楊欣磊，王忠,2，黃鐸佳

（1. 工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610；2. 廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術重點實驗室，廣州 510610）

隨著軍用裝備使用和貯存環(huán)境復雜多樣化程度的不斷提升，對其環(huán)境適應性能力產(chǎn)生影響的環(huán)境應力因素也不斷被研制單位、使用人員和維護機構所挖掘并重視。由于實驗室試驗技術的不斷發(fā)展，軍用裝備核心組部件集成化規(guī)模加劇，更多新的環(huán)境應力因素也逐漸從重要度等級較低的可忽略因素轉變?yōu)閷娪醚b備壽命周期產(chǎn)生較大影響的關鍵因素[1-3]。

1 研究需求

1.1 軍事需求

流體污染作為一種嚴酷的環(huán)境應力，可能改變軍用裝備構成材料的物理性質，在經(jīng)歷過一定的貯存或使用時間后，對裝備材料或電路造成漸進性或永久性損壞。首先，流體污染可能會導致塑料、橡膠的形變裂紋，密封材料或墊圈的滲漏失效，防護材料粘結腐蝕脫開，結構材料融化分解等，進而導致裝備產(chǎn)品壽命和可靠性的降低。其次，受到流體污染后的設備材料也許不會立刻發(fā)生明顯的劣化，然而可能會在其他氣候或機械環(huán)境條件下隨時暴露出故障或失效影響現(xiàn)象，使得裝備產(chǎn)品可靠性下降，嚴重影響其任務完好性。

1.2 標準貫徹實施需求

現(xiàn)階段，由于缺乏成熟的可參照標準，流體污染試驗在國內(nèi)的應用范圍還不廣泛，實施手段與國外先進試驗技術相比也非常不成熟。目前在國內(nèi)軍用實驗室范圍，對于流體污染試驗的基本要求和實施方法作出相關描述或規(guī)定的標準就是GJB 150.26—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第26部分：流體污染試驗》。該標準具有目標對象明確、方法概述系統(tǒng)性強、流程完整充實的優(yōu)點，然而在試驗實施細節(jié)上還存在描述模糊抽象、參數(shù)規(guī)定原則不清晰等問題。因此基于該標準在工程實踐中開展流體污染試驗還具有一定的局限性。

結合以上兩點，文中基于理解明確的GJB 150.26，面向對應試驗實施方法進行研究，對完善國內(nèi)實驗室環(huán)境試驗技術能力起到推進作用，并有助于對國內(nèi)主要軍用標準GJB 150系列的有效貫徹實施?？梢燥@著提高軍用裝備在設計研制階段對流體污染環(huán)境應力的適應性，助力軍用裝備任務可靠性和作戰(zhàn)完好性的不斷發(fā)展。

2 GJB 150.26現(xiàn)狀及適用范圍

常用的流體污染試驗標準包括美軍標MIL-STD-810G 《Method 504.1 Contamination by Fluids》，以及民機適航試驗依據(jù)的主要環(huán)境試驗標準 RTCA/DO-160G《機載設備環(huán)境條件與測試程序第 11章流體敏感性》。GJB 150.26屬于GJB 150A—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》的第26部分，于2009年5月由我軍總裝備部發(fā)布并施行。這一系列標準作為目前國內(nèi)軍工領域研制產(chǎn)品環(huán)境與可靠性工程應用最廣泛的試驗標準，其主要構型和基本內(nèi)容是完全等效采用美軍標MIL-STD-810G版本[4-6]。

作為剪裁標準，GJB 150A的核心特征時具有很大的靈活性，使用得當，可以避免簡單套用GJB 150菜單式標準所帶來的過設計、過試驗或欠設計、欠試驗問題，可以最大限度地保持標準的靈活性，降低研制的費用和研制周期。由于在上一版本 GJB 150—1986《軍用設備環(huán)境試驗方法》中尚未對流體污染試驗進行標準實施規(guī)定，因此盡管已經(jīng)隸屬于新版的GJB 150A系列標準，但其版本號依然與舊版本的GJB 150系列保持一致。

標準中明確規(guī)定該試驗方法適用于在貯存與工作狀態(tài)中的軍用裝備。按照不同軍兵種的裝備類型，或按照貯存與工作環(huán)境的差異，或按照污染性流體的種類，均有不同適用范圍的定義。當前流體污染試驗主要是從不同軍用裝備的貯存和工作環(huán)境特點進行適用范圍考慮，能夠得到軍用裝備經(jīng)受流體污染環(huán)境應力的多個影響場景[7]。

例如在工作環(huán)境下，軍用裝備的機械結構、轉動部件、作動部件在工作過程中可能接觸潤滑油，液壓系統(tǒng)工作時始終要傳遞液壓油，動力系統(tǒng)工作時要靠輸入燃油產(chǎn)生驅動力，液冷設備需將冷卻液通入功率較高的設備降溫。在貯存環(huán)境，寒冷環(huán)境下的裝備表面需要噴涂除冰劑，精密材料裝備需要噴灑殺蟲劑來防止生物損傷，閃點低、隔熱效果差的塑料材料貯存在干燥熱環(huán)境下需要涂覆滅火劑等[8-11]。以上均為裝備壽命周期內(nèi)經(jīng)歷流體污染的實際情況，基于貯存與工作狀態(tài)對流體污染影響場景進行歸納分析，有助于更系統(tǒng)全面地按照GJB 150.26進行試驗程序的設置。

此外，標準列舉了8種典型的軍用裝備受流體污染應力作用后的失效影響，歸納見表1。這些影響效應反映了裝備受流體污染應力后的最主要失效表征行為，有助于深入分析歸納適用于該試驗項目的相關特征軍用裝備。

表1 流體污染失效影響及表征

3 主要試驗參數(shù)選取原則

GJB 150.26標準中，相關試驗參數(shù)主要由“暴露時間”、“污染流體種類”、 “試驗溫度”、“保持時間”等要素構成[11]。其中標準對暴露時間、流體種類、試驗溫度等情況進行了詳細的解釋和說明。

3.1 暴露時間

描述了軍用裝備在壽命周期內(nèi)受流體污染環(huán)境應力影響的次數(shù)和間隔時間，標準中按照偶然性污染、間斷性污染和長期性污染進行了劃分，因此應該統(tǒng)一稱之為“污染頻率”。

試驗前對于污染頻率的選取要結合軍用裝備服役和執(zhí)行任務的環(huán)境進行區(qū)分：裝備1年內(nèi)僅可能出現(xiàn)1～2次污染場景的為偶然性污染；裝備發(fā)生有時間規(guī)律性的流體污染場景的為間斷性污染；裝備長期暴露于污染流體場景下的為長期性污染。不同污染頻率的選擇意味著試驗實施時將采用不同的實施方法。

3.2 保持時間

保持時間即試驗持續(xù)的總時長，包含了施加流體的時間和瀝干靜置的時間，統(tǒng)一稱之為“試驗時間”。標準中僅有一個試驗程序，規(guī)定了保持時間一般不短于8 h，而試驗程序中一般以“8 h瀝干時間+16 h靜置保持時間”作為整體的保持時間。

3.3 污染流體種類、試驗流體、試驗流體的組合之間的區(qū)別

這三個概念表面上看都是在定義污染性流體，實質上在標準中的內(nèi)涵有所區(qū)別。“污染流體種類”指的是軍用裝備壽命期內(nèi)主要常見的污染性流體的歸納集合，標準中具體列舉了每一種典型流體的名稱（包括其施加時的最佳設置溫度，見標準附錄 A中表A.1）；“試驗流體”內(nèi)容主要是對“污染流體種類”的簡單補充說明，重點在于對流體選擇的可剪裁性進行了規(guī)定；“試驗流體的組合”內(nèi)容偏向于試驗實施時流體的施加方式，按照單獨施加、多種流體混合施加、多種流體按順序連續(xù)施加進行區(qū)分。

其中污染流體種類的選取應依照軍用裝備研制和使用部門提供的相關工作規(guī)范，結合壽命剖面特點進行合理選擇。試驗流體施加方式則應充分考慮所有需施加的污染性流體相互耦合作用下的破壞性影響和對試驗結果評價的干擾性影響，如混合施加流體時應考慮流體之間因化學作用導致本身特性失效的情況。

3.4 試驗溫度

按照試件溫度、流體溫度、保持溫度進行劃分。試件溫度指經(jīng)受流體污染試驗前受試軍用裝備的溫度，旨在模擬裝備貯存或工作時的任務狀態(tài)；流體溫度指試驗時施加于受試產(chǎn)品的污染性流體溫度，一般能夠反映最惡劣、最嚴酷的環(huán)境應力；保持溫度指流體施加后將受試產(chǎn)品置于試驗箱中按保持時間瀝干狀態(tài)下的環(huán)境溫度。

對于各試驗溫度參數(shù)的選取，同樣應按照軍用裝備的貯存和工作溫度范圍進行設定。由于高溫下的污染性流體對裝備表面或內(nèi)部的劣化作用最為明顯，因此一般以受試產(chǎn)品的最高工作溫度作為試件溫度和保持溫度。

綜上所述，為了按照GJB 150.26開展流體污染試驗，必須對與該試驗流程相關的試驗參數(shù)進行梳理與定義，明確試驗參數(shù)在試驗中的作用與內(nèi)涵，并進而掌握其選取原則，為試驗的實施建立基礎輸入。

4 試驗實施程序研究

基于GJB 150.26的試驗程序典型架構，試驗程序的主要步驟構成為：試驗件放置→試驗條件設定→流體施加與噴淋→瀝干與保持→程序循環(huán)→試驗后檢測與評價。按照污染頻率的不同，將“流體施加與噴淋”程序內(nèi)容又分為“偶然性污染”、“間斷性污染”和“長期性污染”的實施要求，實施時需要先明確選取哪種污染頻率，然后再按照相應的要求進行試驗。

具體程序步驟為：1）被試品按要求連接或安裝，放置在試驗箱內(nèi)；2）試驗前檢測，按規(guī)定的試件溫度穩(wěn)定被試品；3）按規(guī)定要求選取適當?shù)奈廴绢l率，對被試品進行流體施加（偶然性污染——在被試品表面施加流體，試驗程序要求僅施加1次；間斷性污染——進行3個循環(huán)的試驗，每個循環(huán)包括8 h保持濕潤時間和16 h瀝干時間，其中瀝干時試驗箱內(nèi)的溫度規(guī)定為保持溫度；長期性污染——被試品完全浸入流體內(nèi)，以規(guī)定的流體溫度保持24 h）；4）自然瀝干被試品；5）被試品在保持溫度下保持8 h，目視檢查劣化情況，如被試品出現(xiàn)表面結構材料劣化，則試驗不合格，需進行故障分析流程；6）如無劣化，繼續(xù)保持 16 h；7）重復步驟 5）和 6），共完成 2個24 h的保持；8）恢復常溫，檢查被試品外觀和功能性能，如出現(xiàn)外觀和功能性能方面的故障，則試驗不合格，需進行故障分析流程。如被試品外觀正常，且能夠正常工作，則判定完成流體污染試驗。

另外，試驗時若采用多種流體進行試驗，則需要確定是連續(xù)施加還是非連續(xù)施加：連續(xù)施加——按流體溫度從高到低的順序，在步驟3）進行重復，直至把全部流體都施加完再接著進行步驟4）；非連續(xù)施加——重復步驟3）—7），直至施加完全部的流體。

根據(jù)標準歸納出上述試驗程序的組織流程體系如圖1所示。

5 工程應用實例

基于GJB 150.26的流體污染試驗，目前在航空裝備各型號的環(huán)境鑒定試驗階段應用廣泛，同時也在民用航空材料的橫向試驗中得到驗證支持。結合型號工作，選取一種典型的航空機載產(chǎn)品，按照其典型的使用場景和任務剖面對其選取試驗參數(shù)、制定試驗程序，結合第4節(jié)的一般試驗流程，完成基于GJB 150.26的流體污染試驗實施工作。

現(xiàn)有某航空產(chǎn)品研究所研制的電動油門機構，根據(jù)該成品的技術協(xié)議和產(chǎn)品規(guī)范文件，其外部結構材料為復合金屬材料，用于某型軍用飛機動力系統(tǒng)的油門控制組件。其主要功能是響應油門桿的傳動，并控制動力系統(tǒng)改變發(fā)動機轉速和功率，以適應不同飛行工況的動力需求。其典型工況任務剖面的工作環(huán)境溫度是85 ℃，由于直接與油門傳動機構連接，因此在壽命周期內(nèi)不可避免地會受到多種污染性流體的環(huán)境應力作用，如潤滑油、液壓油、燃料等，又因為此類型的機載產(chǎn)品采用嚴格的密封措施，因此周期內(nèi)受污染作用的次數(shù)不超過2次?，F(xiàn)基于GJB 150.26對該產(chǎn)品進行流體污染試驗程序構建并實施。

5.1 試驗參數(shù)進行選取

按照技術協(xié)議文件的要求選取試驗參數(shù)：污染頻率選取“偶然性污染”；試件溫度和保持溫度與其工作環(huán)境溫度一致，均為85 ℃；施加的流體為產(chǎn)品壽命周期內(nèi)常見典型流體——潤滑油（ВНИИНП-50-1-4Ф）、液壓油（YH-15）、燃油（3號噴氣燃料，GB6537）；流體溫度按照 GJB 150.26附錄 A中表A.1進行選取，潤滑油為70 ℃，液壓油為70 ℃，燃油為60 ℃；流體施加方式為連續(xù)施加，由于3種試驗流體溫度不同，因此按照從高到低的順序進行施加，即先施加潤滑油和液壓油，再施加燃油。

5.2 溫度穩(wěn)定階段

試驗前對被試品外觀與功能性能進行檢測，均確認完好，之后將被試品放入試驗箱。調(diào)節(jié)試驗箱溫度升至85 ℃，并保持穩(wěn)定。將潤滑油和液壓油溫度穩(wěn)定在70 ℃，將燃油溫度穩(wěn)定在60 ℃。

5.3 流體噴淋階段

依次將潤滑油、液壓油、燃油施加在被試品表面，使其整個暴露表面都沾滿試驗流體。試驗情況如圖2所示。

5.4 瀝干保持階段

將被試品置于85 ℃條件下，自然瀝干8 h，期間不允許轉動和擦拭被試品表面。8 h后，通過試驗箱窗口目視被試品表面劣化情況，被試品表面未發(fā)生劣化現(xiàn)象。繼續(xù)在85 ℃條件下保持16 h，上述24 h保持時間視為1個循環(huán)。重復上述步驟，繼續(xù)完成2個24 h循環(huán)。將試驗箱溫度恢復常溫，待被試品穩(wěn)定后，對其進行外觀與功能性能檢測，被試品外觀正常，連接外部測試設備進行功能性能檢測結果均完好。因此判定被試品通過流體污染試驗，試驗結束。

以上試驗過程即為基于GJB 150.26的軍用裝備流體污染試驗程序及實施過程，該部分內(nèi)容注重于對試驗程序實施過程的研究，對試驗設備要求、試驗基本信息要求、試驗中斷要求等方面論述不多，以待后續(xù)進一步研究。

6 結語

國內(nèi)環(huán)境工程領域對于流體污染試驗的應用還不廣泛，文中通過對GJB 150.26的分析，從試驗需求和背景、標準應用現(xiàn)狀對本標準的適用范圍進行明確闡述，并解讀標準中試驗參數(shù)的選取原則，梳理試驗實施程序，完善了基于標準進行試驗實施的流程體系。根據(jù)歸納總結的流體污染試驗實施程序，結合工程應用中的實際案例進行了試驗實施，從而為我國環(huán)境工程特種環(huán)境試驗實施過程提供了理論研究基礎和實施方法技術支撐。