盧麗金，沈祖輝

（航空工業(yè)第一飛機(jī)設(shè)計(jì)研究院，西安 710089）

外掛系統(tǒng)是當(dāng)今作戰(zhàn)飛機(jī)的主要武器之一，隨著飛機(jī)平臺(tái)性能的不斷提升和外掛武器系統(tǒng)的不斷升級(jí)以及作戰(zhàn)能力的迅速發(fā)展，現(xiàn)階段采用的外掛系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性研制流程已經(jīng)無(wú)法滿足現(xiàn)代化戰(zhàn)爭(zhēng)的需要。從某種意義上講，外掛系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)成功與否，成為了決定戰(zhàn)爭(zhēng)成敗的一個(gè)重要的勝負(fù)手。

環(huán)境適應(yīng)性要求包括：外掛系統(tǒng)對(duì)其壽命期預(yù)期遇到的自然和誘發(fā)環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性要求和其內(nèi)部產(chǎn)品對(duì)其所處的微環(huán)境或平臺(tái)環(huán)境的環(huán)境適應(yīng)性要求[1-4]。誘發(fā)環(huán)境主要包括振動(dòng)、沖擊、恒加速度、噪聲振動(dòng)、炮振等機(jī)械環(huán)境[5]；因此，外掛系統(tǒng)為了滿足載機(jī)平臺(tái)壽命剖面內(nèi)的誘發(fā)環(huán)境使用要求，在設(shè)計(jì)時(shí)需考慮所在區(qū)域的機(jī)械環(huán)境設(shè)計(jì)要求，保證其經(jīng)受機(jī)械環(huán)境條件的適應(yīng)性以及評(píng)價(jià)其結(jié)構(gòu)的完好性。

外掛系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性工作應(yīng)包括從方案、研制、設(shè)計(jì)定型、生產(chǎn)交付以及外場(chǎng)使用階段等全壽命周期內(nèi)的一系列設(shè)計(jì)、分析和試驗(yàn)工作。早期外掛系統(tǒng)的研制往往是研制廠家獨(dú)立進(jìn)行，未與主機(jī)所進(jìn)行研制技術(shù)條件協(xié)調(diào)。由于分析與試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程涉及的因素較多，如分析時(shí)邊界的模擬、載荷的選取、模型的簡(jiǎn)化等關(guān)系著仿真分析結(jié)果的有效性，試驗(yàn)設(shè)計(jì)過(guò)程中對(duì)規(guī)范的解讀、試驗(yàn)譜制定、試驗(yàn)控制技術(shù)、試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)等相關(guān)技術(shù)，研制單位無(wú)法在前期開(kāi)展有效的分析和驗(yàn)證工作[6-8]，所以在研制后期（甚至是掛裝放飛前）才考慮機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性是否滿足技術(shù)要求，往往由于上述相關(guān)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)不合理（甚至未考慮）致使項(xiàng)目不滿足技術(shù)要求而延期，更甚者不能掛裝。因此，有必要形成一套完整規(guī)范的載機(jī)/外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)鑒定流程（如圖1 所示），合理、正確地指導(dǎo)外掛系統(tǒng)掛機(jī)論證、設(shè)計(jì)及裝機(jī)。

圖1 環(huán)境適應(yīng)性要求的設(shè)計(jì)流程Fig.1 Design process for environmental adaptation requirements

1 外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)流程

1.1 研制現(xiàn)狀

規(guī)范合理的外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)流程是提高外掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)效率和設(shè)計(jì)質(zhì)量的重要指導(dǎo)性文件，是外掛系統(tǒng)與載機(jī)平臺(tái)相容性設(shè)計(jì)的必要工作。機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)是基于工程分析和試驗(yàn)驗(yàn)證相結(jié)合的一種研制形式，任何一個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的缺失都將直接影響環(huán)境適應(yīng)性分析結(jié)果。

現(xiàn)階段，由于研制單位的研制能力和水平參差不齊，研制管理和技術(shù)團(tuán)隊(duì)還未意識(shí)到環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)研制工作的重要性，在研制過(guò)程中投入的人力精力和財(cái)力均有限，還遠(yuǎn)遠(yuǎn)談不上能夠開(kāi)展外掛系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性正向設(shè)計(jì)工作。因此，目前開(kāi)展環(huán)境適應(yīng)性工作的主要流程如下。

1）在方案階段，主機(jī)所根據(jù)型號(hào)研制總要求及國(guó)軍標(biāo)、航標(biāo)等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的要求，確定外掛在壽命期內(nèi)的環(huán)境剖面，并根據(jù)環(huán)境剖面，編制外掛裝備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求頂層設(shè)計(jì)文件。

2）在設(shè)計(jì)定型階段，裝備研制單位根據(jù)主機(jī)所編制的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求文件，開(kāi)展外掛的環(huán)境鑒定試驗(yàn)工作。在完成鑒定試驗(yàn)工作的基礎(chǔ)上，開(kāi)展外掛的鑒定工作。如無(wú)法滿足環(huán)境鑒定試驗(yàn)工作的考核，則需要開(kāi)展外掛的設(shè)計(jì)改進(jìn)，重新開(kāi)展外掛的設(shè)計(jì)鑒定工作。只有外掛通過(guò)環(huán)境鑒定試驗(yàn)驗(yàn)證，才最終完成外掛的環(huán)境鑒定工作。

上述現(xiàn)有的機(jī)械環(huán)境適應(yīng)研制流程，容易使研制項(xiàng)目延期甚至擱置，造成經(jīng)濟(jì)損失以及政治影響等。

1.2 正向設(shè)計(jì)流程

要使現(xiàn)代化外掛系統(tǒng)能夠適應(yīng)各種復(fù)雜和惡劣的誘發(fā)環(huán)境，需在研制各階段依據(jù)載機(jī)平臺(tái)環(huán)境要求，真正把環(huán)境適應(yīng)性作為一個(gè)質(zhì)量特性認(rèn)真對(duì)待，與其他工作一起并行，納入研制各個(gè)階段工作計(jì)劃中，進(jìn)行科學(xué)的管理和控制。機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性正向設(shè)計(jì)及鑒定流程如圖2 所示，具體內(nèi)容如下。

1）方案階段，主機(jī)所依據(jù)型號(hào)研制總要求和外掛的壽命期環(huán)境剖面，編制機(jī)械環(huán)境要求文件。研制設(shè)計(jì)單位按照GJB 4239—2001 的要求，進(jìn)行環(huán)境信息的管理，制定環(huán)境適應(yīng)性工作計(jì)劃、適應(yīng)性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則、環(huán)境設(shè)計(jì)要求協(xié)議書(shū)以及環(huán)境試驗(yàn)及評(píng)價(jià)計(jì)劃。

2）工程研制初步設(shè)計(jì)階段，依據(jù)載機(jī)制定的初步外掛系統(tǒng)的機(jī)械環(huán)境要求，進(jìn)行定性的環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)、分析及評(píng)估工作。

3）工程研制詳細(xì)設(shè)計(jì)階段，依據(jù)載機(jī)制定的明確外掛系統(tǒng)的機(jī)械環(huán)境要求，開(kāi)展定量的環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)分析。

4）設(shè)計(jì)定型階段，依據(jù)載機(jī)最終的機(jī)械環(huán)境要求，完善環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)工作，開(kāi)展鑒定試驗(yàn)，確定環(huán)境適應(yīng)性是否滿足設(shè)計(jì)要求。

由以上設(shè)計(jì)流程可以看出，在全壽命周期內(nèi)，需要開(kāi)展的環(huán)境適應(yīng)性工作重點(diǎn)集中在工程研制階段及設(shè)計(jì)定型階段。主要是因?yàn)樵诜桨鸽A段，需要開(kāi)展環(huán)境適應(yīng)性的模型和環(huán)境條件缺失，僅能開(kāi)展一些指導(dǎo)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的相應(yīng)的工作內(nèi)容；而在生產(chǎn)定型階段，外掛已經(jīng)經(jīng)過(guò)鑒定試驗(yàn)考核，無(wú)需開(kāi)展環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)分析工作。除非在外場(chǎng)使用過(guò)程中出現(xiàn)了由于地面試驗(yàn)?zāi)M不到的環(huán)境適應(yīng)性所導(dǎo)致的破壞故障，需要開(kāi)展外場(chǎng)的排故工作，可以參考上述2）及3）條進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性分析，指導(dǎo)故障的分析評(píng)估，并對(duì)提出的結(jié)構(gòu)改進(jìn)方案進(jìn)行仿真分析，為改進(jìn)方案的試驗(yàn)驗(yàn)證提供理論支持。

圖2 機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性正向設(shè)計(jì)及鑒定流程Fig.2 Forward design and appraisal process of mechanical environment adaptability

1.3 外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境要求制定

主機(jī)所依據(jù)型號(hào)研制總要求和外掛的環(huán)境特點(diǎn)，以及壽命期環(huán)境剖面，進(jìn)行外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境技術(shù)要求設(shè)計(jì)，以適應(yīng)在使用壽命中預(yù)期會(huì)遇到的環(huán)境條件。因此在外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境技術(shù)要求制定中應(yīng)遵循以下原則。

1）明確外掛系統(tǒng)參數(shù)：依據(jù)研制要求之外掛系統(tǒng)（武器/吊艙）裝機(jī)后的作戰(zhàn)使用需求及任務(wù)能力要求，外掛物掛機(jī)技術(shù)要求來(lái)輸出所掛載的型號(hào)、數(shù)量及質(zhì)量特性，以及飛行速度-高度范圍和機(jī)動(dòng)能力等任務(wù)要求，作為飛機(jī)/外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)的輸入。

2）明確掛載方式：主機(jī)根據(jù)主要任務(wù)要求明確飛機(jī)的外掛系統(tǒng)掛載方式。

3）明確掛裝位置：主機(jī)評(píng)估并明確外掛系統(tǒng)的排列位置及構(gòu)型。

依據(jù)以上原則，進(jìn)行外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境技術(shù)要求設(shè)計(jì)。一般情況下，除非特殊規(guī)定，加速度及沖擊均可以依據(jù)載機(jī)平臺(tái)的環(huán)境技術(shù)要求直接用于外掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)使用，而振動(dòng)、炮振或噪聲由于涉及環(huán)境因素較多，需要載機(jī)根據(jù)外掛系統(tǒng)研制單位提供的設(shè)計(jì)參數(shù)（質(zhì)量、體積、蒙皮厚度等）進(jìn)行耐振動(dòng)、炮振或噪聲技術(shù)要求制定。

1.4 定性預(yù)計(jì)分析

在工程研制初步設(shè)計(jì)階段，外掛系統(tǒng)（包含內(nèi)部產(chǎn)品）無(wú)法開(kāi)展仿真預(yù)計(jì)與分析時(shí)，或者在研制進(jìn)度緊迫、經(jīng)費(fèi)不足等特殊情況下，為確保外掛研制工作的順利開(kāi)展，將采用定性類比分析預(yù)計(jì)方法開(kāi)展其環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)工作。通過(guò)對(duì)外掛系統(tǒng)（包含內(nèi)部產(chǎn)品）或者相似產(chǎn)品已進(jìn)行過(guò)的環(huán)境試驗(yàn)情況與其環(huán)境鑒定試驗(yàn)要求進(jìn)行類比分析，以確定可借用前期環(huán)境試驗(yàn)結(jié)論的環(huán)境鑒定試驗(yàn)項(xiàng)目。

外掛系統(tǒng)（包含內(nèi)部產(chǎn)品）基于類比分析方法的環(huán)境適應(yīng)性定性預(yù)計(jì)與分析一般流程描述如下：首先，從外掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案及相關(guān)設(shè)計(jì)要求文件中收集LRU 的組成、材料、工藝、元器件、零部件以及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等信息，同時(shí)獲取外掛的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求信息；其次，收集相似外掛系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及外場(chǎng)使用數(shù)據(jù)，同時(shí)獲取相關(guān)材料、元器件、零部件的耐環(huán)境極值信息；第三，充分考慮相似產(chǎn)品在材料、工藝、元器件、零部件、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和使用環(huán)境上的差異，結(jié)合設(shè)計(jì)技術(shù)成熟度分析，基于產(chǎn)品耐環(huán)境安全裕度量值，擬利用打分法對(duì)比分析相似產(chǎn)品與新研產(chǎn)品的耐環(huán)境能力，對(duì)外掛各環(huán)境因素的適應(yīng)性進(jìn)行預(yù)計(jì)分析；最后，綜合上述分析預(yù)計(jì)內(nèi)容，給出產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)與分析結(jié)果，并形成環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)與分析報(bào)告。

外掛系統(tǒng)（包含內(nèi)部產(chǎn)品）基于類比分析方法的借用前提、必備的條件及要求：

1）前提。對(duì)于改進(jìn)型產(chǎn)品，其鑒定試驗(yàn)規(guī)定的項(xiàng)目和改型前規(guī)定的項(xiàng)目應(yīng)一致，試驗(yàn)條件能夠被改進(jìn)前裝備的環(huán)境鑒定試驗(yàn)條件覆蓋（改進(jìn)前設(shè)備已鑒定）。

2）借用類比的必備條件：結(jié)構(gòu)狀態(tài)（外形、內(nèi)部布置）相同或相似；質(zhì)量特性滿足不超±10%變化，固有頻率滿足不超±5%變化；對(duì)于試驗(yàn)項(xiàng)目及條件以及功能性能指標(biāo)要求相同或更低；能提供被借用的有效的試驗(yàn)報(bào)告。

3）借用的要求：需提交完整準(zhǔn)確的類比分析報(bào)告。類比分析報(bào)告應(yīng)根據(jù)被借用對(duì)象的機(jī)械環(huán)境要求逐條進(jìn)行對(duì)比分析，并提交鑒定會(huì)專家審查。

1.5 定量預(yù)計(jì)分析

在外掛系統(tǒng)研制過(guò)程中，特別是在研制前期，及時(shí)開(kāi)展裝備的機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)[9-12]，有助于提前發(fā)現(xiàn)外掛系統(tǒng)的設(shè)計(jì)薄弱環(huán)節(jié)，通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，改進(jìn)設(shè)計(jì)缺陷，確保外掛能夠滿足環(huán)境適應(yīng)性，為外掛的順利定型鑒定打下良好的基礎(chǔ)。

1.5.1 預(yù)計(jì)方法

通過(guò)建立仿真有限元模型開(kāi)展環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計(jì)，在建模過(guò)程中，應(yīng)詳細(xì)對(duì)坐標(biāo)系、網(wǎng)格劃分、單元簡(jiǎn)化、所用材料屬性（包括彈性模量、泊松比、密度、強(qiáng)度極限等）、邊界約束等情況進(jìn)行詳細(xì)描述。建模時(shí)應(yīng)模擬結(jié)構(gòu)、設(shè)備的質(zhì)量特性，要真實(shí)模擬機(jī)上的實(shí)際邊界約束情況。根據(jù)載機(jī)環(huán)境設(shè)計(jì)要求確定載荷環(huán)境條件，采用相應(yīng)計(jì)算方法進(jìn)行仿真計(jì)算。計(jì)算結(jié)果應(yīng)至少包含位移和應(yīng)力，對(duì)仿真分析結(jié)構(gòu)的最大的位移和應(yīng)力進(jìn)行剛度和強(qiáng)度評(píng)估，并給出評(píng)估結(jié)論。

評(píng)定準(zhǔn)則

1）對(duì)于加速度，應(yīng)力計(jì)算結(jié)果，采用式（1）所示的安全裕度來(lái)表征。

式中：[σ]為許用應(yīng)力；σ 為工作應(yīng)力；k 為特殊系數(shù)，如接頭系數(shù)或支承系數(shù)。

2）對(duì)于沖擊引起的結(jié)構(gòu)變形，其合格判據(jù)指標(biāo)為滿足結(jié)構(gòu)的剛度設(shè)計(jì)指標(biāo)，避免大變形和發(fā)生干涉等。對(duì)應(yīng)沖擊應(yīng)力的計(jì)算結(jié)果，主要采用式（2）的剩余強(qiáng)度系統(tǒng)評(píng)估方法進(jìn)行，要求η＞1，反之，則不滿足設(shè)計(jì)要求，其中σs為材料屈服極限。

3）對(duì)于隨機(jī)振動(dòng)、炮振，確定最大應(yīng)力的傳統(tǒng)方法是采用所謂的3σRMS法則，采用式（3）所示的公式剩余強(qiáng)度系數(shù)評(píng)估強(qiáng)度安全。

4）對(duì)于噪聲，如有要求，在設(shè)計(jì)階段僅能對(duì)結(jié)構(gòu)聲響應(yīng)進(jìn)行分析，判斷準(zhǔn)則同3），最終必須通過(guò)試驗(yàn)對(duì)外掛設(shè)備的耐噪聲環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核。

1.5.2 預(yù)計(jì)結(jié)果分析

在設(shè)計(jì)階段僅對(duì)外掛結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度進(jìn)行分析，對(duì)仿真分析結(jié)果進(jìn)行評(píng)估。若不滿足環(huán)境適應(yīng)性要求，則優(yōu)化設(shè)計(jì)模型，開(kāi)展新一輪的仿真分析。由于目前尚無(wú)法利用分析手段模擬外掛的功能和性能，因此分析結(jié)果不能代替試驗(yàn)，最終必須通過(guò)試驗(yàn)進(jìn)行鑒定。

2 外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)鑒定流程

為了驗(yàn)證外掛系統(tǒng)滿足所需功能、性能以及機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性要求，需要進(jìn)行試驗(yàn)鑒定。下面就鑒定試驗(yàn)可行有效密切相關(guān)內(nèi)容（試驗(yàn)方案、試驗(yàn)工裝、試驗(yàn)激振力預(yù)估及試驗(yàn)方法等）進(jìn)行詳細(xì)闡述。

2.1 確定試驗(yàn)方案

在進(jìn)行外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)方案策劃時(shí)，應(yīng)把外掛系統(tǒng)和載機(jī)懸掛裝置組合狀態(tài)作為整體進(jìn)行構(gòu)思，通過(guò)對(duì)比分析選擇試驗(yàn)狀態(tài)?？山梃bGJB 150A 中提到的當(dāng)外掛的細(xì)長(zhǎng)比大于4 時(shí)，外掛系統(tǒng)試驗(yàn)方向可以只開(kāi)展垂向和側(cè)向。為了更加真實(shí)地考核，需要對(duì)載機(jī)的邊界進(jìn)行模擬，且對(duì)于復(fù)雜外掛系統(tǒng)，應(yīng)通過(guò)仿真分析對(duì)試驗(yàn)構(gòu)型進(jìn)行篩選。例如某副油箱地面振動(dòng)鑒定試驗(yàn)，為確定其振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)狀態(tài)，開(kāi)展了副油箱滿油、2/3 油以及半油等狀態(tài)的晃振、振動(dòng)和沖擊分析，確定出在振動(dòng)、沖擊作用時(shí)，副油箱滿油可以涵蓋其他狀態(tài)，由此確定了副油箱掛機(jī)振動(dòng)、沖擊試驗(yàn)方案。

2.2 試驗(yàn)工裝設(shè)計(jì)

根據(jù)GJB 150A 的要求，外掛系統(tǒng)不能直接剛性安裝在振動(dòng)臺(tái)臺(tái)面上，需要考慮外掛系統(tǒng)在飛機(jī)上真實(shí)的安裝形式，這就需要設(shè)計(jì)一套工裝來(lái)模擬外掛系統(tǒng)的安裝邊界。在設(shè)計(jì)工裝夾具時(shí)，應(yīng)考慮產(chǎn)品實(shí)際的裝機(jī)狀態(tài)以及工裝的質(zhì)量、重心及剛度的影響，不合理的工裝會(huì)導(dǎo)致附加的質(zhì)量、彎矩、諧振等因素，使產(chǎn)品在進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)欠考核或過(guò)考核。

一般在設(shè)計(jì)試驗(yàn)工裝時(shí)，采用有限元仿真分析的手段進(jìn)行工裝設(shè)計(jì)[13-15]，通過(guò)建立工裝的有限元模型，開(kāi)展工裝的模態(tài)分析工作，并根據(jù)實(shí)際產(chǎn)品的模態(tài)和振型等數(shù)據(jù)，通過(guò)調(diào)參的手段對(duì)工裝模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，并最終完成工裝的優(yōu)化設(shè)計(jì)工作。

2.3 激振力預(yù)估

為確保試驗(yàn)可實(shí)施性，在外掛系統(tǒng)開(kāi)展振動(dòng)和沖擊試驗(yàn)前應(yīng)進(jìn)行激振力選取。依據(jù)試驗(yàn)量值，并考慮夾具及動(dòng)圈（或水平滑臺(tái)）質(zhì)量，通過(guò)加速度和質(zhì)量快速估算出激振力。為了確保振動(dòng)臺(tái)穩(wěn)定性及使用性，一般需要激振力小于振動(dòng)臺(tái)推力的70%。

2.4 試驗(yàn)方法

對(duì)于外掛系統(tǒng)試驗(yàn)，還有一個(gè)與試驗(yàn)息息相關(guān)的因素即試驗(yàn)控制方法。依據(jù)GJB 150A 可知，對(duì)于軍用飛機(jī)外掛系統(tǒng)，推薦多點(diǎn)平均加速度響應(yīng)控制方法。該方法將加速度控制器多點(diǎn)分布于外掛系統(tǒng)上，能較真實(shí)地反應(yīng)外掛系統(tǒng)傳遞特性。

試驗(yàn)中一般采用單一控制方法，但是，當(dāng)遇到特殊情況時(shí)，也可以采用多種方法并行。比如當(dāng)某一結(jié)構(gòu)位置需求，可以用力限控制方法進(jìn)行均衡，使用這種方法可以避免在結(jié)構(gòu)最低共振頻率上的過(guò)試驗(yàn)或欠試驗(yàn)。

2.5 試驗(yàn)結(jié)果分析

依據(jù)各試驗(yàn)狀態(tài)試驗(yàn)報(bào)告數(shù)據(jù)，判斷試驗(yàn)控制譜及控制波形是否符合容差要求，結(jié)構(gòu)是否發(fā)生損傷或變形，功能是否正常，性能指標(biāo)是否在合格范圍。如果都滿足，則滿足環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求，可以開(kāi)展設(shè)計(jì)鑒定。

3 某型飛機(jī)外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境鑒定流程示例

下面為某型飛機(jī)掛某外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)設(shè)計(jì)鑒定方案示例。

3.1 試驗(yàn)要求

某外掛系統(tǒng)欲掛機(jī)150 飛行小時(shí)，依據(jù)該載機(jī)已制定的機(jī)械環(huán)境技術(shù)要求，制定出振動(dòng)、沖擊及加速度機(jī)械環(huán)境試驗(yàn)條件。在方案及工程設(shè)計(jì)階段，研制單位依據(jù)定性分析方法，借鑒已有型號(hào)數(shù)據(jù)開(kāi)展評(píng)估分析，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度初步滿足設(shè)計(jì)要求，最終需要通過(guò)試驗(yàn)鑒定其功能性能并驗(yàn)證結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。

以振動(dòng)為例，其振動(dòng)譜見(jiàn)表1，需進(jìn)行0.5 h 功能振動(dòng)加46 min 耐久振動(dòng)+0.5 h 功能振動(dòng)，試驗(yàn)方向?yàn)閥、z方向，試驗(yàn)構(gòu)型為兩級(jí)懸掛裝置加外掛系統(tǒng)。

表1 振動(dòng)試驗(yàn)條件Tab.1 Vibration test condition

3.2 試驗(yàn)方案及結(jié)果

試驗(yàn)前，首先依據(jù)外形確定試驗(yàn)構(gòu)型。為保證試驗(yàn)可行性，進(jìn)行試驗(yàn)夾具設(shè)計(jì)，通過(guò)仿真摸底并確定出加速度響應(yīng)控制方式的四點(diǎn)平均控制開(kāi)展試驗(yàn)，控制點(diǎn)分別位于一級(jí)懸掛裝置前后吊點(diǎn)的夾具上，以及外掛產(chǎn)品的前后吊點(diǎn)專用懸掛裝置上，如圖3 所示。試驗(yàn)平均控制譜型如圖4—5 所示。由此可見(jiàn)，試驗(yàn)控制譜滿足容差要求，且試驗(yàn)后，外掛系統(tǒng)外觀、功能和性能檢測(cè)均符合要求，試驗(yàn)結(jié)果通過(guò)地面鑒定要求，完成外掛系統(tǒng)掛飛論證要求。

圖3 試驗(yàn)安裝狀態(tài)Fig.3 Test installation status

圖4 功能振動(dòng)試驗(yàn)控制曲線Fig.4 Functional vibration test control curve

圖5 耐久振動(dòng)試驗(yàn)控制曲線Fig.5 Durable vibration test control curve

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)梳理外掛系統(tǒng)掛機(jī)壽命期預(yù)期會(huì)遇到的機(jī)械環(huán)境約束條件，制定了外掛系統(tǒng)滿足機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計(jì)鑒定研制流程，指導(dǎo)外掛系統(tǒng)從設(shè)計(jì)開(kāi)始，依據(jù)載機(jī)平臺(tái)制定相關(guān)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性技術(shù)要求，從方案、工程研制及設(shè)計(jì)鑒定等階段開(kāi)展機(jī)械環(huán)境預(yù)計(jì)及設(shè)計(jì)。研制單位依據(jù)該流程，可以大大提高外掛系統(tǒng)設(shè)計(jì)鑒定掛機(jī)可行性，并縮短研制經(jīng)費(fèi)及周期。

對(duì)于外掛系統(tǒng)機(jī)械環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)鑒定流程，由于目前仿真以及試驗(yàn)的限制，還存在以下方面需要進(jìn)一步研究。

1）對(duì)于壽命周期內(nèi)，外掛系統(tǒng)受多種機(jī)械環(huán)境因素作用，在仿真預(yù)計(jì)分析時(shí)，無(wú)法將相關(guān)載荷工況疊加，仿真存在一定偏差。

2）目前試驗(yàn)驗(yàn)證時(shí)，由于試驗(yàn)條件的限制，基本上都是單項(xiàng)環(huán)境因素獨(dú)立開(kāi)展，有可能未驗(yàn)證到由于多環(huán)境因素作用耦合的某些破壞形式，給鑒定結(jié)論帶來(lái)風(fēng)險(xiǎn)。