孫成，孫灝，陳中青，王超，劉玉石

（1.中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，揚(yáng)州 225001；2.中國(guó)船舶工業(yè)電工電子設(shè)備環(huán)境與可靠性試驗(yàn)檢測(cè)中心，揚(yáng)州 225001）

引言

高低溫、濕度、鹽霧、太陽(yáng)輻射、海水電導(dǎo)率、海水鹽度、海水溶解氧等環(huán)境因素對(duì)裝備功能性能可能會(huì)造成較大的影響，比如引起材料老化、腐蝕、脆化、長(zhǎng)霉等[1]。因此，通過(guò)環(huán)境因素監(jiān)測(cè)來(lái)找到裝備的失效機(jī)理至關(guān)重要，環(huán)境試驗(yàn)就是這樣一種方法。

在軍用裝備的前期方案論證、早中期工程研制、鑒定定型、批產(chǎn)和使用等不同階段，環(huán)境試驗(yàn)都貫穿其中，發(fā)揮著暴露裝備設(shè)計(jì)、選材、制造上的缺陷以及評(píng)估裝備壽命的作用[2]。環(huán)境試驗(yàn)中，主要包括使用環(huán)境試驗(yàn)、自然環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)。使用環(huán)境試驗(yàn)是指裝備在規(guī)定的實(shí)際使用環(huán)境下對(duì)裝備的考核，常用于裝備使用階段，根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)定型提供改進(jìn)依據(jù)，同時(shí)可以暴露出自然環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)難以發(fā)現(xiàn)的產(chǎn)品缺陷。

自然環(huán)境試驗(yàn)和實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)從不同的層面獲取材料、零部件、分機(jī)、整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性數(shù)據(jù)，它們分別以GJB 8893《軍用裝備自然環(huán)境試驗(yàn)方法》和GJB 150A《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》作為權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，全面指導(dǎo)、考核和評(píng)價(jià)裝備全壽命周期的環(huán)境適應(yīng)性水平，進(jìn)而為裝備的改進(jìn)設(shè)計(jì)提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 自然環(huán)境試驗(yàn)

1.1 定義

自然環(huán)境試驗(yàn)在GJB 8893.1-2017中的定義是：將試驗(yàn)樣品按預(yù)期使用要求放置于自然環(huán)境中，考核自然環(huán)境對(duì)其功能和（或）性能的影響，評(píng)價(jià)其環(huán)境適應(yīng)性的試驗(yàn)。其中，自然環(huán)境主要包括大氣環(huán)境、水環(huán)境、土壤環(huán)境、空間環(huán)境等[3]，試驗(yàn)樣品范圍涵蓋材料工藝、元器件、零部件、分機(jī)乃至整機(jī)。

1.2 特點(diǎn)

自然環(huán)境試驗(yàn)的特點(diǎn)包括真實(shí)性、基礎(chǔ)性、不可替代性和公益性：

1）真實(shí)性。通過(guò)自然環(huán)境試驗(yàn)，裝備受到溫度、鹽霧、太陽(yáng)輻射等多種環(huán)境因素的共同作用，能真實(shí)地反映裝備在服役期內(nèi)的損傷模式和演變規(guī)律，試驗(yàn)結(jié)果具有強(qiáng)信服力。

2）基礎(chǔ)性。自然環(huán)境試驗(yàn)是裝備環(huán)境工程中最為基礎(chǔ)的試驗(yàn)，為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。

3）公益性。自然環(huán)境試驗(yàn)廣泛應(yīng)用于軍用和民用領(lǐng)域，試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)也具有通用性。

4）不可替代性。由于地理位置的差異，世界不同國(guó)家的大氣、海水、土壤環(huán)境也不盡相同，在我國(guó)領(lǐng)土內(nèi)進(jìn)行自然環(huán)境試驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)獨(dú)一無(wú)二，具有不可替代性。

1.3 應(yīng)用

自然環(huán)境試驗(yàn)主要應(yīng)用于前期方案論證、早中期工程研制、鑒定定型、批產(chǎn)和使用等階段。試驗(yàn)條件是客觀存在的自然環(huán)境條件，非人為控制，能夠真實(shí)反映多種因素耦合作用下對(duì)樣品功性能的影響。

GJB 8893-2017《軍用裝備自然環(huán)境試驗(yàn)方法》提出了戶外、棚下、庫(kù)內(nèi)三種大氣自然環(huán)境試驗(yàn)，還有表層、長(zhǎng)尺兩種海水自然環(huán)境試驗(yàn)。通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理的剪裁試驗(yàn)項(xiàng)目、條件，科學(xué)選擇試驗(yàn)方法、試驗(yàn)順序等，既能可靠復(fù)現(xiàn)裝備預(yù)期環(huán)境效應(yīng)，又可以降低成本，提高裝備研制生產(chǎn)過(guò)程的費(fèi)效比。

我國(guó)的自然環(huán)境試驗(yàn)站選取了典型的大氣和海水環(huán)境類型，主要有海南萬(wàn)寧試驗(yàn)站-濕熱海洋大氣環(huán)境、云南西雙版納試驗(yàn)站-濕熱雨林環(huán)境、北京試驗(yàn)站-暖溫半鄉(xiāng)村環(huán)境、黑龍江漠河試驗(yàn)站-寒冷鄉(xiāng)村環(huán)境、福建廈門試驗(yàn)站-亞熱帶海洋環(huán)境、山東青島試驗(yàn)站-溫帶海洋環(huán)境等。受試樣品在自然環(huán)境下貯存的試驗(yàn)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，通常是1年至數(shù)十年的跨度。

2 實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)

2.1 定義

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)是在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，按照人為規(guī)定好的環(huán)境條件、負(fù)載條件進(jìn)行的試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然環(huán)境極端條件下的模擬。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的主要環(huán)境類型包括氣候環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、化學(xué)環(huán)境、電磁環(huán)境等。

2.2 特點(diǎn)

1）試驗(yàn)周期短。GJB 150A中霉菌試驗(yàn)約28天、鹽霧試驗(yàn)11天[4]，均已經(jīng)是較長(zhǎng)的單項(xiàng)試驗(yàn)了，所以實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的周期相對(duì)自然環(huán)境試驗(yàn)較短。

2）條件可控。相比自然環(huán)境試驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的條件是可控的，并且可以做到加嚴(yán)考核。

3）試驗(yàn)應(yīng)力耦合難以實(shí)現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)條件基本是單項(xiàng)環(huán)境因素或者2~3項(xiàng)環(huán)境因素綜合，多應(yīng)力耦合作用下對(duì)裝備的影響一直是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的盲區(qū)。

2.3 應(yīng)用

實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)主要應(yīng)用于工程研制、鑒定定型、批產(chǎn)和使用等階段。常用于工程研制階段發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品缺陷以改進(jìn)設(shè)計(jì)，也可以用來(lái)驗(yàn)證裝備的環(huán)境適應(yīng)性是否滿足研制要求的相關(guān)規(guī)定，作為產(chǎn)品批生產(chǎn)或出廠驗(yàn)收的依據(jù)。

3 區(qū)別與聯(lián)系

利用自然環(huán)境試驗(yàn)的成果，即積累的失效數(shù)據(jù)及暴露出的主要影響因素，可以作為開發(fā)更好的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)。實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)在一定程度上對(duì)自然環(huán)境試驗(yàn)進(jìn)行了延伸與拓展，二者相輔相成。

自然環(huán)境條件具有不可控性，而實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)條件是經(jīng)過(guò)了人為的簡(jiǎn)化和加嚴(yán)，造成二者之間的等效關(guān)系尚不清晰，這就導(dǎo)致了通過(guò)嚴(yán)格實(shí)驗(yàn)室環(huán)境條件考核后的裝備在實(shí)際使用中仍具有很多環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題的情況。二者之間的區(qū)別主要見表1。

表1 自然環(huán)境試驗(yàn)與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的區(qū)別

4 結(jié)論

自然環(huán)境試驗(yàn)條件是客觀不可控的，隨著季節(jié)更替、晝夜輪回會(huì)產(chǎn)生變化，能夠更為真實(shí)地反映多種環(huán)境因素綜合作用下對(duì)裝備功性能的影響，這是其與實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的本質(zhì)區(qū)別。而且，環(huán)境作用機(jī)理是一個(gè)極其復(fù)雜的非線性耦合的過(guò)程，綜合全部實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)也未必能等效模擬自然環(huán)境試驗(yàn)的效果。但是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)可以對(duì)單項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)條件進(jìn)行控制，考核能力可以超過(guò)自然環(huán)境試驗(yàn)對(duì)裝備的影響。

自然環(huán)境試驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)的發(fā)展基礎(chǔ)，實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)是自然環(huán)境試驗(yàn)的補(bǔ)充延伸，兩者之間并行發(fā)展，對(duì)于裝備全壽命周期內(nèi)的環(huán)境工程工作的進(jìn)行、提高裝備環(huán)境適應(yīng)性能力具有重要的意義。