直升機自然環(huán)境試驗研究

瞿新輝，肖文萍，程德斌，張曉娟

（1.中國直升機設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001；2.工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣州 510610）

環(huán)境適應(yīng)性是指裝備（產(chǎn)品）在其壽命期預(yù)計可能遇到的各種環(huán)境的作用下，能實現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能和（或）不被破壞的能力，是裝備（產(chǎn)品）的重要質(zhì)量特性之一[1]。直升機在服役期間將長期經(jīng)受各種自然環(huán)境和使用環(huán)境的綜合考驗，這些綜合環(huán)境因素的長期作用將對零部件及設(shè)備的性能及功能產(chǎn)生不利影響，從而降低直升機零部件及設(shè)備的使用壽命。目前考核直升機的環(huán)境適應(yīng)性仍然借助于環(huán)境試驗，采用較多的環(huán)境試驗方法是實驗室環(huán)境試驗（人工加速環(huán)境試驗），主要考核受試件在短時間內(nèi)處于極端環(huán)境下對環(huán)境的適應(yīng)能力。由于難以模擬直升機長時間自然使用和綜合服役環(huán)境，故產(chǎn)品在實際使用中對環(huán)境的耐久適應(yīng)性無法真實、準(zhǔn)確地考核。

1 直升機開展自然環(huán)境試驗的必要性及重要意義

1.1 直升機環(huán)境試驗現(xiàn)狀

直升機在研制中均根據(jù)各型號的研制要求，對采用的典型件、材料及機載設(shè)備提出相應(yīng)的環(huán)境試驗方案。如典型件和材料采用濕熱試驗、鹽霧試驗、霉菌試驗等；機載設(shè)備和產(chǎn)品采用高低溫試驗、濕熱試驗、鹽霧試驗、霉菌試驗、加速度試驗、沖擊試驗、振動試驗等。

直升機僅對極少數(shù)新研材料提出過外場的耐候性試驗，無論是典型件、重要件、關(guān)鍵件和緊固件還是機載設(shè)備等產(chǎn)品，均未開展過自然環(huán)境試驗。

1.2 自然環(huán)境試驗必要性分析

直升機用材料、典型件及機載設(shè)備的自然環(huán)境試驗數(shù)據(jù)幾乎空白，給直升機的研制帶來了如下影響：

1）直升機所用材料缺少耐自然環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)積累，對選用材料的耐環(huán)境性的判斷缺少足夠的科學(xué)依據(jù)，在某種程度上影響了選材的指導(dǎo)性及合理性；

2）直升機典型件、重要件、關(guān)鍵件和緊固件以及機載設(shè)備等產(chǎn)品無自然環(huán)境的相關(guān)數(shù)據(jù)，零部件疲勞試驗均在常溫下進行，難以再現(xiàn)其服役的真實環(huán)境，對典型件、重要件、關(guān)鍵件和緊固件以及機載設(shè)備等產(chǎn)品使用壽命評定的準(zhǔn)確性有一定的影響。

隨著未來直升機性能水平的不斷提高，其服役地域的氣候環(huán)境越來越復(fù)雜多變，對材料和典型件、重要件、關(guān)鍵件、緊固件以及機載設(shè)備等產(chǎn)品的使用壽命的要求也愈來愈明確，有必要開展相應(yīng)的自然環(huán)境試驗，為未來直升機提供一定的自然環(huán)境試驗數(shù)據(jù)，作為其耐環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的依據(jù)之一。

1.3 自然環(huán)境試驗重要性分析

開展直升機材料和典型件及機載設(shè)備的自然環(huán)境試驗，觀察及測試在不同自然環(huán)境下的外觀及性能變化，可積累其自然環(huán)境試驗數(shù)據(jù)，有如下重要意義：

1）可對比不同材料、不同表面處理零件的腐蝕防護性的差異，有利于選材與防腐設(shè)計；

2）可作為評定典型件、重要件、關(guān)鍵件和緊固件壽命的依據(jù)之一；

3）可發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有型號材料及防護工藝以及相應(yīng)零部件設(shè)計及制造存在的耐環(huán)境能力的不足之處，有針對性地提出改進措施，增強其耐環(huán)境性能。

2 直升機主要使用的材料、表面防護工藝及典型件

直升機常用的材料、表面防護工藝方法、典型件等總體情況見表1。

表1 常用材料、表面防護工藝方法、典型件Table 1 Common materials,surface protection technologies and typical parts

3 自然環(huán)境試驗方案制定

3.1 試驗件設(shè)計

從表1 所列的材料、工藝典型件中篩選出具有一定代表性的并能基本覆蓋直升機采用情況（如直升機不同使用區(qū)域、易腐蝕區(qū)域）的材料、表面防護工藝、典型件及電子產(chǎn)品、機載設(shè)備等作為試驗件選擇對象，主要包括：不同材料（含新材料）、不同工藝（含新工藝）、不同標(biāo)準(zhǔn)件、不同結(jié)構(gòu)形式、不同連接形式、不同類別的電子產(chǎn)品和機載設(shè)備。

設(shè)計具體試驗件時，主要依據(jù)上述材料、工藝、典型件等在直升機上的實際使用狀況，進行有效合理地設(shè)計。如對金屬材料表面常采用表面鍍覆層加噴涂涂層的方式進行防護，連接件視使用需求采用密封劑或潤滑材料進行連接處的防護和潤滑等，通過將表1所列材料、工藝、典型件及連接件綜合考慮或進行不同的組合，可選擇如下試驗件：

1）材料（含表面處理工藝、涂料等）試驗件；

2）典型件（含表面處理工藝、涂料等）試驗件；

3）連接形式（含表面處理工藝、涂料、非金屬等）試驗件；

4）標(biāo)準(zhǔn)件（含表面處理工藝、涂料、非金屬等）試驗件；

5）電子產(chǎn)品、機載設(shè)備。

經(jīng)初步計算與統(tǒng)計，直升機自然環(huán)境試驗件至少涉及60種材料試驗件、80種典型件（含連接件、標(biāo)準(zhǔn)件）試驗件、20種電子產(chǎn)品和機載設(shè)備試驗件。

3.2 試驗地點與時間

依據(jù)直升機貯存和使用中遇到的各種自然環(huán)境，有針對性地選定環(huán)境條件相同/相近的環(huán)境試驗站點進行自然環(huán)境試驗。自然環(huán)境試驗主要反映自然環(huán)境對材料、工藝、制造件的影響，因此試驗時間較長，試驗時間可選擇1～5 a。

3.3 試驗方式及試驗數(shù)量

根據(jù)產(chǎn)品的使用環(huán)境條件及其在直升機上的安裝/防護方式來確定試驗方式。試驗方式包括室外、棚下和庫房3種，分別模擬直升機在使用、半遮蔽和機庫3種停放環(huán)境。

試驗數(shù)量：每種方式至少3件，再備用1～3件做對比試驗。

3.4 主要檢測內(nèi)容

每3個月跟蹤檢測受試件的外觀質(zhì)量，每6個月測試部分典型件、電子產(chǎn)品、機載設(shè)備的力學(xué)性能或電性能。主要檢測內(nèi)容見表2。

表2 主要檢測內(nèi)容Table 2 Primary inspection contents

4 建議

因自然環(huán)境試驗涉及的材料、工藝及典型件種類廣、數(shù)量多，試驗時間長、測試工作量大，需要投入較多的人力和較大的財力，需要早期規(guī)劃、統(tǒng)籌安排，才能得到預(yù)期的測試數(shù)據(jù)，取得預(yù)期的效果。因此對開展直升機自然環(huán)境試驗提出如下建議：

1）設(shè)立專項經(jīng)費用于開展自然環(huán)境試驗；

2）在預(yù)研項目中安排自然環(huán)境試驗項目；

3）與試驗合作單位聯(lián)合申報相關(guān)的研究課題和項目；

4）在新材料、新工藝研制時，考慮自然環(huán)境試驗相關(guān)內(nèi)容，提出較全面的性能指標(biāo)；

5）依據(jù)未來新型號的使用環(huán)境及新材料、新工藝的采用進程，可分階段、分步實施自然環(huán)境試驗。

[1]GJB 4239-2001，裝備環(huán)境工程通用要求[S].