GJB 150.3A中高温试验程序剖析(二)高温日循环数据的选用和标准应用分析

第32卷第6期航天器环境工程Vol.32,No.62015年12月[e-mail]:[phone],68116408,68116544GJB150.3A中高温试验程序剖析（二）：高温日循环数据的选用和标准应用分析李明1，彭雄伟2，祝耀昌1（1.中国航空综合技术研究所，北京100028；2.西安西测电子技术服务有限公司，西安710119）摘要：文章分两部分就GJB150.3A《军用装备实验室环境试验方法第3部分：高温试验》中的高温日循环贮存和日循环工作，高温恒温贮存和恒温工作试验的环境、适用对象及其特点进行详细分析。第一部分着重介绍GJB150.3A的各试验程序及其与GJB150.3和MIL-STD-810C中各试验程序的关系；第二部分对GJB150.3A提供的自然和诱发的温度日循环数据作为贮存或工作试验条件可应用于哪类设备作了说明，并对目前GJB150.3A在型号工程应用中存在的一些疑问、误解和问题进行分析和说明，提出了指导性建议。此为第二部分。关键词：高温试验；温度日循环；恒定温度；试验程序；标准中图分类号：V416.6文献标志码：A文章编号：1673-1379(2015)06-0607-05DOI:10.3969/j.issn.1673-1379.2015.06.007AnalysisofhightemperaturetestproceduresinGJB150.3A:(PartII)SelectionofhightemperaturediurnalcycledataandapplicationofGJB150.3ALiMing1,PengXiongwei2,ZhuYaochang1(1.ChinaAero-PolytechnologyEstablishment,Beijing100028,China;2.Xi’anXiCeElectronicTechnologyServiceCo.Ltd.,Xi’an710119,China)Abstract:SincetheGJB150.3A“MilitaryMaterielLaboratoryEnvironmentalTestMethods:(Part3)HighTemperatureTest”wasenactedin2009,intheapplicationsofitshightemperaturediurnalcyclestorageandoperation,theconstanttemperaturestorageandoperationtestprocedures,manyquestionsremaintobecleared.Thispaper(intwoparts)makesadetailedanalysisofthesimulatedenvironmentoftheseprocedures,theapplicablerangeandthecharacteristics.ThefirstpartisfocusedonthetestproceduresandtheirrelationshipswithGJB150.3andMIL-STD-810C.ThesecondpartdiscussestheapplicablerangeofstorageandoperationtestprocedureconditionsbasedonthenaturalandinducedtemperaturediurnalcycledatainGJB150.3A.Someotherquestions,misunderstandingsandproblemsintheengineeringapplicationsarealsodiscussedinthesecondpartwithsomeguidanceandadvice.Thefollowingtextisthesecondpart.Keywords:hightemperaturetest;diurnalcyclingoftemperature;constanttemperature;testprocedure;standards0引言GJB150.3A[1]在其表1中给出了世界“基本热”和“热”两类气候区的温、湿度日循数据，每个气候区的温度数据包括自然环境空气温度日循环和太阳辐照诱发的空气温度日循环两类数据。这些数据与810D/E/F/G[2-5]各版本中的数据是完全一致的，但GJB150.3A和810D/E/F/G各版本都没有明确说明如何应用这两类数据；此外，GJB150.3A在型号研制过程中的应用实践也遇到了各种问题。本文对此展开讨论。1两类日循环数据的应用对象有关GJB150.3A中两类日循环数据适用的试验类型和应用对象见表1。————————————————————————收稿日期：2015-08-16；修回日期：2015-10-07608航天器环境工程第32卷表1GJB150.3A高温试验的试验类型和应用对象Table1ThetesttypesandapplicablerangeofthehightemperaturetestsdescribedintheGJB150.3A试验程序试验类型试验条件应用对象程序I（贮存）日循环贮存诱发条件：33～71℃（热区），30～63℃（基本热区）安装在保护性壳体中或遮蔽物下面，直接经受太阳照射且不通风处的设备，包括地面固定、移动设备以及航空、兵器的飞机、装甲车等装备上的设备环境空气温度：32～49℃（热区），30～43℃（基本热区）不装在保护壳内，直接经受太阳照射且通风良好，太阳照射其内部关键部件不会引起很大升温的设备。否则，最好使用太阳辐照试验方法中的循环热效应试验程序放置在不受阳光直接照射且通风良好处，环境空气温度即自然环境温度的设备恒温贮存由实际环境实测结果确定放置或安装在发电机、发动机、功耗大的电源等发热设备附近，周围空气温度大幅度上升高于环境空气温度，但在部分时间处于不工作状态的设备程序II（工作）日循环工作环境空气温度：32～49℃（热区），30～43℃（基本热区）暴露于太阳直接照射下，但关键工作部件没有外壳，直接处于自然环境空气温度中，受到太阳照射不会诱发很大温升的地面固定设备。最好使用太阳辐射试验方法中的循环热效应试验程序暴露于有遮护且通风的环境、环境温度相当于自然环境温度的设备诱发条件：33～71℃（热区），30～63℃（基本热区）直接暴露于阳光下而有外壳保护其内部，特别是关键部件附近空气会因太阳照射而升温的地面固定设备恒温工作由平台环境造成的诱发条件，根据平台环境实测结果确定安装于飞机、装甲车、坦克及导弹等装备上，其平台环境温度主要受平台工作中发动机、电机等发热产品和气动加热的影响，完全不取决于日循环和阳光照射的设备对日循环环境空气温度的响应温度，根据受试产品的测量获得不适宜应用日循环进行工作试验的设备1.1高温贮存试验使用日循环温度数据的设备1.1.1暴露于太阳直接照射环境中的设备该暴露可分为两类：一类是直接暴露于阳光照射下；第二类是装备在装运容器、保护性包装壳体和遮蔽物下，壳体和遮蔽物受太阳光直接照射。1）第一类情况相对较少，因为大部分装备都会有保护性壳体。若装备没有壳体，而且在不工作状态其关键部件裸露在通风良好的自然环境空气中，不会诱发出更高的温度，则其经受的是自然环境空气温度。因此，就可用GJB150.3A表1中环境空气温度日循环数据进行日循环贮存试验。2）第二类由于内部几乎不通风或不通风，太阳照射对壳体和遮蔽物的加热会使其内部空气温度上升。典型情况包括不通风的罩壳、封闭的车体、飞机上有暴露于太阳辐射加热表面的舱段内、帐蓬内、密闭的帆布下等。处于这种位置中的装备在不工作状态就经受GJB150.3A表1中所述诱发环境高温，当然应该按照这种诱发环境温度数据进行日循环贮存试验。1.1.2暴露于有遮护且通风的环境中的设备由于不受太阳直接照射，且通风情况良好，这种暴露不会产生太阳照射引起的温升。如，放在四面通风的大棚下，太阳阴影区打开的舱体中，甚至是位于飞机机身下太阳照不到的位置的设备（不工作状态），均可按GJB150.3A的表1中环境空气温度日循环数据进行日循环贮存试验。1.2高温工作试验使用日循环数据的设备GJB150.3A中的高温工作试验也包括日循环试验，这一日循环试验应该使用GJB150.3A表1中的什么数据？在标准中没有明确的说明。1.2.1暴露于太阳直接照射环境中的设备1）地面户外固定设备这种设备不论其处于工作状态还是不工作状态，都是直接暴露于太阳照射下。其又分2种情况：①该设备没有壳体，其关键工作部件直接暴露于自然环境空气中并受阳光直接照射。由于没有壳体且通风情况良好，自然环境空气温度就是其工作第6期李明等：GJB150.3A中高温试验程序剖析（二）：高温日循环数据的选用和标准应用分析609环境温度，所以可以采用GJB150.3A表1中的环境空气温度进行高温工作日循环试验。考虑到太阳辐照会使其受照面有很大的温升，而背阴面则基本不升温，在这两面之间形成较大的温差，故可采用太阳辐射试验方法中的循环热效应试验。②该设备有保护性金属壳体，则其内部特别是关键部件附近的空气温度会产生太阳辐照诱发的温升，故应当按GJB150.3A表1中的诱发条件进行高温日循环工作试验。2）地面移动平台上的设备和飞机机载设备等对于这类设备，其工作状态环境温度主要取决于平台各种热源的影响，如发动机工作、发热设备运行、飞机表面气动加热、环境控制和冷却系统工作等，其附近的环境空气温度不再取决于日循环的影响，而是会达到某一最高温度。该温度应通过实测确定，不应使用GJB150.3A表1中的日循环数据。1.2.2暴露于有遮护且通风的环境中的设备这类设备的环境温度不会受太阳辐照诱发温升，因而应按照GJB150.3A表1中的环境空气温度日循环条件进行高温工作试验。1.3日循环数据的剪裁和试验方式转换鉴于不同装备及其不同的技术状态、实际传热方式与效率，或产品本身其他特性对环境温度的影响，应尽可能以GJB150.3A表1中的温度日循环数据为基础进行推算，以设计出一个更为符合实际的温度条件及其日循环变化。对于高温工作试验来说，如果不宜采用日循环温度试验，可以进行恒定温度试验，其试验温度应是按日循环得出的最高响应温度值或者是现场测得的最高温度值。2恒定温度数据及其应用对象恒定温度数据是指某一局部场所或装备某一舱段的平台的微环境温度，这种温度与太阳辐照和自然环境温度无直接关系，通常是由直接测量获取，用于进行恒定温度贮存和工作试验。有关恒定温度试验的试验温度和应用对象也参见表1。2.1恒定温度贮存试验的温度许多产品在不工作状态会经受其附近发热设备造成的高温环境，这种高温环境虽然会随发热设备工作模式变化而变化，但绝对不是按24h的规律变化的，故而不是日循环。GJB150.3A中不要求模拟这种温度变化，而只要模拟该种环境中的最高温度，即进行恒定温度的高温贮存试验。发热设备通常是指发动机、电动机和大功率电源模块等，这些设备一旦工作，会向周围散发出很多热量，造成其周围空气温度大幅度升高，安装或放置在其附近的设备在不工作状态和工作状态都将经受此高温环境的作用，因而要进行恒定温度的高温贮存试验。2.2恒定温度工作试验的温度大部分军用装备上的设备均安装在装备内部，装备的作战时间是几小时而不是几天的日循环，其内部空气温度主要取决于内部发热设备、气动加热，以及环境控制和冷却系统等，而不受日变化温度影响。因此这些设备其经受环境温度的变化不是日循环，应采用恒定温度工作试验，具体温度值应经实测确定。GJB150.3A中提出的高温日循环工作试验，主要适用于设备工作时其附近的空气温度与自然环境空气温度或太阳辐射诱发的空气温度基本一致的情况。但是，美军标明确说明，如果不方便模拟日