梁衛(wèi)航 ， 溫天山

（1. 工業(yè)和信息化部電子第五研究所, 廣東 廣州 510610；2. 廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術重點實驗室, 廣東 廣州 510610；3. 廣東省工業(yè)機器人可靠性工程實驗室, 廣東 廣州 510610）

0 引言

常用的流體污染試驗標準包括美軍標MILSTD-810G “Environmental engineering considerations and laboratory test[1]”、 民機適航標準RTCA/D0-160G “Environmental conditions and test procedures for airborne equipment[2]” 和國軍標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》[3]。

GJB 150.26-2009 于2009 年5 月由中國人民解放軍總裝備部發(fā)布并施行, 隨著其頒布、 宣貫和實施, 以及對其方法概述的理解、 流程的充實,其已在軍用航空器的流體污染試驗中, 在激發(fā)裝備潛在的失效方面, 取得了良好的效果。

RTCA/D0-160G 是民機適航試驗依據(jù)的主要環(huán)境試驗標準。 例如: C919 民用飛機、 海鷗-300 水陸兩棲飛機和AG600 “鯤龍” 水上飛機的研發(fā)、量產(chǎn), 以及評價其國際適航性所用的標準都是RTCA/DO-160G。 該標準流體敏感性試驗的實施目標對象明確, 試驗流程簡單； 但實施細節(jié)的描述不清, 參數(shù)的定義容易產(chǎn)生歧義。 其在環(huán)境適應性工程領域中應用時需解決試驗流程實施細節(jié)描述模糊抽象、 參數(shù)規(guī)定不清晰等問題, 因此參照該標準在工程實踐中開展流體敏感性試驗還具有一定的局限性。

因此, 本文通過梳理GJB 150.26—2009 流體污染試驗實施方法, 對RTCA/DO-160G 標準的試驗流程進行了完善, 對于RTCA/DO-160G 標準的適航準入試驗的開展, 以及將環(huán)境試驗技術和評價方法拓展至無人機領域具有重要的意義。

1 實驗室開展流體污染試驗的現(xiàn)狀

1.1 參照GJB 150.26-2009 開展試驗的現(xiàn)狀

GJB 150.26—2009 標準中規(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。 按照軍用裝備的類型、 貯存與工作環(huán)境的差異或污染性流體的種類, 明確適用范圍, 獲取其歷經(jīng)流體污染環(huán)境應力的場合[4]。

在工作環(huán)境中, 裝備不可避免地會受到各種流體污染。 例如: 軍用航空器的機械結構, 以及轉(zhuǎn)動部件、 作動部件和減振器等都會接觸潤滑油,液壓系統(tǒng)工作時始終要傳遞液壓油, 動力系統(tǒng)要靠輸入燃油產(chǎn)生驅(qū)動力, 液冷設備需用冷卻液給高溫設備降溫。

在貯存環(huán)境中, 裝備也會接觸到各種污染流體。 例如: 航空器的表面在寒環(huán)境冷中需要噴涂除冰劑, 其精密航電設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高溫干燥環(huán)境中時需要涂覆滅火劑等。

目前, 實驗室通常是按裝備歷經(jīng)環(huán)境應力的場合來開展試驗的, 包括以下幾個階段。

a） 試驗參數(shù)的選取。

b） 溫度（樣品溫度、 流體溫度） 穩(wěn)定階段。

c） 流體噴淋（浸漬于流體） 階段: 將試件放置在試驗箱內(nèi), 將試驗流體以浸漬、 噴霧、 濺射和沖刷的形式施加于試件上。

d） 瀝干保持階段。

e） 外觀與功能、 性能的檢測。

f） 依據(jù)判定標準, 判定流體污染試驗通過與否。

GJB 150.26—2009 的試驗流程通過以上步驟實施, 標準對參數(shù)的定義較為清晰； 工程實踐應用中也已摸索、 探究了實施流程的各個要素并完善了其定義。

1.2 參照RTCA/D0-160G 開展試驗的現(xiàn)狀

民用航空器的工作環(huán)境與軍用航空器基本一致。 RTCA/DO-160G 的流體敏感性試驗規(guī)定需按設備分類實施。 按試驗程序開展噴淋試驗和浸漬試驗。

按已分類的設備技術性能標準, 選取一個試驗程序開展流體敏感性試驗。 其實施試驗的各個要素（例如: 時間、 溫度和試驗流體施加） 都未明確清晰地給出, 概念易出現(xiàn)歧義。 因此, 以下將對應GJB 150.26—2009 的試驗流程的步驟, 完善RTCA/DO-160G 的試驗程序的細節(jié), 并定義其各個要素。

2 軍民航空器標準體系的應用

2.1 GJB 150.26-2009 的應用

GJB 150.26-2009 的主要構型和基本內(nèi)容是完全等效采用美軍標MIL-STD-810G 版本, 作為剪裁標準, GJB 150.26-2009 具有很大的靈活性； 而標準的靈活性, 能夠使其流體污染試驗中各個要素的描述及實施得到更好的貫徹。 GJB 150.26-2009 對各個要素的定義有如下規(guī)定。

a） 暴露時間

暴露時間應考慮以下3 種情況, 并按照相關規(guī)定進行確定。

1） 偶然性污染: 裝備1 年內(nèi)僅可能出現(xiàn)1～2次的污染。

2） 間斷性污染: 正常工作條件下有規(guī)律性地發(fā)生或在裝備的整個壽命期間內(nèi)季節(jié)性發(fā)生的流體污染。

3） 長期性污染: 裝備長期完全暴露的污染。b） 保持時間

保持時間一般不短于8 h, 以“8 h 瀝干時間+16 h 靜置保持時間” 作為整體的保持時間。

c） 污染流體的種類、 試驗流體和試驗流體的組合

1） 污染流體的種類: GJB 150.26—2009 附錄A 中給出了試驗中要求的典型污染流體和溫度。

2） 試驗流體: 其壽命周期內(nèi)通常會遇到的污染流體。

3） 試驗流體的組合: 試驗實施時流體的施加方式, 包括單獨施加、 多種流體混合施加和多種流體按順序連續(xù)施加。

其中, 污染流體種類的選取依照軍用航空器研制和使用部門提供的設備技術性能規(guī)范, 結合其壽命周期合理地選擇[5]。 試驗流體施加方式則應考慮所有施加的污染性流體相互耦合作用下的破壞性影響以及對試驗結果評價的干擾性影響,例如: 應考慮污染流體之間因化學作用導致本身特性失效的情況。

d） 試驗溫度

1） 試件溫度: 暴露于流體污染時裝備的溫度。

2） 流體溫度: 裝備工作在極端條件下的溫度。

3） 試驗保持溫度: 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。

因而除污染效應外, 施加污染流體還會給試件帶來熱沖擊。 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, 其嚴酷度較高。

2.2 RTCA/D0-160G 的應用

RTCA/DO-160G 標準中流體敏感性試驗的目標對象包括: 傳動閥、 減振器、 液壓馬達、 傳感器、 防火切斷閥、 著陸燈/滑行燈、 接收/發(fā)射天線、 無線通信單元和電子控制器, 以及USB 微控制器等民機適航準入設備, 其更新?lián)Q代快、 正在向人工智能化方向發(fā)展, 是客戶獲取適航準入的需求。 RTCA/DO-160G 有如下規(guī)定:

按設備技術規(guī)范對設備進行機械和電氣連接,在試驗期間設備不要求工作, 試驗在試驗室環(huán)境下進行。

a） 噴淋試驗

用適當?shù)牧黧w對設備進行噴淋, 每天進行一次或多次噴淋以使設備處于濕潤狀態(tài), 時間不少于24 h。 如果保持潤濕條件有困難, 而且設備技術規(guī)范要求必做噴淋試驗而不做浸入試驗, 則可每隔4 h 就充分噴淋一次設備。 噴淋呈細霧狀, 保持一個規(guī)定的溫度并噴向受試件的每一個主要表面、 密封接頭, 使樣品處于濕潤狀態(tài)8 h, 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則繼續(xù)在保持溫度下保持16 h； 完成一個循環(huán)。 繼續(xù)試驗2 個循環(huán), 共完成3 個24 h 的循環(huán)試驗； 目視檢查劣化程度,如無劣化, 則對樣品進行性能檢測。

b） 浸漬試驗

1） 按照設備技術規(guī)范的規(guī)定對設備進行電氣和機械連接[6]。 試驗在環(huán)境溫度下進行, 試驗期間設備不工作。 2） 把設備浸入適當?shù)牧黧w中至少24 h, 流體的溫度保持在表1 中的規(guī)定值。 3） 24 h之后, 將設備至少工作10 min, 此時設備仍全部浸在流體中。 4） 這一階段結束后, 取出試件, 放在試驗箱中保持恒溫+65 ℃, 時間至少為160 h。結束后, 將試件的溫度降至室溫并使其再工作至少2 h[6-7]。

從以上內(nèi)容中可以看出, RTCA/D0-160G 對時間、 溫度和污染流體施加等要素, 未有進一步的描述, 各個要素的概念模糊抽象、 參數(shù)規(guī)定原則不清晰。 因此, 以下將用GJB 150.26—2009 的試驗流程的步驟, 明確RTCA/D0-160G 流體敏感性試驗中各個要素的定義, 并完善試驗實施細節(jié)。

RTCA/DO-160G 標準中給出的部分試驗中要求的污染流體和溫度如表1 所示。

3 試驗程序

RTCA/DO-160 標準的流體敏感性試驗, 可借鑒GJB 150.26—2009 的試驗流程, 定義相關試驗參數(shù), 對其試驗流程進行詳細的解釋和說明。

a） 噴淋試驗

將樣品按要求連接或安裝, 放置在試驗箱內(nèi)；試驗前, 按規(guī)定的試件溫度穩(wěn)定樣品； 在試驗期間設備不要求工作, 試驗在試驗室環(huán)境操作下進行[9]。

1） 偶然性污染

在被試品表面噴淋施加流體, 試驗程序要求僅施加噴淋1 次； 保持8 h 濕潤時間, 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則按試驗條件繼續(xù)進行試驗16 h； 目視檢查劣化情況, 如無劣化, 則將試件在保持溫度下保持8 h 試驗后, 目視檢查試件的劣化情況, 如無劣化, 則按試驗條件繼續(xù)進行16 h 試驗, 完成一個循環(huán)； 重復一個循環(huán), 共完成2 個24 h 的循環(huán)試驗。 完成功能性能檢測, 判定完成流體敏感性試驗。

2） 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)定為試件溫度, 期間不允許振動和擦干受試樣品。 重復步驟: 被試品在保持溫度下保持8 h 濕潤時間和16 h 瀝干時間； 共完成3 個24 h的循環(huán)試驗。 目視檢查試件的劣化情況,如無劣化情況, 則將試件在保持溫度下保持8 h 試驗后, 目視檢查試件的劣化情況,如無劣化情況, 則按試驗條件繼續(xù)進行16 h試驗, 完成一個循環(huán)； 重復一個循環(huán), 共完成2 個24 h 的循環(huán)試驗。 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。 恢復常溫, 檢查被試品的外觀和功能性能,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, 并且能夠正常工作, 則判定完成流體敏感性試驗。

b） 浸漬試驗

長期性污染——將樣品完全浸入流體內(nèi), 以規(guī)定的流體溫度保持24 h, 流體的溫度保持在裝備（設備） 工作在極端條件下的溫度的規(guī)定值。 流體要完全覆蓋設備。 24 h 之后, 設備至少工作10 min, 此時設備仍全部浸在流體中。

這一階段結束后, 取出樣品, 放在試驗箱中保持恒溫+65～+85 ℃, 時間至少為160 h, 結束后將試件的溫度降至室溫并使其工作至少2 h。 2 h 過后, 目視檢查試件的劣化情況, 確定設備的內(nèi)部或外部器件有無損傷；完成功能和性能檢測, 確定試件是否符合設備技術性能標準。

4 實驗室試驗程序的應用實例

現(xiàn)有一款液壓馬達產(chǎn)品依據(jù)其鑒定試驗大綱（已批復）、 技術協(xié)議和產(chǎn)品規(guī)范文件, 對設備分類為F 類, 其典型工況任務剖面的工作環(huán)境溫度是80 ℃, 試驗流體是15 號航空液壓油。 在其壽命周期內(nèi)受到偶然性污染和長期性污染的環(huán)境應力作用, 針對其受到的偶然性污染和長期性污染,分別開展噴淋試驗和浸漬試驗, 具體的試驗過程如下所述[8]。

a） 噴淋試驗: 偶然性污染

樣品不工作, 用80 ℃的15 號航空液壓油對樣品每一個主要表面、 密封接頭進行噴淋, 使樣品處于濕潤狀態(tài)8 h, 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則按試驗條件繼續(xù)進行試驗16 h, 完成1 個循環(huán)。 24 h 結束后使樣品工作至少10 min。 此后樣品不工作, 不清除多余的流體, 將樣品放置于65 ℃的恒溫環(huán)境中至少160 h。 放置結束后, 樣品在室溫下工作至少2 h； 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則繼續(xù)浸漬試驗。

b） 浸漬試驗: 長期性污染

樣品不工作, 將樣品完全浸入在80 ℃的15 號航空液壓油中, 時間不少于24 h。 24 h 結束后,使完全浸入15 號航空液壓油中的樣品工作至少10 min。 此后樣品不工作, 將樣品放置于65 ℃的恒溫環(huán)境中至少160 h。 放置結束后, 樣品在室溫下工作至少2 h。 對樣品外部進行目檢, 完成樣品的功能和性能檢測。 試驗后樣品的外部沒有結構性損壞, 復測功能和性能符合其要求, 按照其合格判定準則, 試驗合格。

以上是RTCA/DO-160 標準的流體敏感性試驗, 按其技術協(xié)議和產(chǎn)品規(guī)范文件, 并借鑒GJB 150.26—2009 標準的實施流程, 明確RTCA/DO-160G 標準的流體敏感性試驗的各個要素的涵義,側重于試驗實施的流程研究。

5 結束語

文中通過對GJB 150.26—2009 流體污染試驗的實施過程進行研究, 參照GJB 150.26—2009 標準的試驗流程, 探索了RTCA/D0-160G 流體敏感性試驗的實施方法, 完善了其試驗流程。 并通過一個工程應用實例說明了完善后的流體敏感性試驗的具體實施過程, 對于促進流體污染試驗方法的不斷改進, 提高產(chǎn)品的可靠性具有重要的意義。