肖偉,張澤文,王珊,鄭明根,胡方慧
(中國電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所,杭州 311121)
低氣壓(高度)試驗是為了測試元器件、組件、裝備在高原或者機(jī)載環(huán)境下能否正常貯存和工作的重要試驗手段。通過該試驗,可以提前發(fā)現(xiàn)元器件封裝鼓包,殼體破裂問題,避免產(chǎn)品功能失效,甚至機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故。
隨著新標(biāo)準(zhǔn)GJB 150.2A的實施,對低氣壓(高度)試驗從試驗前的準(zhǔn)備、試驗過程的數(shù)據(jù)采集、試驗后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析全過程進(jìn)行了細(xì)化、明確,更貼近產(chǎn)品的實際使用狀態(tài),使得試驗結(jié)果更加真實、有效。
GJB 150.2A-2009(以下簡稱新標(biāo)準(zhǔn))與GJB150.2-1986(以下簡稱舊標(biāo)準(zhǔn))的有關(guān)差異區(qū)別表如表1。
表1 新舊標(biāo)準(zhǔn)差異對照表
通過表1,可以看出新舊標(biāo)準(zhǔn)在以下六個方面發(fā)生了比較大的變化:
新標(biāo)準(zhǔn)的試驗?zāi)康拿鞔_了專指常溫下裝備的相關(guān)試驗,且是一個單一的試驗標(biāo)準(zhǔn)。如某些外掛裝備,它還存在低溫結(jié)霜的低氣壓的復(fù)雜試驗,就不能簡單的依靠本標(biāo)準(zhǔn)來模擬真實的環(huán)境,需要更換成GJB 150.24A[3]的試驗(該標(biāo)準(zhǔn)為溫度、濕度、振動、高度的綜合試驗)。老標(biāo)準(zhǔn)未對此項試驗的溫度要求做說明。
新標(biāo)準(zhǔn)將低氣壓的條件分成了低氣壓貯存、工作及快速減壓三個方面,并對三方面的考核要求進(jìn)行了細(xì)化和明確。
老標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定僅可考核飛機(jī)增壓艙內(nèi)運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備及高海拔地區(qū)安裝和工作的裝備,不適用于飛機(jī)外掛[2]。
新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定既可考核飛機(jī)增壓中運(yùn)輸或工作的裝備,也可考核非增壓艙中運(yùn)輸或工作的裝備;另外,還可考核暴露于快速減壓(該要求是基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)未發(fā)生損壞的情況下,艙門密封失效;或者帶有壓力調(diào)節(jié)閥的組件,調(diào)節(jié)閥失效;飛機(jī)擋風(fēng)玻璃破碎等異常情況)或爆炸減壓(該要求是基于機(jī)身出現(xiàn)大的裂縫或爆炸,引發(fā)解體的嚴(yán)重情況)環(huán)境中的裝備以及飛機(jī)外部掛飛的裝備,新標(biāo)準(zhǔn)兩個試驗的擴(kuò)展和細(xì)化,對飛機(jī)可能面臨的所有場景進(jìn)行了全覆蓋。新標(biāo)準(zhǔn)的考核范圍更加細(xì)化,并擴(kuò)展了標(biāo)準(zhǔn)的適用裝備,同時增加了限制條件,明確規(guī)定不能適用本標(biāo)準(zhǔn)的裝備類型(超過30 000 m的航天器、飛機(jī)或?qū)梉2]等),使得新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍更加準(zhǔn)確。
新標(biāo)準(zhǔn)中程序Ⅰ和程序Ⅱ所規(guī)定的試驗條件分別與老標(biāo)準(zhǔn)中貯存和工作試驗所規(guī)定的試驗條件基本相同,僅壓力變化速率存在一些差別(從老標(biāo)準(zhǔn)的小于等于10 kPa/min更改為新標(biāo)準(zhǔn)的10 m/s,新標(biāo)準(zhǔn)的要求嚴(yán)于老標(biāo)準(zhǔn)的要求。)。
新標(biāo)準(zhǔn)中程序Ⅲ——快速減壓與老標(biāo)準(zhǔn)中快速減壓試驗起始壓力不同:新標(biāo)準(zhǔn)為75.2 kPa(2 438 m),老標(biāo)準(zhǔn)為57 kPa(4 550 m)。新標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件范圍變化更大,且提出了剪裁指南,對于不同的裝備,分析不同用途和不同任務(wù)剖面后,通過剪裁指南選定合適的試驗條件。剪裁指南的提出和應(yīng)用有利于減輕裝備的過實驗情況,使得試驗更加接近裝備的實際使用狀態(tài)。
新標(biāo)準(zhǔn)另外規(guī)定了程序Ⅳ——爆炸減壓,并對其試驗條件做出了具體規(guī)定,即起始壓力為:75.2 kPa,最終壓力為:18.8 kPa(12 192 m),壓力從75.2 kPa降至18.8 kPa試驗時間應(yīng)不大于0.1 s和更短時間,而老標(biāo)準(zhǔn)沒有此試驗程序。
新標(biāo)準(zhǔn)的試驗條件變化范圍更大,對于不同的產(chǎn)品,根據(jù)其不同用途和不同任務(wù)剖面,通過剪裁選定試驗條件,使試驗更加接近產(chǎn)品的真實使用狀態(tài),試驗結(jié)果更加真實可信。
新標(biāo)準(zhǔn)較老標(biāo)準(zhǔn)而言,增加了爆炸減壓程序(該程序與快速減壓除了減壓速率更高外,其余要求與快速減壓程序相同),同時對老標(biāo)準(zhǔn)的程序Ⅱ低氣壓工作做了調(diào)整,增加了機(jī)外掛飛設(shè)備的考核程序。
新標(biāo)準(zhǔn)對試驗前、試驗中、試驗后的要求做了更加細(xì)致的闡述。在試驗前根據(jù)裝備的實際適用環(huán)境,必須做好策劃,明確好使用的設(shè)備和儀器、試驗程序 、試件內(nèi)部關(guān)鍵部件和組件(必要時)、試件技術(shù)狀態(tài)、試驗量值、持續(xù)時間、應(yīng)力施加方式、試件安裝要求(包括安裝準(zhǔn)備、方向、連接方式等)、冷卻措施(必要時)各項參數(shù)的值及要求,根據(jù)上述的要求提前進(jìn)行剪裁準(zhǔn)備。在試驗中除了收集壓力、高度等試驗數(shù)據(jù),還要從裝備的角度收集產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)參數(shù)與時間響應(yīng)變化的參數(shù),更加注重試驗數(shù)據(jù)的積累及應(yīng)用。
新標(biāo)準(zhǔn)在試驗組織實施和角色協(xié)調(diào)方面,更加強(qiáng)調(diào)了第三方實驗室環(huán)境工程專家的作用,因此在實驗前,需要從裝備的技術(shù)狀態(tài)、裝備的用途、裝備的保障要求、工作要求多方面全面完整的了解試件關(guān)鍵技術(shù),環(huán)境工程專家再結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),找到技術(shù)的突破點,根據(jù)裝備壽命期內(nèi)低氣壓環(huán)境出現(xiàn)的階段,分析環(huán)境效應(yīng),如熱效應(yīng)、物理效應(yīng)等,從而制定有針對性的試驗順序及有較好操作性的試驗方案,最終根據(jù)試驗過程中的數(shù)據(jù),試驗結(jié)束后對全過程中的所有信息進(jìn)行統(tǒng)計分析,對裝備的數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行總結(jié)和深入探究,科學(xué)判定裝備是否滿足要求,從而達(dá)到滿足裝備低氣壓試驗的有效性和真實性,老標(biāo)準(zhǔn)則只是單純的給出了試件合格的判據(jù),對試驗數(shù)據(jù)的利用不關(guān)注。
新標(biāo)準(zhǔn)對信息收集的要求更加全面,除了試件標(biāo)識、試驗設(shè)備標(biāo)識 、實際試驗順序、與試驗大綱的偏離及說明、試驗中監(jiān)控試件的性能參數(shù)(必要時應(yīng)提供照片)、定期記錄的實驗室內(nèi)環(huán)境條件、試驗中斷記錄及處理結(jié)果(如發(fā)生時)、初步的失效分析(必要時)、確認(rèn)試驗數(shù)據(jù)有效的人員簽名及日期,還增加了收集試件已經(jīng)完成的試驗項目的高度與壓力的數(shù)據(jù),為后續(xù)裝備的改進(jìn)提升試驗的剪裁提供了原始的試驗數(shù)據(jù),同時還要求收集時間與壓力的數(shù)據(jù),注重試驗過程的控制及可追溯性,新標(biāo)準(zhǔn)更加從裝備的角度來而不是單純的環(huán)境角度策劃試驗的全過程實現(xiàn),新標(biāo)準(zhǔn)收集的信息更加全面。
一個完整的低氣壓(高度)試驗一般應(yīng)包括準(zhǔn)備工作、試驗過程、試驗結(jié)束三個過程,每個階段的實施要求詳見圖1。
圖1 試驗實施流程及要求
低氣壓是一種特殊的環(huán)境試驗,電子元器件/組件在低氣壓環(huán)境下,其散熱、電性能、密閉性等多種功能性能會受到影響,如果試驗過程中出現(xiàn)了中斷,對器件的欠試驗考核,不能完全的考核元器件/組件的低氣壓承受能力,不能提前發(fā)現(xiàn)并解決問題。新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了試驗過程中不能中斷,以達(dá)到所需要的效果,說明新標(biāo)準(zhǔn)更加注重對于試驗過程的控制,更加重視試驗的真實性。
選擇該項試驗的前提是裝備在壽命周期內(nèi)將會遇到低氣壓(高度)的環(huán)境,且低氣壓環(huán)境將會對裝備產(chǎn)生不利影響,主要影響包括但不限于密封墊密封的殼體漏氣、漏液 ;低密度材料的物理和化學(xué)性能發(fā)生變化;潤滑劑蒸發(fā);發(fā)動機(jī)的啟動和工作異常;真空密封失效;電弧或電暈放電,造成裝備失靈或工作不穩(wěn)定……
試驗開始前,根據(jù)裝備的研制協(xié)議確定試驗程序、試驗高度、試驗變化速率、持續(xù)時間、試驗參數(shù)[2]等要求,在試驗前完成試驗條件的數(shù)據(jù)裁剪。
若使用同一試驗件進(jìn)行一系列環(huán)境試驗,低氣壓試驗一般安排在試驗順序早期,因為該試驗對裝備的影響相對較小。若要考慮其他環(huán)境試驗對裝備低氣壓試驗效果的影響,此試驗應(yīng)安排在這些試驗后進(jìn)行:
1)考核裝備的密封性,低溫和高溫應(yīng)安排在低氣壓試驗之前;
2)考核裝備結(jié)構(gòu)完整性,力學(xué)(如振動、沖擊)試驗應(yīng)安排在低氣壓試驗之前;
3)考核非金屬零部件的強(qiáng)度,高溫老化試驗應(yīng)安排在低氣壓試驗之前。
該項試驗裝備置于一個負(fù)壓環(huán)境下,試驗過程中,試驗箱無法開門進(jìn)行測試,因此產(chǎn)品的上電無法通過產(chǎn)品自帶的開關(guān)正常上電,試驗前需對開關(guān)進(jìn)行改裝,將開關(guān)通過延長線引至試驗箱外。同時一些按鍵的測試在該試驗中也需要等效測試方法進(jìn)行測試或者置于高原環(huán)境進(jìn)行測試。
由于軍用裝備有電磁兼容性要求,因此產(chǎn)品的線纜外部往往都套有EMC網(wǎng)狀屏蔽套,該線纜直接通過測試孔連接至試驗箱外,網(wǎng)狀間隙的存在會導(dǎo)致測試孔附近存在漏氣的情況,影響試驗結(jié)果甚至導(dǎo)致試驗的失敗(漏氣會導(dǎo)致試驗箱內(nèi)部的氣壓無法達(dá)到預(yù)定的值),因此實驗前必須對產(chǎn)品線纜做臨時改動,避免網(wǎng)狀間隙的存在。
該項試驗過程中,尤其是快速減壓和爆炸減壓試驗,這兩項試驗都是在極短的時間內(nèi),讓氣壓快速變化。裝備在試驗過程中可能會出現(xiàn)碎裂或者爆炸的故障,整個試驗過程中要注意人身安全的防護(hù)。
從新舊標(biāo)準(zhǔn)的名稱來看,新標(biāo)準(zhǔn)更加注重“實驗室”的數(shù)據(jù)效果,通過實驗室試驗策劃、具體實施、數(shù)據(jù)采集來獲取更加貼近實裝的信息,使得實驗室的結(jié)果更加科學(xué),更加真實有效。
新版標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)性和可操作性有了極大的提高,更加貼近實際,提出了剪裁原則和方法,從試驗?zāi)康拈_始到試驗結(jié)束,進(jìn)行了全過程的梳理,加強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集和裝備實裝情況的指標(biāo)裁剪要求,對企業(yè)提出了更高的要求。產(chǎn)品質(zhì)量是設(shè)計出來的,需要企業(yè)在設(shè)計開始前,就必須了解裝備的全壽命周期內(nèi)可能碰到的所有環(huán)境,只有這樣才能讓企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。