艦船裝備沖擊試驗(yàn)方法的比較與分析

沈佳琪

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二三研究所，揚(yáng)州 225001）

引言

沖擊試驗(yàn)的目的，以考核或驗(yàn)證裝備在沖擊環(huán)境條件下的工作適應(yīng)性和結(jié)構(gòu)完好性，以此來評價(jià)裝備的抗沖擊能力和水平。

根據(jù)艦船裝備經(jīng)受的沖擊環(huán)境不同可以分為以下兩類：①非重復(fù)性的沖擊應(yīng)力，如受到水下武器（比如魚雷、水雷等）攻擊時，遭受到的非接觸式爆炸沖擊和接觸爆炸沖擊（武器直接命中船體后沖擊波傳遞到裝備上）[1]；②重復(fù)性的沖擊應(yīng)力，如在航行或作戰(zhàn)時受波浪引起的重復(fù)性低強(qiáng)度沖擊[2]。由于兩類沖擊的量值和由此引發(fā)的故障模式不同，因此，需采用不同的沖擊試驗(yàn)方法進(jìn)行考核評價(jià)。

1 主要的沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

目前，常用的沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)/方法主要有GB/T 2423.5-2019/IEC 60068-2-27：2008《電工電子產(chǎn)品環(huán)境試驗(yàn) 第2部分：試驗(yàn)方法 試驗(yàn)Ea和導(dǎo)則沖擊》、GJB 150.18-1986《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 沖擊試驗(yàn)》、GJB 150.18A-2009《軍用裝備環(huán)境實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)方法 第18部分 沖擊試驗(yàn)》、GJB 4.8-83《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 顛震試驗(yàn)》、GJB 4.9-83 《艦船電子設(shè)備環(huán)境試驗(yàn) 沖擊試驗(yàn)》、HJB 554-2012《艦用設(shè)備雙波沖擊機(jī)試驗(yàn)方法》、HJB 715-2016《艦船沖擊響應(yīng)譜》、美國MIL-810軍用標(biāo)準(zhǔn)系列和德國BV0430/85軍用標(biāo)準(zhǔn)等。

2 不同沖擊試驗(yàn)方法的比較與分析

GB/T 2423.5-2019等效于IEC 60068-2-27標(biāo)準(zhǔn)，主要適用于電工電子產(chǎn)品經(jīng)受的波形沖擊，如后峰鋸齒波、半正弦波、梯形波等[3]，一般在民用產(chǎn)品中應(yīng)用較廣，也可用于艦船裝備的重復(fù)性低強(qiáng)度沖擊。

GJB 150-1986和GJB 150A-2009是由美軍標(biāo)MIL-810系列翻譯過來。GJB 150A-2009將艦船沖擊試驗(yàn)分離出來，形成獨(dú)立的試驗(yàn)方法（即GJB 150.30艦船沖擊試驗(yàn)）。但是，由于采用何種方式進(jìn)行沖擊試驗(yàn)存在一定的爭議，至今未發(fā)布，目前艦船沖擊仍沿用GJB 150.18-1986中的試驗(yàn)十進(jìn)行。GJB 150.18-1986主要適用于受到強(qiáng)沖擊的裝備，通過擺錘沖擊或浮臺爆炸沖擊進(jìn)行驗(yàn)證考核。根據(jù)受試裝備的重量和試驗(yàn)裝置，將艦船裝備的沖擊分為了輕量級試驗(yàn)、中量級試驗(yàn)和重量級試驗(yàn)三類。其中，輕量級試驗(yàn)使用輕量級沖擊試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，適用于120 kg以內(nèi)的裝備，也可用于120～200 kg范圍內(nèi)的試驗(yàn)樣品；中量級試驗(yàn)使用中量級試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行，適用于重量在120～2700 kg的裝備；重量級試驗(yàn)采用浮動沖擊平臺進(jìn)行，適用于質(zhì)量為2700～13400 kg范圍內(nèi)的裝備[4]。

HJB 554-2012和HJB 715-2016則是借鑒的德國BV 0430/85軍用標(biāo)準(zhǔn)，采用正負(fù)三角波或三折線沖擊譜的方式進(jìn)行考核驗(yàn)證，一般通過雙波沖擊機(jī)或沖擊響應(yīng)譜試驗(yàn)機(jī)來實(shí)現(xiàn)，上述兩個方法適用于50 T以內(nèi)的裝備。其與MIL-810系列屬于不同的標(biāo)準(zhǔn)體系，美軍標(biāo)沖擊考核的目標(biāo)為“不求準(zhǔn)確沖擊輸入，但力求復(fù)現(xiàn)潛在的破壞”；德國軍用標(biāo)準(zhǔn)則不規(guī)定沖擊試驗(yàn)裝置，而是規(guī)定沖擊試驗(yàn)輸入的譜型[5]。

GJB 4.8適用于艦船電子設(shè)備受到波浪引起的重復(fù)性低強(qiáng)度沖擊，采用半正弦波進(jìn)行考核；GJB 4.9適用于重量在200 kg以內(nèi)的艦船電子設(shè)備受到的非重復(fù)性強(qiáng)沖擊，采用擺錘沖擊的方式進(jìn)行驗(yàn)證，該方法與GJB 150.18-1986中試驗(yàn)十中輕量級沖擊方法相同。

3 艦船裝備沖擊試驗(yàn)方法的選擇

根據(jù)艦船裝備試驗(yàn)的目的不同，可以選擇不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

3.1 批產(chǎn)裝備的例行試驗(yàn)

對于技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)固化、轉(zhuǎn)入批生產(chǎn)階段的艦船裝備，其抗沖擊水平已經(jīng)在狀態(tài)鑒定/定型階段進(jìn)行了考核，而且強(qiáng)沖擊試驗(yàn)具有一定的破壞性。因此，在批生產(chǎn)階段一般不再進(jìn)行強(qiáng)沖擊試驗(yàn)。但是，為了評定裝備受到的由波浪引起的重復(fù)性低強(qiáng)度沖擊環(huán)境，一般應(yīng)按照GJB 4.8-83進(jìn)行顛震試驗(yàn)。

3.2 研制樣機(jī)的鑒定/定型試驗(yàn)

對于技術(shù)狀態(tài)已經(jīng)階段性固化艦船裝備，不僅要考核由波浪引起的重復(fù)性低強(qiáng)度沖擊環(huán)境，還要對艦船裝備在航行、作戰(zhàn)中抗爆炸沖擊的能力進(jìn)行驗(yàn)證。因此，需要按照GJB 4.8-83進(jìn)行顛震試驗(yàn)和HJB 554-2012或HJB 715-2016或GJB 150.18-1986中試驗(yàn)十進(jìn)行強(qiáng)沖擊試驗(yàn)驗(yàn)證。

4 艦船裝備沖擊試驗(yàn)的實(shí)施

4.1 顛震試驗(yàn)

根據(jù)設(shè)備安裝在不同艦船類型分為1、2、3三級，1級主要適用于安裝在快艇上的設(shè)備，2級適用于安裝在其他水面艦船和潛艇上的設(shè)備；其他特定產(chǎn)品可按3級要求進(jìn)行試驗(yàn)[2]。顛震試驗(yàn)參數(shù)如表1所示。

表1 顛震試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)實(shí)施過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：①沖擊波形為半正弦波；②沖擊方向?yàn)闃悠返拇瓜颍虎墼囼?yàn)樣品通電工作的時間應(yīng)不少于規(guī)定的總沖擊次數(shù)的一半；④沖擊次數(shù)應(yīng)一次性連續(xù)完成，如試驗(yàn)中出現(xiàn)故障，需修復(fù)后重新進(jìn)行。

4.2 輕量級沖擊試驗(yàn)

受試樣品安裝在輕量級沖擊機(jī)臺面上后，分別沿受試樣品的三個主軸方向進(jìn)行3次沖擊，落錘或擺錘高度依次為0.3 m（37 °）、0.9 m（66 °）和1.5 m（90 °）。

4.3 中量級沖擊試驗(yàn)

受試樣品按照先水平后傾斜的方式安裝在沖擊臺面上，一般經(jīng)受六次沖擊，其中三次為水平安裝狀態(tài)，三次為30 °傾斜安裝狀態(tài)。中量級沖擊試驗(yàn)參數(shù)如表2所示。

表2 中量級沖擊試驗(yàn)參數(shù)

試驗(yàn)實(shí)施過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：①砧板上總質(zhì)量包括樣品質(zhì)量、安裝架質(zhì)量；②水平第三錘一般在樣品加電狀態(tài)進(jìn)行；③沖擊順序一般按Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ組次序進(jìn)行。

4.4 重量級沖擊試驗(yàn)

將試驗(yàn)樣品安裝在浮動平臺上，試驗(yàn)樣品需經(jīng)受5次水下爆炸試驗(yàn)，藥包中為27 kg的TNT炸藥，藥包中心位于水面下7.5 m，藥包中心離平臺近側(cè)的水平距離一次為18.0 m、12.0 m、9.0 m、7.5 m和6.0 m。其中，第五次爆炸在試驗(yàn)樣品工作狀態(tài)下進(jìn)行。

4.5 雙波沖擊試驗(yàn)

將受試樣品安裝在雙波沖擊機(jī)，一般按照先水平安裝進(jìn)行垂向沖擊，然后傾斜30 °安裝進(jìn)行橫向或縱向沖擊。每個方向上沖擊試驗(yàn)次數(shù)為兩次，第一次試驗(yàn)為預(yù)試驗(yàn)，第二次試驗(yàn)為正式試驗(yàn)[6]。

試驗(yàn)實(shí)施過程中，需要注意以下幾點(diǎn)：①正式試驗(yàn)時，沖擊強(qiáng)度為受試樣品沖擊考核的標(biāo)準(zhǔn)工況；②預(yù)試驗(yàn)時，沖擊強(qiáng)度一般不低于受試樣品沖擊考核標(biāo)準(zhǔn)工況的50 %；③預(yù)試驗(yàn)可以選作，但是正式試驗(yàn)必須要進(jìn)行。

5 結(jié)語

由于艦船沖擊試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)較多，試驗(yàn)?zāi)康囊膊槐M相同，選擇哪個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證常常困擾一線科研人員。本文結(jié)合對相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的理解和多年試驗(yàn)工作經(jīng)驗(yàn)的積累，給出了艦船裝備選擇哪個標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的建議，同時列出了沖擊試驗(yàn)中需要注意的一些事項(xiàng)，希望能為需要進(jìn)行沖擊試驗(yàn)的人員提供幫助。