艦載裝備環境剖面構建及環境要求分析

□ 吳超云 明志茂 黃英齡

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艦載裝備環境剖面構建及環境要求分析

□ 吳超云 明志茂 黃英齡

艦載武器裝備環境剖面是指艦載武器型號在壽命期內各種事件和對應的環境因素時序及時間頻度的描述，它是裝備耐環境設計的前提和基礎。GJB4239中工作項目201-203中要求裝備在論證階段應提出壽命期剖面和初步的壽命期環境剖面，方案階段要求提出最終的環境剖面，并確定環境類型及其量值。當前急需針對艦載武器裝備進行環境剖面的研究，明確其環境要求，從源頭設計開始，減緩或消除環境對產品的性能影響。

環境剖面構建及環境要求確定方法

任務剖面是確定環境剖面的基礎和前提，通過對任務剖面中環境事件的分析，得出任務過程中的遭遇環境應力類型，根據任務剖面各階段的任務特性參數，導出相應的環境應力持續的時間，從而得到環境剖面。在確定任務剖面中各環境因素、強度及出現的頻度和時間之后，結合產品自身的材料、結構特點、功能特性、技術指標、工作模型等信息，分析各種環境對產品性能及使用的影響，確定需要考慮的主要環境因數，去除影響不大或者沒有影響的環境因素，使得環境剖面得到進一步簡化。最終根據簡化環境剖面中環境類型和量值，取各環境因素極值確定最終產品的環境要求。環境剖面構建及環境要求確定方法的步驟主要包括：

任務剖面確定

一般情況下研制文件中主要包含了裝備任務剖面、壽命周期及環境條件等信息，這些數據可以直接在環境剖面構建中使用；另外有部分隱含的信息（如某些功能和性能的使用改變了周圍的環境），這些信息為進一步細化環境剖面提供了線索。故裝備的任務剖面主要來源于研制文件。

環境事件分析

產品在出廠后的壽命期內一般會反復遇到運輸、貯存、后勤保障、使用等多種狀態。每種狀態中對應了多個環境事件。因此，需列舉出每一個狀態下的環境事件，并對環境事件中的環境因素進行分析，確定其主要影響環境因素。

環境應力分析

在環境事件分析的基礎上，進一步確定各環境因素的應力量值。此時環境應力的數據來源主要包括實測應力、估計應力和參考應力，按照數據來源優先的次序如下：實測應力，根據裝備在實際使用中執行典型任務時，對其進行實際測量，獲得實際環境數據，對實測環境數據進行統計分析處理后確定的應力；估計應力，根據具有相似用途的裝備在執行相似典型任務剖面時測得的數據，經過分析處理后確定的應力。只有在無法得到實測應力的情況下方可使用估計應力；參考應力，在得不到實測應力和估計應力的情況下，可搜集相關標準文獻的歷史環境數據，補充構成環境剖面中數據。

環境剖面構建

通過對自然環境和誘發環境因素對裝備的影響分析，確定影響裝備的戰備完好性和任務成功性的關鍵環境因素，并將這些環境的種類及環境量值按照時間次序串接起來，最終構成裝備的壽命期環境剖面。

環境要求確定

在確定環境剖面之后，結合產品自身特點，根據環境剖面中環境類型，取其極值，最終確定環境要求。環境要求應包括環境適應性要求和環境適應性驗證兩個方面。環境適應性要求為技術指標，是設計要求；環境適應性驗證則是一種試驗驗證及分析要求。

典型艦載裝備環境剖面構建研究

艦載裝備在壽命期任務剖面內的每一個具體的事件，均對應著相應的自然環境和誘發環境。如果將這一系列的具體時間所對應的自然環境和誘發環境中的各種環境應力類型和量值按時序集合，則形成了艦載裝備壽命期環境剖面。

環境應力分析

艦載裝備的環境事件主要有：有建筑的除濕貯存、卡車運輸和裝卸、船塢維修、裝艦和基地停泊、碼頭訓練、維修保養、近海任務、遠海任務等。其中近海任務和遠海任務包括艦載環境的簡易庫房貯存、訓練、維修保養、執行任務等環境事件。以下對各事件的環境因素及量值進行分析。

庫房貯存階段環境分析。根據GJB 2270《軍用物質貯存環境條件》規定，庫房貯存階段嚴酷度等級為Ⅰ-Ⅱ級，環境相對溫和，且量值可控，其如圖1所示。該階段艦載裝備主要考慮自然環境影響因素，誘導環境影響相對較少，主要考慮靜載荷環境的影響。參考標準GJB 2270 可知，庫房貯存階段自然環境因素主要包括低溫、高溫、溫度沖擊、濕熱、低氣壓、太陽輻射、降雨強度、風速等。

后勤階段環境分析。后勤階段環境事件主要有汽車運輸和船塢維修保障，包括了自然環境因素和誘發環境因素，其綜合嚴酷度等級達到Ⅱ級。該階段環境事件根據GJB 3493《軍用物質運輸環境條件規定》，按最惡劣的環境進行分析原則，汽車運輸過程中所遭遇自然環境因素包括溫度（包括高、低溫和溫度變化）、濕度、太陽輻射、低氣壓、風、雨、鹽霧等。誘發環境因素主要包括振動、沖擊、穩態加速度、靜壓力等。在船塢維修過程中，則主要考慮自然環境因素對艦載設備的影響，在陸地運輸中隨機振動的力學環境對艦載裝備的影響較大，為主要的環境影響因素，采用汽車艦載裝備，振動將直接傳遞到裝備本身，因此，該階段艦載裝備的振動環境認為與汽車的振動一致。汽車的振動是由路面粗糙或不平以及汽車動力傳輸旋轉不平衡造成的。振動的幅值取決于所有汽車的類型、汽車裝載情況和駕駛員的技術等。

使用階段環境分析

艦載裝備使用階段的環境主要考慮裝備隨艦值班和訓練時所遇的艦載海洋環境因素，主要包括了自然環境因素和誘導環境因素。在該階段經歷的環境事件主要包括碼頭訓練、維修保養、近海任務和遠海任務，其環境嚴酷度等級達到Ⅲ-Ⅳ級。根據艦載裝備不同的安放位置，把艦載的環境因素分為艦面和艙內環境因素，艦面自然環境因素的量值確定主要依據國家海洋信息中心所公布的海洋信息數據庫以及GJB 1060.2《艦船環境條件要求 氣候環境》；同樣艙內自然環境因素量值相對溫和，部分可控，它的量值確定主要依據GJB 1060.2《艦船環境條件要求 氣候環境》。

此外，艦載裝備中另一個重要因素為誘發環境因素，主要包括振動、沖擊和傾斜搖擺環境因素等。在艦面環境中，受到的振動搖擺環境是由艦船的設備和船對海浪的響應造成，其振動環境幅值取決于船舶類型，猛烈的緊急制動力的大小和船舶航行中的最大海浪高度。

艦載裝備環境要求確定

自然環境要求

溫度。艦載裝備工作中能暴露于-50℃低溫，70℃高溫，-50℃/25℃溫度沖擊的環境中100h以上，并按規定的功能完成工作。

濕度。艦載裝備工作中能暴露于溫度為38℃時，40%～95%的濕度環境中8760 h以上，并按規定的功能完成工作。在壽命期內，霧氣或冷凝水應不會造成裝備性能下降。

低氣壓。艦載裝備在經受53Kpa的低氣壓之時或會后能按規定的功能完成工作。

太陽輻射。艦載裝備在經受8760 h，強度為1110w/m2的太陽輻射之時或之后能按規定的功能完成工作。

淋雨。艦載裝備在經受8760h，降雨強度為31.2mm/min的淋雨之時或之后能按規定的功能完成工作。

鹽霧。艦載裝備在經受8760h，沉降量為5mg/m3的鹽霧之時或之后能按規定的功能完成工作。

砂塵。艦載裝備在經受100h，沉降量100mg/m3的砂和3mg/m2·h的塵之時或之后能按規定的功能完成工作。

風速。艦載裝備在經受8760h，速度為95m/s的風之時或之后能按規定的功能完成工作。

誘發環境要求

隨機振動。艦載裝備在經受100h，均方根加速度為24.89 m/s2，最高加速度譜密度為40m2/s4/Hz的隨機振動之時或之后能按規定的功能完成工作。

沖擊。艦載裝備在經受100h，后峰鋸齒形脈沖，峰值加速度1000m/s2的沖擊振動之時或之后能按規定的功能完成工作。

傾斜和搖擺。艦載裝備在經受8760h，橫傾15°，縱傾10°，搖擺45°，橫搖周期5～14s，縱搖15°，縱搖周期4～8s的傾斜和搖擺之時或之后能按規定的功能完成工作。

（作者單位為廣電計量檢測股份有限公司）