艦載機(jī)武器系統(tǒng)傾斜及搖擺試驗(yàn)方法探討

黃國(guó)強(qiáng)

（中航工業(yè)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

隨著國(guó)際形勢(shì)的變化，海洋作戰(zhàn)在現(xiàn)代戰(zhàn)爭(zhēng)中越來(lái)越重要，這就對(duì)艦載機(jī)武器系統(tǒng)的質(zhì)量水平提出了更嚴(yán)格的要求。艦載機(jī)武器系統(tǒng)因受到風(fēng)、浪、流、潮等惡劣環(huán)境的作用，不可避免地產(chǎn)生顯著的平移、搖擺、上下升沉運(yùn)動(dòng)，誘發(fā)長(zhǎng)時(shí)間的搖擺過(guò)程，這對(duì)艦載機(jī)武器系統(tǒng)會(huì)造成一定影響，甚至損傷。本文初步分析了艦載機(jī)武器系統(tǒng)傾斜、搖擺環(huán)境，結(jié)合多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)推薦的傾斜和搖擺試驗(yàn)條件，給出艦載機(jī)武器系統(tǒng)可行的傾斜和搖擺試驗(yàn)方法。

1 傾斜和搖擺環(huán)境分析

在海面停泊或航行的艦船由于波浪的強(qiáng)迫搖擺和艦船本身固有的搖擺，艦載機(jī)武器系統(tǒng)不可避免的隨著載機(jī)平臺(tái)出現(xiàn)平移、旋轉(zhuǎn)等搖擺方式的運(yùn)動(dòng)，主要表現(xiàn)為傾斜環(huán)境和搖擺環(huán)境。搖擺環(huán)境引起的影響模式有：導(dǎo)致產(chǎn)品系統(tǒng)內(nèi)原有作用力平衡的破壞；軸承受力條件的改變；因內(nèi)部自身液面位置動(dòng)蕩而導(dǎo)致工作失常；內(nèi)部液體外泄；伺服系統(tǒng)因搖擺而工作失靈；電力傳輸線路位置動(dòng)蕩而導(dǎo)致斷裂、放電、短路等受損；元器件因承載多余應(yīng)力而導(dǎo)致虛焊、脫落；電子儀器屏蔽效果變差，發(fā)生電子信號(hào)干擾；電工產(chǎn)品技術(shù)參數(shù)發(fā)生改變，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸錯(cuò)誤等。

傾斜環(huán)境分為縱傾和橫傾兩種形式，搖擺環(huán)境分縱搖、橫搖、首搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩等6種形式，實(shí)際上6種形式的搖擺不一定同時(shí)存在，搖擺形式主要根據(jù)船舶相對(duì)于波浪的航向位置而定。每一種搖擺形式的劇烈程度除受相對(duì)航向的影響外，還取決于波浪的大小、波浪的周期、艦船固有的搖擺周期及艦船的尺寸大小等，因此在選擇搖擺試驗(yàn)的形式時(shí)主要應(yīng)視可能對(duì)產(chǎn)品性能或結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的重要影響而定。由于艦船傾斜，懸掛在載機(jī)上的武器系統(tǒng)產(chǎn)生一個(gè)傾斜向下的拉力（靜載荷）、船體的平移產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和船體晃動(dòng)、搖擺使機(jī)載武器系統(tǒng)產(chǎn)生近似長(zhǎng)周期的正弦運(yùn)動(dòng)（動(dòng)載荷），對(duì)艦載機(jī)武器系統(tǒng)在靜止?fàn)顟B(tài)下的功能和性能有一定的影響，搖擺試驗(yàn)中一般主要以橫搖、縱搖、垂蕩為主。當(dāng)有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要進(jìn)行幾種形式搖擺的復(fù)合試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)根據(jù)可能出現(xiàn)的真實(shí)環(huán)境合理規(guī)定出每一種形式的搖擺的嚴(yán)酷等級(jí)和相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)。

2 試驗(yàn)條件的嚴(yán)酷等級(jí)

2.1 GJB 150.23A–2009試驗(yàn)條件[1]

搖擺試驗(yàn)條件及嚴(yán)酷等級(jí)由下列參數(shù)來(lái)確定：傾斜試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)由傾斜角度和試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間兩個(gè)參數(shù)來(lái)確定；搖擺試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)由搖擺角度（縱搖、橫搖、首搖）或線加速度幅值（縱蕩、橫蕩、垂蕩）、搖擺周期和試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間等3個(gè)參數(shù)來(lái)確定。

傾斜和搖擺環(huán)境嚴(yán)酷度的定量值是根據(jù)作戰(zhàn)需求和預(yù)測(cè)的傾斜和搖擺環(huán)境狀態(tài)來(lái)確定。我國(guó)軍用標(biāo)準(zhǔn)GJB 150.23A–2009中也相應(yīng)規(guī)定了水面艦艇和潛艇上設(shè)備的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)應(yīng)符合表1[2]。

2.2 國(guó)外相關(guān)試驗(yàn)條件[2]

美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)MIL-STD-1399Ship Motion and Attitude和日本標(biāo)準(zhǔn)NDS F8002《艦船電氣設(shè)備試驗(yàn)方法》中可以看出，兩國(guó)對(duì)傾斜和搖擺環(huán)境的嚴(yán)酷度是由傾斜和搖擺角度，搖擺周期和持續(xù)時(shí)間組成。美國(guó)和日本規(guī)定的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)見(jiàn)表2、表3。

表1 中國(guó)海軍艦船裝備的傾斜和搖擺環(huán)境嚴(yán)酷度

2.3 3國(guó)標(biāo)準(zhǔn)中搖擺試驗(yàn)條件嚴(yán)酷度的對(duì)比

對(duì)于水面艦船，3國(guó)規(guī)定的運(yùn)動(dòng)角度、周期和持續(xù)時(shí)間基本一致，縱傾角度均較小，橫傾、縱搖和橫搖角度則相對(duì)較大，這是因?yàn)閷?duì)于水面艦船，船體的外力作用主要是橫傾、縱搖和橫搖引起的；

美國(guó)單獨(dú)規(guī)定了航母的縱搖和橫搖試驗(yàn)條件，較中日兩國(guó)更為詳細(xì)，針對(duì)性更強(qiáng)；

對(duì)于潛艇主要有3種工作模式，即水上航行、通氣管航行和水下航行。3國(guó)規(guī)定的運(yùn)動(dòng)角度、周期和持續(xù)時(shí)間基本一致；無(wú)論潛艇在何種工作模式下，橫搖時(shí)條件最嚴(yán)酷，最大角度達(dá)±60°，最小值也達(dá)到±30°，對(duì)艦船及艦船設(shè)備造成的影響最大；潛艇在通氣管航行和水下航行時(shí)，對(duì)船體的外力作用主要以縱傾、橫傾和橫搖為主，因此3國(guó)標(biāo)準(zhǔn)均未在此兩種狀態(tài)下考慮縱搖環(huán)境的影響；

表2 MIL-STD-1399規(guī)定的傾斜和搖擺環(huán)境嚴(yán)酷度

表3 NDS F8002規(guī)定的傾斜和搖擺環(huán)境嚴(yán)酷度

潛艇試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間方面，美國(guó)和中國(guó)的最低持續(xù)時(shí)間一致，日本為美國(guó)和中國(guó)的一半。

3 搖擺試驗(yàn)方法

3.1 試驗(yàn)順序及條件

GJB 150.23中推薦搖擺試驗(yàn)一般按照先傾斜后搖擺的試驗(yàn)順序進(jìn)行試驗(yàn)，也可同時(shí)進(jìn)行傾斜、搖擺試驗(yàn)[3]。若由于設(shè)備結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，需另規(guī)定傾斜和搖擺試驗(yàn)的先后順序時(shí)，應(yīng)由有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)文件規(guī)定。若無(wú)特殊規(guī)定時(shí)，試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)可按照表1～表3的規(guī)定選取。若不能確定艦船武器系統(tǒng)在可能遇到的傾斜和搖擺環(huán)境中使用和儲(chǔ)運(yùn)的適應(yīng)性時(shí)，則應(yīng)進(jìn)行傾斜和搖擺復(fù)合試驗(yàn)，其傾斜角度和搖擺角度耦合及試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)滿足有關(guān)的規(guī)定。若使用同一試驗(yàn)產(chǎn)品進(jìn)行多種環(huán)境試驗(yàn)時(shí)，一般應(yīng)在高、低溫試驗(yàn)后進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。

3.2 試驗(yàn)控制要求

搖擺試驗(yàn)所產(chǎn)生的搖擺波形應(yīng)為連續(xù)、光滑的正弦波形，其波形失真度應(yīng)小于15%，搖擺幅值容差為±10%，搖擺周期容差為±5%。在進(jìn)行復(fù)合試驗(yàn)時(shí)，可以進(jìn)行合理的耦合，合理的耦合應(yīng)該是把對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)品性能起重要影響的一種搖擺形式規(guī)定為最高試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)。若對(duì)主要的一種搖擺形式規(guī)定為最高試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)，另一種搖擺形式的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)只需為其最高試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)的50%～60%。

3.3 試驗(yàn)裝夾

艦載機(jī)武器系統(tǒng)搖擺試驗(yàn)應(yīng)根據(jù)其停放在艦船或其它裝備實(shí)際的安裝位置來(lái)確定安裝方式，直接通過(guò)安裝夾具安裝在試驗(yàn)臺(tái)面上，安裝應(yīng)牢固、可靠。當(dāng)有數(shù)種安裝方式時(shí)，應(yīng)盡可能選取可能承受到最嚴(yán)酷的條件和作用方式進(jìn)行試驗(yàn)。安裝的夾具剛性應(yīng)足以保證在施加試驗(yàn)條件的過(guò)程中，夾具不會(huì)因武器系統(tǒng)的高度、質(zhì)心和搖擺而形成的附加慣性力的作用而發(fā)生明顯的變形。

3.4 試驗(yàn)程序

初始檢測(cè)。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行外觀檢查及機(jī)械、電性能檢測(cè)。

試驗(yàn)。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定調(diào)整試驗(yàn)樣品在試驗(yàn)時(shí)所必須處于的狀態(tài)，待其穩(wěn)定后對(duì)試驗(yàn)樣品施加試驗(yàn)條件，并用監(jiān)測(cè)儀器對(duì)試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視。同時(shí)，按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)過(guò)程中必要的性能檢測(cè)。

試驗(yàn)順序是先傾斜后搖擺，先縱向后橫向，需要進(jìn)行幾種搖擺形式的復(fù)合試驗(yàn)時(shí)，應(yīng)規(guī)定出每一種搖擺形式的試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)及相應(yīng)的試驗(yàn)參數(shù)，并予以合理的耦合。

最后檢測(cè)。按有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定對(duì)試驗(yàn)樣品進(jìn)行外觀檢查及機(jī)械、電性能檢測(cè)，然后對(duì)試驗(yàn)結(jié)果做出評(píng)定[4]。

4 結(jié)論

搖擺試驗(yàn)是艦船特有的一項(xiàng)重要環(huán)境試驗(yàn)，它主要反映為頻率低、同時(shí)具有靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩種特性的力學(xué)試驗(yàn)。對(duì)于艦載機(jī)武器系統(tǒng)環(huán)境來(lái)說(shuō)，由于艦船巡航周期較長(zhǎng)，但它不同于處于靜止?fàn)顟B(tài)的地面裝備，較地面的環(huán)境更為復(fù)雜；也不同于周期較短的空中巡航環(huán)境，艦載機(jī)武器系統(tǒng)受到的外力作用低頻成分更多，因此有必要進(jìn)行該項(xiàng)試驗(yàn)。在沒(méi)有實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的情況下，可依據(jù)現(xiàn)行的GJB 150A.23中對(duì)應(yīng)的艦船試驗(yàn)條件在搖擺試驗(yàn)臺(tái)上實(shí)施，對(duì)于航母上的艦載機(jī)武器系統(tǒng)，其縱搖和橫搖試驗(yàn)條件可參考美國(guó)的相關(guān)規(guī)定進(jìn)行。

[1]GJB 150.23A–2009 軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第23部分：傾斜和搖擺試驗(yàn)[S].

[2]施建榮.論艦船裝備傾斜和搖擺環(huán)境適應(yīng)性與試驗(yàn)[J].裝備環(huán)境工程，2011，8（4）.

[3]GJB 150.23-1992 軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 傾斜和搖擺試驗(yàn)[S].

[4]力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)編委會(huì).力學(xué)環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)[M].陜西西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2003.