某自行火炮壽命期環(huán)境剖面分析

（南京理工大學(xué)，南京210094）

某自行火炮壽命期環(huán)境剖面分析

孫同生，于存貴

（南京理工大學(xué)，南京210094）

目的確定某自行火炮全壽命期環(huán)境剖面。方法對某自行火炮壽命期剖面內(nèi)可能經(jīng)歷的各種環(huán)境事件進(jìn)行分析，確定壽命期內(nèi)對武器系統(tǒng)造成影響的主要環(huán)境因素量值。結(jié)果構(gòu)建了某自行火炮全壽命期環(huán)境剖面，以圖表的形式說明了壽命期環(huán)境剖面中各環(huán)境因素的量值。結(jié)論所構(gòu)建的全壽命期環(huán)境剖面可為改善產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，開展環(huán)境試驗(yàn)，提高自行火炮的環(huán)境適應(yīng)能力提供依據(jù)。

自行火炮；全壽命期環(huán)境剖面；環(huán)境事件；環(huán)境適應(yīng)性

根據(jù)GJB 4239中的定義[1]，裝備自出廠到退役（包括報(bào)廢）的過程中經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境條件的時(shí)間歷程稱為壽命期剖面。產(chǎn)品壽命期環(huán)境剖面（簡稱LCEP）則是指與產(chǎn)品壽命期剖面對應(yīng)的環(huán)境種類及其量值按其時(shí)序的描述[2—4]。壽命期環(huán)境剖面分析的目的是通過分析確定產(chǎn)品壽命期內(nèi)將遇到的環(huán)境因素類型及其綜合作用和與時(shí)間的關(guān)系，最終編制出裝備的壽命期環(huán)境剖面。自行火炮在整個(gè)壽命期內(nèi)，要經(jīng)歷裝卸、運(yùn)輸、貯存/后勤供應(yīng)、執(zhí)行任務(wù)/作戰(zhàn)使用和退役報(bào)廢等狀態(tài)事件，在這個(gè)過程中均會(huì)受到各種誘發(fā)環(huán)境、自然環(huán)境或這些環(huán)境的綜合作用。

在某自行火炮研制過程中全面分析壽命期所經(jīng)歷的各種環(huán)境事件，分析影響系統(tǒng)設(shè)備功能、性能的主要環(huán)境因素，能有效地指導(dǎo)其環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)，支持環(huán)境防護(hù)和控制[5]，確定產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目、實(shí)驗(yàn)條件、試驗(yàn)程序和試驗(yàn)順序等，從而保證該型號(hào)自行火炮在其壽命期內(nèi)遇到各種惡劣環(huán)境因素（如高溫、低溫、振動(dòng)及沖擊等）作用時(shí)能正常使用，并實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定的功能和性能。同時(shí)，壽命剖面也是研究武器系統(tǒng)在研制、生產(chǎn)、使用、后勤保障等方面費(fèi)用的依據(jù)[6]。

1 自行火炮壽命期剖面

分析武器裝備在各種任務(wù)剖面內(nèi)可能遇到的氣象環(huán)境（如淋雨、高低溫、冰雹等）、力學(xué)環(huán)境（沖擊、振動(dòng)等）、地理環(huán)境（濱海鹽霧環(huán)境、高原高太陽輻射環(huán)境等）等因素對裝備的作用機(jī)理，明確各因素對裝備整體以及各分系統(tǒng)功能、性能的影響，是開展其環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)分析的一項(xiàng)重要的基礎(chǔ)工作。

文中根據(jù)某自行火炮研制合同以及作戰(zhàn)指標(biāo)要求確定其全壽命期剖面主要包括后勤階段（運(yùn)輸、貯存及維修剖面）和使用階段（訓(xùn)練、演習(xí)及作戰(zhàn)剖面），如圖1所示。

圖1 自行火炮全壽命剖面Fig.1 Life cycle profile for the self-propelled gun

2 自行火炮壽命期環(huán)境剖面

確定壽命期環(huán)境剖面的方法是對武器裝備在全壽命期內(nèi)可能經(jīng)歷的環(huán)境事件進(jìn)行分析，并根據(jù)壽命期剖面的各種狀態(tài)事件預(yù)計(jì)發(fā)生的地點(diǎn)和狀態(tài)本身的特點(diǎn)，結(jié)合環(huán)境應(yīng)力的產(chǎn)生機(jī)理，編制一份能說明與壽命期每一事件有關(guān)的自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境或這些環(huán)境綜合的清單，盡可能用文字、圖表和統(tǒng)計(jì)特性說明壽命期環(huán)境剖面中各種環(huán)境應(yīng)力的大小[1]。壽命期內(nèi)可能經(jīng)歷的環(huán)境歷程如圖2所示。

圖2 自行火炮壽命期環(huán)境歷程Fig.2 Life cycle environmental history of the self-propelled gun

2.1 確定壽命期環(huán)境剖面應(yīng)考慮并納入的內(nèi)容

由于武器裝備在全壽命期內(nèi)要經(jīng)歷多種環(huán)境因素的單獨(dú)、組合和綜合作用，因此確定武器裝備的壽命期環(huán)境剖面應(yīng)特別考慮并納入以下內(nèi)容：武器裝備在裝卸、運(yùn)輸期間預(yù)計(jì)的狀態(tài)；可能遇到的環(huán)境事件及其有關(guān)的地理位置和氣候特性；武器裝備所處的安裝、貯存和運(yùn)輸平臺(tái)；壽命期剖面每個(gè)階段暴露于某環(huán)境下的相對和絕對持續(xù)時(shí)間；壽命期剖面每個(gè)階段預(yù)期出現(xiàn)的頻度或可能性；由于裝備的射擊或自然規(guī)律，環(huán)境對裝備的限制或臨界值。

2.2 環(huán)境條件分析

在分析產(chǎn)品的壽命期環(huán)境剖面時(shí)，最難確定的是各種環(huán)境因素的量值。因此，為了得到自行火炮壽命期環(huán)境剖面，采用以下途徑對壽命期環(huán)境事件中的環(huán)境條件進(jìn)行分析。

1）研制文件分析。該自行火炮的研制文件中包含了部分壽命期及環(huán)境條件信息，有些數(shù)據(jù)可以直接在環(huán)境剖面中應(yīng)用。

2）相似環(huán)境分析。由于環(huán)境因素的具體數(shù)據(jù)一般情況下很難獲得，因此可以分析、整理相似產(chǎn)品的使用環(huán)境數(shù)據(jù)。

3）文獻(xiàn)數(shù)據(jù)分析。除了根據(jù)實(shí)測環(huán)境數(shù)據(jù)和相似產(chǎn)品的使用環(huán)境數(shù)據(jù)，還可以應(yīng)用GJB 1172《軍用設(shè)備氣候極值》、GJB 150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》等國家標(biāo)準(zhǔn)中的歷史環(huán)境數(shù)據(jù)，通過分析或直接作為環(huán)境剖面中的數(shù)據(jù)。

4）實(shí)測數(shù)據(jù)。通過初樣摸底試驗(yàn)，收集整理可能遇到的典型極限環(huán)境觀測數(shù)據(jù)，補(bǔ)充缺失的數(shù)據(jù)或?qū)ο嗨飘a(chǎn)品的數(shù)據(jù)進(jìn)行修正。

2.2.1 運(yùn)輸環(huán)境

自行火炮在運(yùn)輸過程中一般有炮衣遮蓋，因此機(jī)械沖擊、振動(dòng)、溫度（高溫、低溫及溫度變化）、濕熱、砂塵等是主要的環(huán)境影響因素。

1）沖擊、振動(dòng)。沖擊、振動(dòng)和穩(wěn)態(tài)加速度對裝備的影響主要是造成結(jié)構(gòu)變形、損壞、緊固件松動(dòng)以及觸點(diǎn)短、斷路和密封失效等。根據(jù)GJB 3493—98《軍用物資運(yùn)輸環(huán)境條件》[7]可知，運(yùn)輸過程中的穩(wěn)態(tài)加速度為20 m/s2，機(jī)械裝卸跌落高度為100～600 mm。公路、鐵路運(yùn)輸隨機(jī)振動(dòng)量值見表1，沖擊響應(yīng)譜見表2。其中，公路行駛時(shí)按振動(dòng)沖擊條件的不同，可分為如下三類：汽車在二級(jí)及二級(jí)以上公路行駛（Ⅰ類）；汽車在三級(jí)及三級(jí)以上公路行駛（Ⅱ類）；汽車在無路地區(qū)行駛（Ⅲ類）。

2）溫度及溫度變化。運(yùn)輸階段的環(huán)境因素除了機(jī)械環(huán)境條件（也稱為誘發(fā)環(huán)境）以外，主要還有氣候環(huán)境條件，例如溫度極值（低溫、高溫）、溫度變化和濕熱等，氣候環(huán)境條件量值要根據(jù)GJB 3493—98《軍用物資運(yùn)輸環(huán)境條件》并結(jié)合我國領(lǐng)土范圍內(nèi)可能遇到的氣候極值情況來確定。對于公路行駛和鐵路運(yùn)輸，低溫為-55℃，密封艙室內(nèi)的最高溫度為70℃，通風(fēng)艙室最高溫度為50℃。考慮到冬、夏運(yùn)輸環(huán)境溫度的差別，運(yùn)輸過程中溫度變化范圍為-55～25℃及50～5℃[8]。

表1 公路、鐵路運(yùn)輸隨機(jī)振動(dòng)量值Table 1 Stochastic vibration values of highway and railway transportation

表2 公路、鐵路運(yùn)輸沖擊響應(yīng)譜Table 2 Impact response spectra of highway and railway transportation

3）濕熱。濕熱以相對濕度達(dá)到95%時(shí)的溫度來表示，Ⅰ類公路上行駛和鐵路運(yùn)輸為30℃，Ⅱ類和Ⅲ類公路行駛為45℃。

4）砂塵。除了溫、濕度的影響以外，運(yùn)輸過程中還受到機(jī)械活性物質(zhì)（砂、塵）的影響，GJB 3493—98《軍用物資運(yùn)輸環(huán)境條件》中規(guī)定，在沙漠以外地區(qū)的鐵路運(yùn)輸或在Ⅰ類公路上行駛時(shí)，砂和積塵的量值分別為0.1 g/m3和3.0 mg/（m2·h），經(jīng)沙漠地區(qū)鐵路運(yùn)輸或在Ⅱ類、Ⅲ類公路行駛時(shí)，砂和積塵的量值分別為10 g/m3和3.0 mg/（m2·h）。

2.2.2 貯存環(huán)境

溫度和濕度是對自行火炮靜態(tài)貯存造成影響的主要環(huán)境因素。GJB 2770—1996《軍用物資貯存環(huán)境條件》[9]中給出的標(biāo)準(zhǔn)軍備倉庫裝備貯存環(huán)境相對于部隊(duì)臨時(shí)倉庫的貯存環(huán)境，其環(huán)境相對溫和，并且量值可控。因而這里只考慮部隊(duì)臨時(shí)簡易倉庫貯存時(shí)可能遇到的環(huán)境條件極值，以指導(dǎo)該自行火炮的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)與試驗(yàn)。根據(jù)GJB 1172—1991《軍用設(shè)備氣候極值》可知，自行火炮在部隊(duì)臨時(shí)倉庫貯存時(shí)，可能遇到的環(huán)境條件極值：高溫為70℃，低溫為-55℃，濕熱為95%/（30～60℃），降雨強(qiáng)度為6 mm/min，太陽輻射為（1120±10%）W/m2，砂和積塵的量值分別為10 g/m3和3 mg/（m2·h）。

由于該自行火炮設(shè)計(jì)指標(biāo)中要求兼顧海防炮兵部（分）隊(duì)需要，進(jìn)行特定地域有限機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)，滿足對海上目標(biāo)火力打擊任務(wù)的需求。因此除了上述環(huán)境條件以外，還要考慮在海邊貯存、使用時(shí)鹽霧、霉菌等對武器系統(tǒng)造成的影響。

2.2.3 訓(xùn)練、演習(xí)與作戰(zhàn)環(huán)境

除了在常規(guī)環(huán)境中使用，該自行火炮設(shè)計(jì)指標(biāo)還規(guī)定要能在嚴(yán)寒、高原、沙漠地區(qū)使用。各種環(huán)境條件的量值如下所述。

1）嚴(yán)寒氣候環(huán)境[10—11]。漠河的極端溫度可到-55℃，年溫度范圍一般在-55～-37.8℃。極端低溫環(huán)境將會(huì)影響裝備的機(jī)動(dòng)性及設(shè)備功能、性能的環(huán)境適應(yīng)性，例如瞄準(zhǔn)鏡、瞄準(zhǔn)具起霜，各種電纜、液壓管道低溫下變脆斷裂等；凍土地帶地形崎嶇，復(fù)雜的凍土地形環(huán)境還可能會(huì)造成裝備受沖擊、振動(dòng)等的影響而損壞。

2）沙漠環(huán)境[12]。主要特點(diǎn)是高溫、少雨、低濕、強(qiáng)太陽能輻射、風(fēng)沙等。在沙漠環(huán)境中使用時(shí)，太陽輻射最大值能達(dá)到1120 W/m2，承受的沙塵濃度極值可達(dá)到2 g/m3。在這種條件下，各種非金屬部件以及有密封性要求的部件會(huì)受到沙塵等的影響。

3）高原環(huán)境。高原環(huán)境的特點(diǎn)主要是低氣壓、高太陽輻射以及溫度變化大等。GJB 1172—1991《軍用設(shè)備氣候極值》中給出，高原環(huán)境下太陽輻射最大值為1120 W/m2，低氣壓極值為554.7 hPa，低氣壓會(huì)降低發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力功率，影響自行火炮的作戰(zhàn)效能。

除了上述自然環(huán)境因素以外，自行火炮在作戰(zhàn)使用時(shí)還會(huì)承受惡劣的戰(zhàn)場誘發(fā)環(huán)境影響，如劇烈的爆炸沖擊、戰(zhàn)場道路沖擊、振動(dòng)、砂塵、噪聲以及電磁干擾等因素。

3 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)要求

環(huán)境適應(yīng)性要求是描述研制裝備應(yīng)達(dá)到的環(huán)境適應(yīng)性這一質(zhì)量特性水平的一組定量和定性目標(biāo)[13]。我國近年來才逐漸重視武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求，而美國早在20世紀(jì)90年代就將環(huán)境影響納入其武器裝備研制核心技術(shù)領(lǐng)域[14]。根據(jù)上述環(huán)境剖面分析，結(jié)合自行火炮的設(shè)計(jì)指標(biāo)及GJB 150A—2009《軍用裝備試驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》[15]對其環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)提出的要求見表3。

表3 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)要求Table 3 Requirement for the test of environmental adaptability

4 結(jié)語

綜上所述，振動(dòng)、沖擊、溫度、濕度、沙塵及太陽輻射等是影響某自行火炮環(huán)境適應(yīng)性的主要因素。在其整個(gè)研制過程中，依據(jù)上述分析和方法確定的環(huán)境剖面及量值，為制定環(huán)境使用文件、開展環(huán)境設(shè)計(jì)分析及環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)，提出自行火炮試驗(yàn)室高溫、低溫、振動(dòng)、沖擊、鹽霧、濕熱、淋雨等試驗(yàn)方案及全炮的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)提供依據(jù)，從而確保設(shè)計(jì)出來的武器裝備在壽命期可能遭遇到的所有環(huán)境中能保持既定的性能和功能，完成作戰(zhàn)任務(wù)要求。

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Life Cycle Environmental Profile for a Self-Propelled Gun

SUN Tong-sheng，YU Cun-gui
（Nanjing University of Science and Technology，Nanjing 210094，China）

Objective To find out the existing problems of the active support equipment in the process of the plateau environmental protection,evaluate the performance of the equipment on the plateau and improve the adaptability of the equipment in plateau environment.Methods According to the characteristics of plateau environment,the practical performance of active support equipment in plateau environment was fully and accurately mastered and the outstanding problems were found out.On this basis,targeted research on the adaptive technology of support equipment in plateau environment was carried out.Results It was proposed to improve the adaptability of the support equipment in plateau environment from the aspects of technical measures,debugging process and matching among the subsystems. Conclusion After application of the adaptive technology,the function of plateau type support equipment was complete, the performance was reliable,and it could meet the support needs of active main battle equipment in plateau environment.

support equipment；plateau environment；adaptability

10.7643/issn.1672-9242.2016.02.026

TJ301

：A

1672－9242（2016）02－0144-05

2015-10-27；

2015-11-24

Received：2015-10-27；Revised：2015-11-24

孫同生（1991—），男，山東威海人，博士研究生，主要研究方向?yàn)榛鸺淦靼l(fā)射動(dòng)力學(xué)分析、玻璃鋼定向器加速老化壽命、環(huán)境試驗(yàn)等。

Biography：SUN Tong-sheng（1991—），Male，from Weihai，Shandong，Ph.D.，Research focus：launch dynamics of multiple launch rocket system，accelerated aging life of GFRP redirector，and environmental test.