàn)、耐久性試驗(yàn)、損傷容限試驗(yàn)和氣候試驗(yàn)。

2）試驗(yàn)管理的對比。盡管 GJB 150參考了MIL-STD-810試驗(yàn)方法的內(nèi)容，兩者在內(nèi)容上差別不大，作為環(huán)境工程的GJB 4239在內(nèi)容上與MIL-STD-810G相應(yīng)的環(huán)境工程部分有較大的差別，前者基于國內(nèi)的組織管理體制，對管理工作內(nèi)容進(jìn)行了針對性的規(guī)定。在組織形式上，后者以三種角色在裝備環(huán)境工程不同階段和承擔(dān)任務(wù)的不同為依據(jù)進(jìn)行展開，由于國內(nèi)裝備生產(chǎn)體制的不同，GJB 4239并沒有在一開始就明確劃分裝備環(huán)境工程過程中的不同角色，并按其不同的職能來編寫，其主要是按照裝備環(huán)境工程的不同階段的任務(wù)為組織依據(jù)，其將環(huán)境工程分為四個部分進(jìn)行描述，分別為環(huán)境工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)以及環(huán)境試驗(yàn)與評價。在對某些部分行進(jìn)規(guī)定時，標(biāo)準(zhǔn)對訂購方和承制方的責(zé)任進(jìn)行了指定。另外，GJB 4239依據(jù)裝備處于的不同階段對環(huán)境試驗(yàn)的類型進(jìn)行了明確的劃分，包括方案和工程研制階段、定型階段、生產(chǎn)階段和使用階段，這是美軍標(biāo)沒有的內(nèi)容。另外一個比較大的區(qū)別是 GJB 4239增加了上文提到的“飛行器安全性環(huán)境試驗(yàn)”這一具體的試驗(yàn)項(xiàng)目?？偟膩碚f，GJB 4239的內(nèi)容對國內(nèi)的裝備生產(chǎn)使用情況更具有針對性和更具體。

另外，作為裝備環(huán)境試驗(yàn)的一部分，實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)氣候試驗(yàn)的內(nèi)容包含在GJB 4239及MIL-STD-810之中，這些標(biāo)準(zhǔn)是軍用裝備環(huán)境試驗(yàn)的通用標(biāo)準(zhǔn)。美國開展實(shí)驗(yàn)室飛機(jī)氣候環(huán)境試驗(yàn)的時間較早，試驗(yàn)條件比較成熟，具備針對飛機(jī)氣候試驗(yàn)的管理手冊及規(guī)定，國內(nèi)在這一點(diǎn)上還相對欠缺，隨著國內(nèi)飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候環(huán)境試驗(yàn)研究的進(jìn)行，將逐漸得到補(bǔ)充和完善。

4 結(jié)論

1）隨著國內(nèi)飛機(jī)實(shí)驗(yàn)室氣候試驗(yàn)的開展，需要盡快建立相關(guān)的規(guī)范與手冊。

2）結(jié)合軍用飛機(jī)研制過程的特點(diǎn)以及美軍的經(jīng)驗(yàn)，飛機(jī)氣候試驗(yàn)的合理時機(jī)應(yīng)在飛機(jī)首飛后，外場自然極端氣候試驗(yàn)之前。

3）考慮全機(jī)氣候試驗(yàn)的規(guī)模、試驗(yàn)周期以及成本，應(yīng)將研制、定型以及后續(xù)階段的試驗(yàn)進(jìn)行合理融合，不必重復(fù)進(jìn)行。

4）國內(nèi)在飛機(jī)氣候試驗(yàn)的管理形式上，需要加強(qiáng)分工，明確訂購方、承制方以及承試方的具體任務(wù)與職責(zé)，并重視試驗(yàn)計(jì)劃。

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