空空導彈新研元器件振動試驗條件探討

趙青，吳瑞軒

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

空空導彈新研元器件振動試驗條件的設計是空空導彈系統總體設計工作的重要組成部分，貫穿于空空導彈論證、方案制定以及工程研制等各階段，其設計是否合理，將直接影響飛行的成敗和空空導彈系統的先進性。

目前，空空導彈新研元器件既按照相關標準/規范中的規定條件開展振動試驗，又按照型號要求的振動條件開展振動試驗，并且振動試驗量級是在型號條件基礎上放大1.5~2倍。這有可能造成過試驗或者重復試驗，加長了試驗周期，增加了試驗成本。

另外，GJB 150.16A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 振動試驗》附錄B中規定對某一特定裝備，并不一定要做所有類型的振動試驗，因為所有的試驗都會消耗疲勞壽命，最重要的是通過試驗方法剪裁獲得預期的試驗結果[1]。制定合理的新研元器件振動試驗條件，是空空導彈研制過程中一項急需解決的技術關鍵。

1 新研元器件相關標準規定的振動試驗條件

1.1 振動量級

空空導彈用新研元器件包括電子及電氣元件、微電子器件、電連接器、控制電機、半導體分立器件等，其所依據標準及標準中規定的振動條件見表1、表2。

表1 元器件依據標準Tab.1 Component standard

本文只討論新研元器件的隨機振動試驗條件。從表1可以看出，新研元器件相關標準中規定的振動試驗條件都指向GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》方法214。本文以該標準中的振動試驗條件為例進行討論。

從表2可以看出，該標準規定了兩組試驗條件：試驗條件 I（振動試驗譜見圖1a）、試驗條件 II（振動試驗譜見圖1b），每組條件都包括“A—K”10種試驗條件。而從振動試驗譜看出，試驗條件Ⅰ從1000 Hz以上按6 dB/倍頻程衰減，對新研元器件高頻考核不充分；試驗條件Ⅱ從1000~2000 Hz沒有衰減，考核較嚴格，型號研制中一般采用試驗條件Ⅱ。試驗條件Ⅱ中的頻率范圍為50~2000 Hz，其10種試驗條件對應的振動量級為0.2~1.5g2/Hz。目前，空空導彈對新研元器件質量等級要求較高，通常選用II-E（加速度均方根值20g）、II-G（加速度均方根值28.3g）進行考核。

表2 GJB 360B—2009 電子及電氣元件試驗方法方法214的隨機振動試驗條件Tab.2 Vibration test conditions of GJB 360B—2009 the methods for electronic and electrical component parts Method 214

圖1 GJB 360B方法214中的試驗條件Fig.1 Test conditions of method 214 in GJB 360B:a) test conditionⅠ, b) test condition Ⅱ

1.2 振動時間

該標準規定的振動時間有 4類：3、15、90、480 min，具體試驗時間按照相關文件或從上述時間中選取。

2 空空導彈要求振動試驗條件

目前，空空導彈根據壽命期經歷環境，一般開展掛飛振動、自由飛振動、機動抖振等振動試驗。空空導彈用新研元器件也要依次開展上述振動試驗，而且振動量級是在型號要求的振動條件基礎上進行 1.5～2倍加嚴。現以某型空空導彈某部件用新研元器件振動試驗條件為例。

2.1 振動量級

某型空空導彈掛飛、自由飛、機動抖振振動譜型見圖2、圖3。其中，掛飛、自由飛頻率范圍為 20~2000 Hz，機動抖振頻率范圍為20~100 Hz。f1、f2、fn與空空導彈質量特性、彎曲模態等有關。掛飛、自由飛振動量級可根據GJB 150.16A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 振動試驗》中表 C.5推薦的振動公式及實測數據推算得出，機動抖振振動量級為推薦值2.0g2/Hz。

某型空空導彈某部件用新研元器件振動量級是在型號振動基礎上放大1.5~2倍，得出其掛飛、自由飛、機動抖振振動量級，具體見表3。

圖2 掛飛、自由飛振動試驗譜Fig.2 Captive carriage and free flight vibration test exposure.

圖3 機動抖振試驗譜Fig.3 Buffet response

表3 空空導彈某部件用新研元器件振動條件Tab.3 Vibration test conditions of new developed components of air-to-air missle

2.2 振動時間

空空導彈掛飛振動根據試驗目的分為功能試驗、耐久試驗。功能試驗是為了驗證產品在使用環境下的功能是否令人滿意。耐久試驗是為了保證產品在規定的壽命期內是否可以可靠地工作[7]。功能振動時間一般為 1次測試所需要的時間，耐久振動時間與掛飛壽命有關。按照GJB 150.16A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 振動試驗》[8]規定，某型空空導彈某部件的掛飛功能振動時間為1 h。當掛飛壽命為 150飛行小時，試驗量值為 1.6倍功能試驗量值時，耐久振動試驗時間為 46 min，機動抖振試驗時間為10 min，自由飛振動試驗時間為30 s，具體見表3。

3 振動試驗比對分析

3.1 振動量級

某型空空導彈某部件用新研元器件采用 GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》方法 214試驗條件 II-G（以下簡稱 II-G），其與空空導彈某部件用新研元器件的掛飛、自由飛、機動抖振（以下簡稱掛飛、自由飛、機動抖振）試驗條件進行包絡，其中，掛飛振動以試驗量值為1.6倍功能試驗量值的耐久振動為例，具體見圖4。

圖4 掛飛、自由飛、機動抖振、II-G振動條件對比圖Fig.4 The comparison picture of captive carriage, free flight, buffet response and II-G vibration test condition

從圖4中可以看出，50~2000 Hz，II-G覆蓋掛飛、自由飛振動試驗條件，在頻率f1~f2，Ⅱ-G比掛飛振動試驗條件大近4倍。且頻率f2以后，掛飛、自由飛振動試驗條件以3 dB/倍頻程衰減，沒有II-G考核充分。20~50 Hz，Ⅱ-G沒有覆蓋掛飛、自由飛、機動抖振試驗條件。

空空導彈上安裝的新研元器件的固有頻率通常>100 Hz，低頻振動對其影響較小[9]。機動抖振是考核產品的低頻響應，因此空空導彈新研元器件不考慮100 Hz以下的低頻振動響應。Ⅱ-G可以對空空導彈某部件用新研元器件振動響應進行充分考核。

同理可得，對于空空導彈振動響應較小的某部件用新研元器件可以用GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》方法214試驗條件Ⅱ-E進行考核。

綜上，空空導彈用新研元器件可以用GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》方法214試驗條件Ⅱ-E/G進行振動試驗。

3.2 振動時間

從2.2部分可以看出，掛飛耐久振動時間很長，即使將試驗量級提高1.6倍，也需要46 min，再加上功能振動時間1 h，一個方向的振動時間接近2 h。考慮到產品準備、安裝、測試等問題，有可能一天只考核一個方向，嚴重影響試驗進度，進而影響空空導彈的生產交付[10]。

根據GJB 150.16A—2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 振動試驗》中的疲勞關系（見公式（1））可知，增加試驗量值可以縮短試驗時間。現在用式（1）計算當掛飛功能、掛飛耐久量級提高到 II-G的0.4g2/Hz時，其對應的振動時間見表3（與機動抖振振動時間不做比較）。

由表3可以看出，掛飛+自由飛等效振動時間約為2 min。所以，在GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗方法》方法214中選取15 min就可以覆蓋掛飛功能、掛飛耐久、自由飛振動時間。

4 結論

對空空導彈新研元器件相應標準規范規定的振動試驗條件進行了整理歸納，與型號要求的振動試驗量級、試驗時間對比分析，得出新研元器件相應標準規范規定的振動試驗條件覆蓋型號要求的振動試驗條件。空空導彈新研元器件可以只按照標準/規范中規定的振動條件開展隨機振動試驗，型號要求的掛飛、自由飛、機動抖振等振動試驗可以不開展，避免了試驗重復，大大縮短了研制周期，減少了研制試驗成本。另外，對于關鍵新研元器件，建議通過振動響應測試來確定振動試驗條件[11]。