空空導(dǎo)彈高溫試驗(yàn)實(shí)施研究

劉新佳 郭強(qiáng)嶺

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009）

高溫環(huán)境是空空導(dǎo)彈貯存、運(yùn)輸和使用過程中不可避免的環(huán)境。高溫環(huán)境與其他環(huán)境因素的綜合作用，直接或間接地影響空空導(dǎo)彈的性能。如高溫能引起空空導(dǎo)彈局部尺寸發(fā)生變化、導(dǎo)引頭罩和光學(xué)引信等破壞、電子部件性能劣化、發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱產(chǎn)生裂紋、密封部件泄露、零部件和表面涂層破裂、有機(jī)材料褪色裂開或出現(xiàn)裂紋、工作壽命縮短等［1·］。

因此，為了提高產(chǎn)品對(duì)高溫環(huán)境的適應(yīng)能力，保證產(chǎn)品在未來壽命期環(huán)境下能夠正常工作，在產(chǎn)品的研制、定型和批生產(chǎn)各個(gè)階段均應(yīng)開展高溫試驗(yàn)。

1 試驗(yàn)程序的選擇

GJB150.3A-2009《高溫試驗(yàn)》規(guī)定了高溫試驗(yàn)的兩大類試驗(yàn)程序：程序I——貯存，程序II——工作。裝備在選取試驗(yàn)程序時(shí)，應(yīng)根據(jù)裝備實(shí)際工作環(huán)境和使用情況，選擇其中一個(gè)或同時(shí)選取兩個(gè)［2-3］。

1.1 程序I——貯存

程序I主要用于考核裝備貯存期間高溫對(duì)其安全性、完整性和性能的影響。根據(jù)適用對(duì)象不同，此程序又細(xì)分為恒溫貯存和循環(huán)貯存。

當(dāng)裝備貯存場(chǎng)合不受太陽光直接照射，完全取決于其附近的發(fā)熱設(shè)備或有關(guān)熱源（電動(dòng)機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、電源、高密度電子封裝件等）時(shí)，應(yīng)以測(cè)得的實(shí)際環(huán)境溫度作為貯存試驗(yàn)溫度，此時(shí)由于不受太陽輻射影響，溫度不會(huì)按日循環(huán)變化，此時(shí)應(yīng)選擇恒定溫度貯存試驗(yàn)。

當(dāng)裝備貯存于直接受太陽照射的環(huán)境時(shí)，應(yīng)選擇循環(huán)貯存試驗(yàn)程序。在確定循環(huán)貯存溫度時(shí)，不僅要考慮貯存區(qū)域的自然環(huán)境溫度，還應(yīng)考慮由于遮蔽、密封、太陽輻射等因素可能引起的環(huán)境溫度升高，即“誘發(fā)溫度”。為真實(shí)模擬實(shí)際環(huán)境溫度對(duì)產(chǎn)品的影響，實(shí)際使用中，通常選用“誘發(fā)溫度”作為高溫貯存試驗(yàn)的考核溫度［4］。

1.2 程序II——工作

程序II主要用于考核裝備工作期間高溫對(duì)其性能的影響。與程序I 類似，根據(jù)適用的對(duì)象不同，也細(xì)分為循環(huán)工作和恒溫工作。

高溫工作日循環(huán)試驗(yàn)強(qiáng)調(diào)工作環(huán)境溫度模擬日循環(huán)變化，這種環(huán)境通常在地面、野外使用的固定安裝設(shè)備才可能遇到。裝在飛機(jī)、導(dǎo)彈、車輛、艦船上/內(nèi)的設(shè)備在工作時(shí)不會(huì)遇到這種環(huán)境，應(yīng)選擇恒溫工作試驗(yàn)程序。

2 試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間

2.1 貯存試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間

貯存試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間主要取決于裝備在貯存溫度下的停留時(shí)間。對(duì)于恒溫貯存試驗(yàn)時(shí)間，規(guī)定試驗(yàn)樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定后，再繼續(xù)保持該試驗(yàn)溫度至少2h，以確保試驗(yàn)樣品內(nèi)部元（部）件溫度真正達(dá)到穩(wěn)定。假設(shè)認(rèn)為2h不能滿足要求，則應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況額外增加熱浸時(shí)間，以確保試驗(yàn)樣品的所有部位真正達(dá)到溫度穩(wěn)定。

對(duì)循環(huán)貯存試驗(yàn)時(shí)間規(guī)定為至少7個(gè)日循環(huán)，主要用于模擬正常年份在最嚴(yán)酷地區(qū)、最嚴(yán)酷月份內(nèi)極端溫度出現(xiàn)頻率為1%的小時(shí)數(shù)。每個(gè)循環(huán)中最高溫度持續(xù)時(shí)間大約1h。若受試產(chǎn)品中關(guān)鍵材料對(duì)高溫非常敏感時(shí)，應(yīng)增加試驗(yàn)循環(huán)數(shù)以保證其滿足設(shè)計(jì)要求［5］。

2.2 工作試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間

工作試驗(yàn)持續(xù)時(shí)間主要取決于裝備在工作溫度下的停留時(shí)間。對(duì)恒溫工作來說，試驗(yàn)時(shí)間規(guī)定為以下3部分所用試驗(yàn)時(shí)間之和。

試驗(yàn)樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定后，再繼續(xù)保持該試驗(yàn)溫度至少2h，以確保試驗(yàn)樣品內(nèi)部元（部）件溫度真正達(dá)到穩(wěn)定。

使試驗(yàn)樣品在第1 條規(guī)定的溫度條件下工作，直至試驗(yàn)樣品溫度再次達(dá)到穩(wěn)定。

為工程化起見，規(guī)定受試產(chǎn)品內(nèi)部熱容量最大的功能部件或關(guān)鍵部件每小時(shí)溫度變換不超過2℃就認(rèn)為受試產(chǎn)品本身達(dá)到了溫度穩(wěn)定。

對(duì)循環(huán)工作試驗(yàn)時(shí)間規(guī)定為至少3個(gè)循環(huán)。一般情況下，3個(gè)循環(huán)足以使受試產(chǎn)品達(dá)到其最高響應(yīng)溫度。如果不能，則最多采用7個(gè)循環(huán)，這種情況往往出現(xiàn)在熱慣性大，溫度響應(yīng)很慢的產(chǎn)品。在循環(huán)工作試驗(yàn)中，受試產(chǎn)品的峰值響應(yīng)溫度及試驗(yàn)循環(huán)溫度與試驗(yàn)樣品本身的特性有關(guān)，不是一個(gè)恒定值。實(shí)際操作中，為確保受試產(chǎn)品達(dá)到峰值響應(yīng)溫度，將后一循環(huán)峰值響應(yīng)溫度與前一循環(huán)峰值響應(yīng)溫度進(jìn)行比較，彼此相差2℃以內(nèi)，就認(rèn)為受試產(chǎn)品達(dá)到其峰值響應(yīng)溫度，試驗(yàn)即可在該循環(huán)完成后結(jié)束，但循環(huán)數(shù)必須保證不得少于3個(gè)，多于7個(gè)［6］。

3 空空導(dǎo)彈高溫試驗(yàn)

空空導(dǎo)彈在實(shí)際貯存、運(yùn)輸和工作過程中，不可避免的經(jīng)歷各種高溫環(huán)境，因此在研制生產(chǎn)過程中，均安排高溫試驗(yàn)來考核其高溫下的工作能力。

3.1 高溫貯存

通常情況下，空空導(dǎo)彈貯存在戰(zhàn)備倉庫或?qū)棊旆績(jī)?nèi)。在該條件下，導(dǎo)彈周圍一般不會(huì)存在持續(xù)發(fā)熱的裝置，此時(shí)，導(dǎo)彈承受的高溫貯存環(huán)境更接近于日循環(huán)環(huán)境。因此，可選用高溫循環(huán)貯存試驗(yàn)程序。

考慮空空導(dǎo)彈的全球部署需要，選取GJB150.3A 中世界范圍內(nèi)“氣候類型—熱”中誘發(fā)條件溫度作為高溫貯存試驗(yàn)溫度；具體時(shí)間序列表見表1，試驗(yàn)時(shí)間為7個(gè)循環(huán)。

表1 高溫貯存試驗(yàn)日循環(huán)溫度時(shí)間序列表

3.2 高溫工作

空空導(dǎo)彈實(shí)際使用過程中，通電工作一般發(fā)生在導(dǎo)彈地面自檢、隨載機(jī)升空進(jìn)行掛機(jī)飛行及離機(jī)后自主飛行階段。這幾種情況下，導(dǎo)彈持續(xù)工作時(shí)間較短（掛機(jī)飛行約為1～2h，自主飛不超過5min），不會(huì)出現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)通電工作的情況，用模擬高溫日循環(huán)的循環(huán)工作試驗(yàn)程序顯然不合適。因此，通常采用恒溫工作作為該導(dǎo)彈的高溫工作試驗(yàn)程序。

從表1 可以看到，導(dǎo)彈掛裝在飛機(jī)上在停機(jī)坪做戰(zhàn)斗值班時(shí)承受的最高環(huán)境誘發(fā)溫度為71℃；而在導(dǎo)彈隨載機(jī)進(jìn)行掛機(jī)飛行過程中，其環(huán)境溫度是由載機(jī)飛行引起的誘發(fā)環(huán)境，它與載機(jī)飛行任務(wù)剖面緊密相關(guān)。按環(huán)境溫度取GJB1172.12-91《軍用設(shè)備氣候極值 空中氣溫》［7］時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率1%的溫度值，計(jì)算相應(yīng)的導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度，此時(shí)導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度多數(shù)條件下不高于70℃，僅在隨載機(jī)進(jìn)行低空高速飛行和高空超音速飛行條件下，有可能超過70℃，但持續(xù)時(shí)間較短（一般不超過5min），通常條件下不用高溫工作進(jìn)行考核。

在自主飛行期間，由于氣動(dòng)加熱作用，空空導(dǎo)彈表面溫度非常高，可達(dá)450℃，但其持續(xù)時(shí)間較短，一般為10～120s，而且彈身結(jié)構(gòu)都會(huì)采取熱防護(hù)措施，短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈不會(huì)達(dá)到熱平衡。因此，一般情況下，不把空空導(dǎo)彈自由飛行狀態(tài)的高溫工作環(huán)境看作溫度環(huán)境的一部分，而是把它看作導(dǎo)彈的性能［8］。

因此，應(yīng)選用極端熱71℃（圓整為70℃）作為導(dǎo)彈高溫工作試驗(yàn)溫度。

為確定導(dǎo)彈溫度穩(wěn)定時(shí)間，特安排恒溫70℃摸底試驗(yàn)，監(jiān)測(cè)并記錄彈體內(nèi)部溫度變化情況。經(jīng)實(shí)際測(cè)量，某型空空導(dǎo)彈在70℃條件下全彈最大熱容量部位溫度穩(wěn)定時(shí)間小于3h，為確保導(dǎo)彈內(nèi)部元（部）件達(dá)到溫度穩(wěn)定，應(yīng)繼續(xù)保持該溫度2h。因此，空空導(dǎo)彈高溫工作保持時(shí)間為5h。

GJB150.3A恒溫工作試驗(yàn)程序中還規(guī)定：將試件暴露在恒定溫度下達(dá)到溫度穩(wěn)定后使試件工作，并使其溫度重新穩(wěn)定，即“二次溫度穩(wěn)定”，隨后對(duì)試件進(jìn)行工作性能檢測(cè)。

但對(duì)空空導(dǎo)彈來說，“二次溫度穩(wěn)定”很難達(dá)到。在實(shí)際工作過程中，通常情況下，導(dǎo)彈的高溫環(huán)境主要是由氣動(dòng)加熱和導(dǎo)彈內(nèi)部發(fā)熱組件共同作用產(chǎn)生。在飛機(jī)巡航飛行階段，由于其飛行速度較低，氣動(dòng)加熱對(duì)導(dǎo)彈的加熱效應(yīng)不明顯，此時(shí)外界較低的環(huán)境溫度將造成導(dǎo)彈表面溫度快速下降。如對(duì)某型空空導(dǎo)彈來說，其持續(xù)時(shí)間超過60min 的典型飛行任務(wù)主要為11km、0.75-0.8Ma 巡航飛行和巡航待機(jī)階段，按環(huán)境溫度取GJB1172.12-91《軍用設(shè)備氣候極值 空中氣溫》時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率1%的溫度值計(jì)算相應(yīng)的導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度，此時(shí)導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度僅為-2.91-1.21℃，遠(yuǎn)小于高溫工作溫度70℃；而在空空導(dǎo)彈隨戰(zhàn)斗機(jī)低空大馬赫作戰(zhàn)期間，雖然此時(shí)空中高溫環(huán)境可能會(huì)超過地面工作溫度70℃，但最長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間很短（通常情況下僅為5min 左右），因此，該型導(dǎo)彈空中掛飛期間不存在超過在70℃環(huán)境溫度下長(zhǎng)時(shí)間工作的可能性，因此也不可能達(dá)到“二次溫度穩(wěn)定”。

另外，經(jīng)與相關(guān)研究機(jī)構(gòu)和產(chǎn)品研制單位交流，目前尚無導(dǎo)彈類產(chǎn)品在環(huán)境試驗(yàn)實(shí)施中嚴(yán)格按標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定進(jìn)行“二次溫度穩(wěn)定”，而是在非工作狀態(tài)達(dá)到溫度穩(wěn)定后立即進(jìn)行性能檢測(cè)，檢測(cè)完畢試驗(yàn)結(jié)束。因此，空空導(dǎo)彈高溫試驗(yàn)程序?yàn)椋涸?0℃條件下使其達(dá)到溫度穩(wěn)定，隨后保溫2h 后對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行通電工作，并進(jìn)行性能檢測(cè)，從而對(duì)其高溫工作性能進(jìn)行評(píng)價(jià)。

4 結(jié)束語

GJB150A-2009因其科學(xué)性和合理性，已受到越來越多的軍工科研生產(chǎn)單位的重視，并被不斷深入研究和廣泛采用。本文首先分析了GJB150.3A試驗(yàn)程序的選用標(biāo)準(zhǔn)和剪裁方法，隨后，重點(diǎn)對(duì)空空導(dǎo)彈高溫試驗(yàn)程序的選擇和試驗(yàn)方法的剪裁進(jìn)行了重點(diǎn)分析研究，提出了一套合理可行的試驗(yàn)方法，為后續(xù)型號(hào)研制提供了參考。

［1］樊會(huì)濤，楊晨，周頤，等.空空導(dǎo)彈系統(tǒng)試驗(yàn)與鑒定［M］.北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2007.

［2］GJB150.3-1986，軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法 高溫試驗(yàn)［S］.

［3］GJB150.3A-2009，軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第三部分：高溫試驗(yàn)［S］.

［4］祝耀昌，薛振夷.GJB150《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》實(shí)施指南［M］.北京：中國(guó)航空綜合技術(shù)研究所.

［5］傅耘.溫度試驗(yàn)中產(chǎn)品溫度穩(wěn)定的研究［J］.環(huán)境試驗(yàn)，2010（3）：8-12.

［6］陳從高.GJB150.3A高溫試驗(yàn)方法的應(yīng)用及分析［J］.裝備環(huán)境工程，2012，9（6）：91-96.

［7］GJB1172.12-91，軍用設(shè)備氣候極值 空中氣溫［S］.

［8］張艷輝.空空導(dǎo)彈工作溫度分析［J］.裝備環(huán)境工程，2015，4（2）：99-103.