機載電子產品環境適應性研究

陸培永（中國電子科技集團公司第三十八研究所,合肥 230088）

機載電子產品環境適應性研究

陸培永
（中國電子科技集團公司第三十八研究所,合肥 230088）

目前，在經濟全球化的大背景下，提升我國的國防實力已經成為我國當前構建社會主義國家的工作重心。國防實力包括兩方面：一方面是經濟實力，政治、外交、文化等；另一方面是軍事實力，尤其是指飛機作戰性能[1]。本文從各種環境因素對機載電子產品性能的影響入手，著重分析如何提高機載電子產品環境適應性等一系列問題，總結當前我國機載電子產品環境適應性存在的問題和不足，在機載電子產品的強度、“三防”、散熱等方面提出有效的改進措施和建議，從而整體提升我國機載電子產品的環境適應性。

機載電子產品；環境適應性；環境因素；研究

0　引言

眾所周知，機載電子產品是飛機的重要組成部分，機載電子產品的環境適應能力的強弱直接影響了飛機戰斗力的高低。機載電子產品是由較為精密且復雜的機械原件組成，如果機載電子產品遇到極其惡劣的天氣則很容易遭到損害[2]。可見環境對機載電子產品的影響巨大。因此只有提高機載電子產品的環境適應能力，才能提升我國的國防實力，這也是現代戰爭對我國機載電子產品提出的必然要求。

1　當前我國機載電子產品的發展現狀以及存在的弊端

隨著我國科學技術的進步，我國機載電子產品也不斷向前發展，在長期的實踐中，已經取得了一定的成效，但仍然存在很多不足。

1.1機載電子產品在振動過程中失效

機載電子產品產生故障的大部分原因是由于惡劣天氣導致電子元件受到強烈的振動和沖擊，進而失效。據我國航天部門的相關資料表明，造成機載電子產品在振動中失效的主要原因有三方面：“一方面是電子設備在某激勵下由于共振導致模塊印制板上產生較大的振動加速度或沖擊加速度超過了電子元器件所能承受的加速度量值；另一方面是電子設備在振動過程中由于加速度產生的結構應力超過了結構材料所能承受的應力值；三是由于頻繁、長期的動載荷振動導致電子設備結構或器件管腳損壞。[3]”以上原因導致我國機載電子產品環境適應性較差，從而降低了我國飛機的戰斗性能。

1.2機載電子產品數據管理環節薄弱

我國機載電子產品數據管理存在諸多問題，管理人員素質不高，缺乏責任感；數據庫數據不完整，存在遺漏、損壞、偽造等；故障報告、分析與糾正措施系統僅僅還停留在數據收集積累的初始階段；機載電子產品的數據管理沒有達到為其他型號的電子產品環境適應性研究提供有效數據的要求。

1.3機載電子產品設計忽視產品的環境適應能力

目前我國大部分機載電子產品的設計過多側重于性能，往往忽視了機載電子產品的環境適應能力。這種情況會直接導致產品的全壽命周期費用大幅度增加。由于機載電子產品的環境適應能力低下，很容易受到周圍環境的影響，尤其是遇見惡劣天氣，會直接造成機械電子產品的損壞，出現國家投入機載電子產品后無法適應工作環境而不能使用，或者在試驗過程中問題不斷，使飛機根本無法正常運行，只能將機載電子產品頻繁返廠進行維修。這些售后服務都給企業帶來了巨大的費用，增加企業的財政負擔，對機載電子產品的性能和結構都帶來了不利影響，縮短了機載電子產品的使用壽命。

1.4機載電子產品缺乏國內外交流

目前我國處理機載電子產品失效的技術人員匱乏，掌握的核心技術較少，而且缺乏和國外的交流，導致機載電子產品技術還是比較落后，難以做到系統地利用試驗手段去發現、改進、更換失效的零件，不能有效的提高機載產品的環境適應能力。例如：國外早已經使用的高加速試驗方法來提高機載電子產品的環境適應性，在我國就開展的不理想。由于的設計人員專業技能、國家試驗標準、電子元器件選用使用等不足，加之沒有形成有效的驗證方法，導致機載電子產品環境適應性差。

2　有效解決措施

2.1創新機載電子產品的設計方案

企業要想提高機載電子產品的環境適應能力，就必須從源頭抓起，從機載電子產品的設計、材料等方面入手。根據環境適應性的具體含義，將其分為三種情況：一是氣候因素，是指根據機載電子產品的元器件、構件、設計材料，通過創新設計方案來提高機載電子產品對工作環境的抵御能力。二是設計師通過更改機載電子產品原有的設計結構，使電子產品的嚴酷度和局部環境影響力下降，以科學有效的設計方案來提高機載電子產品的環境適應性，這不僅能夠減少企業售后服務投入的大量資金，縮減電子產品后期因故障返廠維修的資金消耗，還能夠從根本上減少機載電子產品的全壽命周期費用，提高機載電子產品的質量。設計師還可以通過建立有限元模型，對機載電子產品進行振動分析，從而預防失效現象。例如：國家相關規定指出：“機載電子產品設計按照通用的精簡原則，在CAD建模軟件中對零部件進行簡化并裝配后，以通用的三維模型數據交換格式導入到pat軟件中，在Pat中對導入的CAD模型使用十節點四面體單元進行網格劃分。通過控制網格劃分器的相關參數來保證模型內外網格密度的均勻性。最終得到有限元模型，一般共351560個節點，共187984個四面體單元。”[4]這就要求機載電子產品的制造階段要嚴格按照國家相關規定進行制造，通過高效合理規范的制作手段，實現提高機載電子產品組件加工的合格率、產品材料的合格率、一次驗收的合格率等目標。因此我國要創新機載電子產品的設計方案，獲得高安全性、高環境適應性的機載電子產品。

表1　結構材料屬性

2.2完善機載電子產品的管理制度

完善機載電子產品的管理制度是提高我國機載電子產品環境適應性工作的重要環節，因此完善數據管理制度是非常必要的。數據管理制度主要包括：對機載電子產品數據的管理、機載電子產品全壽命周期的管理、環境因素統計的管理、試驗與評估結果的管理、監測和研究分析結果的管理等方面。合理有效的數據管理是開展機載電子產品環境適應能力工作的重中之重，收集積累機載電子產品的故障信息和出錯數據，能夠有效的找出機載電子產品在研制、生產、制造等各個階段出現失效情況，通過對數據進行分析歸納、處理能夠為日后機載電子產品設計提供科學可靠的依據，還能提高機載產品的環境適應能力，延長其使用壽命。例如：某型號機載電子產品數據管理糾錯分析表（如下圖），可見完善機載電子產品的數據管理制度，能夠對機載電子產品進行系統地環境適應性技術改進，加強機載電子產品的環境適應性。

表2　某型號機載電子產品數據管理糾錯分析表

2.3加強機載電子產品的環境適應性設計

我國應該重視機載電子產品環境適應性問題，加大對機載電子產品環境適應性的試驗和研究。機載電子產品環境適應性主要包括：產品的結構強度、振動、沖擊、元器件的環境適應能力等。因此設計師應該從以上方面入手，根據機載電子產品的工作環境，制定有效的措施。首先，機載電子產品設計的過程中要避免直角和懸臂結構，應該采用倒圓角或者是斜筋進行有效的過度，能避免應力的集中，在對機載電子產品結構設計的過程中，應該注意剛強度的設計和隔振緩沖設計，在機載電子產品重量最輕的前提下確保電子產品的安全性。針對機載電子產品的密封設備，設計師應該選擇耐高溫、低溫而且性能好的密封圈等設備，從而提高密封效果，避免因為低溫而減低機載電子產品環境適應能力的情況出現。其次，在機械電子產品的選材問題上，要選用符合規范的材料，如：尺寸較大的印制板應在中央增加支撐點或者強筋確保其穩定性，印制板上較大的組件支腳應該點膠，還可以利用導熱板來提高印制板自身的剛度，從而優化機載電子產品的內部結構和布局。然后，設計師還可以對于印制板的薄弱原件進行加固措施，可以根據硅橡膠對整個元器件或者組件進行灌封，更新傳統的工藝處理觀念，這樣可以提高元器件的抗振性能和“三防”性能。最后，在機載電子產品空間和重量允許的前提下，盡可能安裝減振裝置，局部還可以采用高強度的設計材料，應該選取耐惡劣環境的高阻尼隔振器，控制重量；還可以將結構小型化、輕量化設計、集成化設計等多種方案相結合，從而提高機載電子產品的環境適應性，進一步提高我國飛機作戰水平。

2.4提高機載電子產品的試驗水平

我國技術人員應該加強經驗交流，國家應該大力引入先進的技術手段，目前國外針對機載電子產品這一課題上大力倡導高加速試驗、可靠性仿真試驗。相關資料指出：“高加速壽命試驗(HALT)和高加速環境應力篩選試驗(HASS)，能夠在較短的研制周期內達到快速提高、驗證產品環境適應性的目的。其中，HALT是主要針對研制階段的試驗，而HASS和環境應力篩選試驗(ESS)一樣，是針對批生產階段的試驗”[5]。可見采用高加速試驗能夠準確有效的提高機載電子產品的環境適應性。可靠性仿真試驗能從電子產品的局部，如印制板的某個位置分析振動響應和溫度變化情況，尋找到薄弱環節，從而改進環境適應性設計。還可以結合目前機載電子產品的實際情況，研究新的試驗方法，在創新的基礎上實踐，在實踐的基礎上創新，通過提高機載電子產品的耐環境適應性，增強我國飛機的作戰性能，逐步提高我國的綜合實力。

3　結束語

綜上所述，從我國目前機載電子產品環境適應性發展趨勢來看，存在諸多問題和弊端。因此我國要轉變過去傳統的設計理念，采用輕量化設計的方法，使用合格材料改變傳統金屬化鍍覆工藝，綜合考慮各種因素包括振動、裝機協調、分機方案、電磁兼容設備、元器件篩選等問題等因素系統設計機載電子產品的環境防護能力。總之，提高機載電子產品環境適應性不僅是現代化信息技術發展的必然趨勢，同時也是現代戰爭對機載電子產品設備提出的新要求。

[1]李棟，方偉奇，王克軍.某機載PCB模塊環境適應性及防護設計[A].2010中國電子學會可靠性分會第十五屆可靠性學術年會論文集[C].2010.

[2]苗玲，陳志剛，陳敏.平板裂縫天線的有限元簡化模型及模態分析[J].電子機械工程，2008,24(05):55-57．

[3]余建祖，高紅霞，謝永奇.電子設備熱設計及分析技術[M].2版北京:北京航空航天大學出版社,2008:83-84．

[4]熊敦禮,王德言,朱智雄等.航空制造工程手冊——機載設備環境試驗部分[M].北京:航空工業出版社,2005.

陸培永（1971—），男，應用電子技術學士，中國電子科技集團公司第三十八研究所質量師，研究方向：產品質量與可靠性。