GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》在直升機(jī)研制中的應(yīng)用研究

丁杰，陳圣斌，郝宗敏

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GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》在直升機(jī)研制中的應(yīng)用研究

丁杰，陳圣斌，郝宗敏

（中國直升機(jī)設(shè)計研究所，江西 景德鎮(zhèn) 333001）

根據(jù)直升機(jī)及直升機(jī)型號的特點，結(jié)合直升機(jī)環(huán)境工程及傳統(tǒng)研制、設(shè)計經(jīng)驗，提出了直升機(jī)及直升機(jī)型號研制中貫徹GJB 4239的具體實施程序和方法，試圖將GJB 4239的通用要求轉(zhuǎn)化為直升機(jī)和直升機(jī)型號系統(tǒng)、部件/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性分析、設(shè)計、試驗及管理具體實用，易于操作的工程技術(shù)要求，并提出直升機(jī)研制中環(huán)境試驗與評估的實施要求和方法。

直升機(jī)；環(huán)境適應(yīng)性；環(huán)境適應(yīng)性分析與設(shè)計；實驗室環(huán)境試驗

環(huán)境適應(yīng)性與可靠性、維修性、測試性、保障性等都列為裝備質(zhì)量的通用特性，因此，直升機(jī)研制中應(yīng)按照GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》編制直升機(jī)型號研發(fā)的環(huán)境適應(yīng)性大綱，以便在直升機(jī)研發(fā)過程中實現(xiàn)直升機(jī)系統(tǒng)產(chǎn)品/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性控制，消除它們對環(huán)境風(fēng)險的敏感性，使直升機(jī)在預(yù)定的環(huán)境條件下安全可靠地工作[1]。

自20世紀(jì)50年代以來，國內(nèi)外均按照上述標(biāo)準(zhǔn)或相似的標(biāo)準(zhǔn)對航空器的產(chǎn)品/設(shè)備進(jìn)行環(huán)境試驗，以控制產(chǎn)品/設(shè)備對環(huán)境風(fēng)險的敏感性。事實證明，僅靠環(huán)境試驗并不能消除或降低環(huán)境對產(chǎn)品/設(shè)備造成的損傷或失效。例如，現(xiàn)代民用客機(jī)由氣象或環(huán)境因素引發(fā)的飛行事故占總飛行事故的3%，直升機(jī)尤甚，其飛行事故中有5%是環(huán)境因素造成的[2-3]。到20世紀(jì)70—80年代，西方國家在航空器的研發(fā)中，都引入了溫度、濕度、振動應(yīng)力多因素綜合的可靠性環(huán)境試驗，但環(huán)境對可靠性的影響也未如愿得到明顯改善。造成這種現(xiàn)象的原因是多方面的，首先，從環(huán)境控制的角度來看，因其不是從環(huán)境對產(chǎn)品功能和性能造成的故障機(jī)理為出發(fā)點，而是過度地強(qiáng)調(diào)通過產(chǎn)品后期實物樣機(jī)的試驗來發(fā)現(xiàn)故障，采取糾正措施以消除和降低環(huán)境風(fēng)險，顯然，這種本末倒置的方法成效有限。另外，產(chǎn)品環(huán)境試驗溫度是標(biāo)準(zhǔn)給定的溫度－55～+70 ℃（直升機(jī)一般為+55～－45 ℃），而不是按產(chǎn)品在飛機(jī)和直升機(jī)上實際工作的環(huán)境溫度進(jìn)行環(huán)境試驗。實際上有的產(chǎn)品在機(jī)上的工作溫度可能高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度。例如，某型直升機(jī)的電源濾波器安裝在發(fā)動機(jī)艙內(nèi)，其溫度高于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的溫度，盡管通過了環(huán)境試驗，但使用中，濾波器內(nèi)的固化劑熔化了，造成濾波器內(nèi)的元器件故障。凡此種種，產(chǎn)品在其壽命預(yù)期的環(huán)境作用下，不能實現(xiàn)其預(yù)定功能和性能或使其不能安全可靠地工作也就不足為奇了[4]。

2001年，我國頒發(fā)了GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》[5]，該標(biāo)準(zhǔn)對產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性從工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、環(huán)境試驗與評價等四個層面共計20個工作項目，提出了環(huán)境控制的相關(guān)要求。在直升機(jī)型號研制中，認(rèn)真貫徹這一標(biāo)準(zhǔn)，按照該標(biāo)準(zhǔn)的要求，制定直升機(jī)型號研發(fā)的環(huán)境適應(yīng)性大綱，可使直升機(jī)環(huán)境及環(huán)境控制實現(xiàn)四個轉(zhuǎn)化[6]。

1）從以往傳統(tǒng)的基于環(huán)境試驗的單一的環(huán)境控制轉(zhuǎn)化為環(huán)境適分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、環(huán)境試驗與評價的全面、系統(tǒng)的環(huán)境控制。

2）從以往傳統(tǒng)的通過環(huán)境試驗激發(fā)環(huán)境故障轉(zhuǎn)化為環(huán)境故障機(jī)理、故障原因及故障影響的事前積極主動的分析。

3）從以往過度強(qiáng)調(diào)定型時的環(huán)境試驗的環(huán)境控制轉(zhuǎn)化為從方案論證階段起，貫穿于整個研發(fā)階段的環(huán)境適應(yīng)性的全程監(jiān)控。

4）從以往單獨的環(huán)境控制理念轉(zhuǎn)化為與可靠性、安全性等多專業(yè)融合共同實現(xiàn)產(chǎn)品在規(guī)定條件下（環(huán)境條件等），在預(yù)定時間，實現(xiàn)產(chǎn)品安全可靠地工作。

1 環(huán)境適應(yīng)性要求

環(huán)境適應(yīng)性要求是直升機(jī)型號研發(fā)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計依據(jù)，是環(huán)境適應(yīng)性試驗的目標(biāo)。因此，在方案論證階段，首先應(yīng)確定環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)和參數(shù)指標(biāo)，以便設(shè)計部門將環(huán)境適應(yīng)性要求轉(zhuǎn)化為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計措施，并通過后期的環(huán)境試驗確認(rèn)/驗證環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的有效性，評估直升機(jī)型號是否滿足使用方或用戶要求。為此，研制方應(yīng)和使用方或用戶在方案論證階段，首先應(yīng)建立直升機(jī)型號的環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)和參數(shù)指標(biāo)[7-8]。

1.1 參數(shù)指標(biāo)的確定

按GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》5.2 環(huán)境分析相應(yīng)工作項目（工作項目201-203）的工作內(nèi)容、環(huán)境適應(yīng)性要求，參數(shù)指標(biāo)的確定程序如圖1所示。

圖1 環(huán)境適應(yīng)性要求-參數(shù)指標(biāo)確定程序

1.2 程序中各項工作的實施

GJB 150包括近20種環(huán)境類型，從現(xiàn)有直升機(jī)型號來看，包括了溫度、濕度、鹽霧、霉菌、砂塵、淋雨、沖擊、加速度、炮振等動力學(xué)環(huán)境類別。在目前直升機(jī)型號總要求中，往往在總要求的環(huán)境條件一節(jié)中，僅列出溫度、濕度、“三防”等極少數(shù)的環(huán)境類型及要求。這少數(shù)的環(huán)境類型及其要求，不能完整地表述直升機(jī)型號的環(huán)境特征，也就不能確保直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性的控制，不能消除環(huán)境風(fēng)險的敏感性。因此，研制部門和使用方必須將直升機(jī)總要求的相關(guān)參數(shù)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成環(huán)境適應(yīng)性要求：如由飛行高度可以確定低氣壓高度；由旋翼轉(zhuǎn)速可以確定振動水平；根據(jù)直升機(jī)的型號，可以確定使用類別，如艦載機(jī)在海上執(zhí)行任務(wù)，便可確定鹽霧、霉菌等相應(yīng)要求。

1.2.1 壽命期剖面及壽命期環(huán)境剖面

1）壽命期剖面。這里的壽命期剖面，是指研制方將直升機(jī)交付用戶使用，在直升機(jī)壽命期內(nèi)所經(jīng)歷的事件，這些事件包括運輸、貯存及使用（執(zhí)行任務(wù)）等。

2）壽命期環(huán)境剖面。壽命期環(huán)境剖面，是指壽命期內(nèi)各個事件可能遭遇的不同環(huán)境類型，包括自然環(huán)境和誘發(fā)環(huán)境。自然環(huán)境是指自然界中非人為因素構(gòu)成的環(huán)境，而誘發(fā)環(huán)境是指人為活動、平臺、其他設(shè)備或設(shè)備自身產(chǎn)生的局部環(huán)境。就直升機(jī)而言，如直升機(jī)由汽車、火車或船舶運輸?shù)接脩艋兀敲催@些載體的振動、沖擊、卸裝過程中的意外跌落等即為誘發(fā)環(huán)境。如直升機(jī)自行轉(zhuǎn)場飛行，直升機(jī)自身的振動、著陸時的沖擊、懸停時揚起的砂塵等都是誘發(fā)環(huán)境。

某型直升機(jī)命剖面和壽命期環(huán)境剖面見表1。

表1 某型直升機(jī)的壽命剖面和壽命期環(huán)境剖面

1.2.2 環(huán)境參數(shù)指標(biāo)

在建立了使用文件，收集了基本相同或相似直升機(jī)的環(huán)境類別及其數(shù)據(jù)之后，接下來便要確定直升機(jī)型號具體的環(huán)境類型及量值。下面仍以某型直升機(jī)為例，描述其環(huán)境類別及量值的確定步驟。

1）確定直升機(jī)綜合的環(huán)境類別。根據(jù)直升機(jī)的特點，確定壽命期的環(huán)境類別，現(xiàn)在必須整合為整機(jī)的環(huán)境類別。由表1可以看出，該型機(jī)的運輸、貯存、使用都具有相同的自然環(huán)境，僅僅誘發(fā)環(huán)境小有區(qū)別，即運輸時，表現(xiàn)出低氣壓環(huán)境類別，而使用時多了一項機(jī)動飛行時的加速度環(huán)境類別。由上分析，表征某型直升機(jī)環(huán)境特征的環(huán)境類別為高溫、低溫、氣壓、淋雨（酸雨）、砂塵、振動、沖擊、加速度、噪音等。

2）確定各類環(huán)境類別的量值——參數(shù)指標(biāo)。在確定了全機(jī)綜合的環(huán)境類別之后，便要確定相應(yīng)的量值，以形成整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性要求。就某型直升機(jī)而言，作為教練機(jī)，每飛行小時平均起降5次，且又是操作不熟練的學(xué)員，學(xué)員操作粗糙，因此直升機(jī)著陸時的沖擊較大。直升機(jī)振動是其主要特點，通常低頻大振幅造成損傷較大，直升機(jī)飛行速度低，機(jī)動飛行時，加速度也較小。此外，直升機(jī)的噪音也是其顯著特點。

根據(jù)某型直升機(jī)的上述特點，最終可形成環(huán)境類別的相應(yīng)量值：高溫為+50 ℃、低溫為－40 ℃、氣壓為8000 m氣壓高度、振動、沖擊、每小時5次起降、加速度、噪音。

通過以上的討論分析，可以得出確定直升機(jī)環(huán)境適應(yīng)性要求時，應(yīng)遵循如下基本原則：全面完整、系統(tǒng)地分析直升機(jī)型號在其壽命期可能發(fā)生的所有事件及其遭受的環(huán)境類型、量值及持續(xù)時間；根據(jù)環(huán)境類型、量值和持續(xù)時間，選擇表征直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性的環(huán)境類型；選擇基本相同或相似機(jī)型作為直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性的比較基準(zhǔn)；對于難以量化的環(huán)境要求，可根據(jù)GJB 150的相應(yīng)要求進(jìn)行剪裁，基于型號特征及以往經(jīng)驗，選擇相應(yīng)的環(huán)境要求。

2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

通過以上討論分析，便能確定直升機(jī)型號的環(huán)境適應(yīng)性要求。為確保直升機(jī)型號在預(yù)期的環(huán)境條件達(dá)到其預(yù)期的性能和功能和/或不破壞的能力，便應(yīng)通過環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計，將直升機(jī)型號的適應(yīng)性要求轉(zhuǎn)化為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計措施來實現(xiàn)。

根據(jù)GJB 4239《裝備環(huán)境工程通用要求》5.3環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計工作項目301—303的要求，實施環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的程序如圖2所示。

圖2 直升機(jī)環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計程序

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則，事實上是直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計技術(shù)或設(shè)計方法，用于指導(dǎo)、規(guī)范型號的環(huán)境適應(yīng)性工作，將影響環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。設(shè)計準(zhǔn)則的編寫，是實現(xiàn)型號環(huán)境適應(yīng)性的重要工作內(nèi)容，是環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計及其檢查評審的依據(jù)。通常，需組織有經(jīng)驗的技術(shù)人員，完成準(zhǔn)則的編寫工作。

2.1 基本原則

編制環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)遵循下列原則。

1）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)反映直升機(jī)的特點。直升機(jī)的飛行特點為低空、低速，低空飛行會經(jīng)常遭遇到雨水的影響，因此，淋雨要求或水密性要求應(yīng)予以充分考慮。旋翼揚起的砂塵是影響動部件安全可靠工作的因素之一，因此準(zhǔn)則中應(yīng)充分考慮防砂塵的設(shè)計措施。振動是直升機(jī)的顯著特點，通常表現(xiàn)為低頻大振幅。此外，直升機(jī)的噪音也是環(huán)境條件的顯著特征，因此，準(zhǔn)則中應(yīng)關(guān)注直升機(jī)的降噪設(shè)計措施。

2）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)反映直升機(jī)型號特點。不同直升機(jī)型號具有不同的環(huán)境特征，如對于武裝直升機(jī)，炮振是其顯著特征；對于艦載直升機(jī)，高溫濕熱、鹽霧、霉菌等是較嚴(yán)酷的環(huán)境條件；對于教練機(jī)，沖擊是其環(huán)境特征。

3）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)吸取國內(nèi)外以往直升機(jī)型號的經(jīng)驗教訓(xùn)。在以往的型號設(shè)計中，由于沒有充分考慮環(huán)境條件對直升機(jī)使用的影響，曾發(fā)生過環(huán)境條件對直升機(jī)部件/設(shè)備造成損傷、故障/失效的經(jīng)驗教訓(xùn)。如某型直升機(jī)發(fā)射導(dǎo)彈的尾氣流誘發(fā)的低氣壓使機(jī)身后部的貨艙門意外打開。準(zhǔn)則中應(yīng)從這些事故或故障中吸取教訓(xùn)，提出相應(yīng)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計措施，避免發(fā)生類似的后果。

4）準(zhǔn)則內(nèi)容應(yīng)將可靠性工作的故障模式及影響分析、故障樹分析中所發(fā)現(xiàn)的問題及其設(shè)計改進(jìn)措施作為準(zhǔn)則的設(shè)計要求。例如，故障樹分析中，發(fā)現(xiàn)的振動疲勞損傷在鹽霧條件下，會使結(jié)構(gòu)的剩余強(qiáng)度急劇下降，使部件未到規(guī)定的翻修時間便嚴(yán)重破壞，因此，應(yīng)考慮雙重環(huán)境應(yīng)力的組合作用造成的損傷[9]。

5）準(zhǔn)則內(nèi)容，應(yīng)按安全性的優(yōu)先順序，考慮相應(yīng)措施。當(dāng)環(huán)境應(yīng)力造成的安全性風(fēng)險不可接受時，應(yīng)首先采取設(shè)計措施消除風(fēng)險；當(dāng)沒有有效的設(shè)計技術(shù)消除風(fēng)險時，應(yīng)通過加入安全裝置或告警裝置來消除或降低風(fēng)險；當(dāng)上述措施都無效時，應(yīng)通過使用限制或者維修方式等控制措施來降低風(fēng)險。例如，直升機(jī)飛行中，通過設(shè)計措施無法避免遭受到暴風(fēng)雨，此時，應(yīng)安裝氣象雷達(dá)、實時監(jiān)控周圍的氣象變化。當(dāng)飛行前方有暴風(fēng)雨時，改變航向或就近著陸，避開暴風(fēng)雨造成的風(fēng)險。

2.2 制定直升機(jī)型號的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則

目前直升機(jī)型號都沒有制定完整、系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則，用以指導(dǎo)和規(guī)范型號的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計。根據(jù)直升機(jī)型號可靠性維修性等通用特性設(shè)計準(zhǔn)則的編制經(jīng)驗，該設(shè)計準(zhǔn)則應(yīng)包括兩個部分，即一般要求和詳細(xì)要求。一般要求為直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性總體、基本和通用性要求。詳細(xì)要求為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計不同環(huán)境類別設(shè)計技術(shù)、設(shè)計方法的表述，通常是具體實施的設(shè)計措施。

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的一般要求如應(yīng)通過型號的環(huán)境適應(yīng)性分析，確定環(huán)境風(fēng)險敏感性的環(huán)境類別及量值（環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)指標(biāo)）；應(yīng)將環(huán)境適應(yīng)性工作納入直升機(jī)型號研制規(guī)劃進(jìn)行統(tǒng)一安排、統(tǒng)一協(xié)調(diào)，確保與性能、可靠性等并行設(shè)計。在具體的型號研制中，應(yīng)根據(jù)型號特點，做全面綜合考慮，提出完整、系統(tǒng)的一般要求。

對于環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的詳細(xì)要求，應(yīng)根據(jù)型號適應(yīng)性要求所確定的環(huán)境類別，提出該型機(jī)各類環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計的詳細(xì)要求。

現(xiàn)以熱設(shè)計為例，說明應(yīng)包括的內(nèi)容。熱設(shè)計的詳細(xì)要求包括：熱分析、熱測試、散熱、散熱器、電子/電氣設(shè)備的熱設(shè)計等。其中，熱分析包括如下要求：熱分析時應(yīng)考慮環(huán)境因素、鄰近設(shè)備、組件元器件的熱作用，電應(yīng)力及發(fā)熱和散熱方式等因素；定量熱分析，確定各設(shè)備艙或設(shè)備的工作溫度，以便考慮機(jī)上、設(shè)備艙的冷卻方式；定性熱分析，確定設(shè)備對熱的敏感性，提出合理設(shè)計措施；電子設(shè)備的熱計算，可按GJB/Z 27的方法進(jìn)行。這里僅列出了部分內(nèi)容，其他要求見參考文獻(xiàn)[10]。

2.3 制定環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計內(nèi)容

1）各系統(tǒng)、部件/設(shè)備應(yīng)按型號環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計，貫徹設(shè)計準(zhǔn)則的設(shè)計措施，將型號的環(huán)境適應(yīng)性要求設(shè)計到系統(tǒng)、部件/設(shè)備中，以消除或降低產(chǎn)品對環(huán)境風(fēng)險的敏感性。

2）各系統(tǒng)、部件/設(shè)備完成設(shè)計之后，應(yīng)按表2的方式對照檢查設(shè)計與準(zhǔn)則要求的相符性，最終形成系統(tǒng)、部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則符合性報告。

表2 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計準(zhǔn)則符合性說明表

3）必須指出，各系統(tǒng)、部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計應(yīng)充分包括環(huán)境適應(yīng)性的各種試驗，以及可靠性試驗等所獲取的信息，對試驗中所發(fā)現(xiàn)的薄弱環(huán)節(jié)采取相應(yīng)的設(shè)計措施予以糾正。

2.1.4 環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計完成之后，通過環(huán)境適應(yīng)性預(yù)計以評估直升機(jī)型號各系統(tǒng)、部件/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是否滿足環(huán)境適應(yīng)性的要求，即是否滿足直升機(jī)型號各種環(huán)境類型量值（環(huán)境適應(yīng)性參數(shù)指標(biāo)）的要求。

根據(jù)產(chǎn)品在機(jī)上艙內(nèi)所處的最嚴(yán)酷工作環(huán)境及環(huán)境類型及量值，與組成產(chǎn)品的零部件/元器件相關(guān)手冊提供的定量的耐環(huán)境極限能力進(jìn)行比較分析，確定產(chǎn)品能否承受最嚴(yán)酷工作環(huán)境的作用或者承受最嚴(yán)酷工作環(huán)境作用的余量。

根據(jù)直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性要求，該型機(jī)環(huán)境溫度為+50 ℃，某一電子產(chǎn)品設(shè)置在機(jī)身中下部電子設(shè)備艙內(nèi)（艙內(nèi)有許多電子設(shè)備）。通過熱分析計算（GJB/Z 27），該艙內(nèi)最嚴(yán)酷的工作環(huán)境溫度為50 ℃+艙內(nèi)電子設(shè)備工作時的溫升（誘發(fā)環(huán)境溫度），這一最嚴(yán)酷的工作環(huán)境溫度為+90 ℃。然后列出該電子設(shè)備組成的元器件，并根據(jù)相關(guān)手冊（如MIL-STD- 217或GJB 299）查得各個元器件的最高溫度或極限溫度值。如果所有元器件的極限溫度都超過+90 ℃，那么該產(chǎn)品便滿足環(huán)境適應(yīng)性要求的；如果這一電子設(shè)備有個別（重要的）或多個元器件不能承受90 ℃的高溫，那么，必須更改設(shè)計，選擇更高極限溫度的元器件或者產(chǎn)品采取自冷卻方式（設(shè)備內(nèi)設(shè)置冷卻風(fēng)扇，如A350直升機(jī)的靜止變流器便設(shè)有微型電風(fēng)扇）進(jìn)行降溫以滿足環(huán)境適應(yīng)性要求；如果這一電子設(shè)備艙有多個電子設(shè)備不能滿足這一工作環(huán)境+90 ℃的要求，艙內(nèi)必須采取強(qiáng)迫通風(fēng)（如引入冷氣或加裝冷卻風(fēng)扇等）方式降低溫度。如法國SA321超黃蜂直升機(jī)，其電子設(shè)備艙內(nèi)便裝有冷卻風(fēng)扇進(jìn)行降溫。

3 環(huán)境試驗與評價

3.1 環(huán)境試驗類型、種類及試驗項目的確定

直升機(jī)型號按照環(huán)境適應(yīng)性要求完成了環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計后，便要通過相應(yīng)的環(huán)境試驗，檢查和評估環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。為此，GJB 4239提出了環(huán)境試驗與評估要求。

按GJB 4239，環(huán)境試驗包括自然環(huán)境試驗、使用環(huán)境試驗和實驗室環(huán)境試驗三大試驗類型。基于環(huán)境試驗可進(jìn)行剪裁的原則，下面將根據(jù)直升機(jī)及直升機(jī)型號的特點進(jìn)行相應(yīng)分析，以確定其環(huán)境試驗類型、種類及試驗項目。

1）環(huán)境試驗類別的選擇?；谧匀画h(huán)境試驗、使用環(huán)境試驗和實驗室環(huán)境試驗的定義、用途及應(yīng)用時機(jī)[1]，便不難發(fā)現(xiàn)，實驗室環(huán)境試驗的目的為：發(fā)現(xiàn)環(huán)境設(shè)計的薄弱環(huán)節(jié)，提出改進(jìn)措施，消除或降低對環(huán)境風(fēng)險的敏感性，以滿足環(huán)境適應(yīng)性要求；確保首飛安全，即通過試驗發(fā)現(xiàn)在工作環(huán)境下，其重要/關(guān)鍵件的工作溫度、振動等是否達(dá)到其極限值，危及飛行安全或影響飛行；確認(rèn)和驗證環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求，為部件/設(shè)備定型提供依據(jù)?？梢钥闯觯舨眠x擇實驗室環(huán)境試驗來確認(rèn)/驗證型號環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是否滿足環(huán)境適應(yīng)性要求。

2）實驗室環(huán)境試驗和試驗種類的選擇。按GJB 4239的要求，實驗室環(huán)境試驗包括環(huán)境適應(yīng)性研制試驗、環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗、直升機(jī)安全性環(huán)境試驗、環(huán)境例行試驗、環(huán)境鑒定試驗等5種類實驗室環(huán)境試驗。在上述的實驗室環(huán)境試驗的5個種類中，環(huán)境適應(yīng)性研制試驗、直升機(jī)安全性環(huán)境試驗及環(huán)境鑒定試驗，與直升機(jī)型號研制密切相關(guān)，通過這些試驗?zāi)軡M足實驗室環(huán)境試驗的目的，以確保直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性的固有特性。環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗的試驗要求是通過溫度和振動試驗來確定產(chǎn)品對溫度和振動環(huán)境特性的響應(yīng)特性及產(chǎn)品耐環(huán)境極限能力，可結(jié)合其他試驗種類一起安排，如產(chǎn)品功能性能試驗，電源特性試驗等，因此這一試驗可以刪除。另一試驗種類，即環(huán)境例行試驗，是批生產(chǎn)出廠檢驗后的試驗，通過這種試驗以檢查產(chǎn)品工藝穩(wěn)定性。這與研發(fā)階段，確保產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性的固有特性——環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計沒有直接關(guān)系。因此，這一試驗種類也可剪裁刪除。根據(jù)上面的分析，直升機(jī)和直升機(jī)型號的實驗室環(huán)境試驗，可選擇環(huán)境適應(yīng)性研制試驗、直升機(jī)安全性環(huán)境試驗、環(huán)境鑒定試驗這三類試驗。

3）實驗室環(huán)境試驗各種環(huán)境類別相應(yīng)試驗項目的剪裁。直升機(jī)型號部件/設(shè)備實驗室環(huán)境試驗所選擇的試驗種類是在型號研制階段實施的，因此，應(yīng)根據(jù)每一試驗種類試驗的時機(jī)、試驗?zāi)康膩磉x擇每一試驗種類所相應(yīng)的試驗項目。通常，按下列原則對GJB 150A的試驗項目進(jìn)行剪裁。

a．環(huán)境適應(yīng)性研制試驗。環(huán)境適應(yīng)性研制試驗是在型號研制的早期進(jìn)行的，其目的是尋找部件/設(shè)備耐環(huán)境應(yīng)力的薄弱環(huán)節(jié)，并通過設(shè)計予以改進(jìn)?；贕JB 150A列舉的近20項試驗項目故障機(jī)理的分析研究，陸航某型直升機(jī)研制過程中認(rèn)為，高溫（工作高溫和貯存高溫）、低溫（工作低溫和貯存低溫）及振動功能環(huán)境試驗項目能達(dá)到上述目的[11]。

b．直升機(jī)安全性環(huán)境試驗。該項試驗通常是在直升機(jī)型號首飛前實施的，其目的是對飛行安全的關(guān)鍵/重要的部件/設(shè)備選擇的環(huán)境因素及其相應(yīng)的試驗項目進(jìn)行試驗，以確保首飛安全。因此，所選擇的試驗項目為：試驗會使部件/設(shè)備很快產(chǎn)生破壞或很快影響其正常功能；不選擇長時間才產(chǎn)生影響或破壞的試驗項目，也不選擇對飛行安全影響不大的試驗項目。基于GJB 150A近20項試驗項目的故障機(jī)理的分析研究，擬選擇高溫、低溫（工作）試驗，濕度/溫度試驗，溫度沖擊試驗，振動功能試驗，加速度試驗，沖擊試驗等這幾類試驗。

c．環(huán)境鑒定試驗。環(huán)境鑒定試驗的目的是確認(rèn)/驗證部件/設(shè)備滿足成品技術(shù)協(xié)議書規(guī)定的環(huán)境適應(yīng)性要求；為部件/設(shè)備定型提供重要決策信息。該項試驗是在部件/設(shè)備設(shè)計定型批生產(chǎn)之前進(jìn)行。通常剪裁的項目有：所有部件/設(shè)備應(yīng)進(jìn)行高、低溫試驗，溫度沖擊試驗，加速度試驗，振動、沖擊、三防試驗等；有氣密要求的電子/電氣和有氣密性要求的部件應(yīng)進(jìn)行溫度-濕度-高度試驗；安裝在機(jī)外或安裝在機(jī)內(nèi)貼近蒙皮的部件/設(shè)備應(yīng)進(jìn)行太陽輻射、淋雨、砂塵、積冰試驗。

通過上述分析，直升機(jī)型號研制階段的環(huán)境試驗項目的剪裁見表3。

表3 環(huán)境試驗項目

注：“√”表示必須選擇的項目，未標(biāo)示“√”表示項目由研制方與部件/設(shè)備轉(zhuǎn)承制方協(xié)調(diào)確定；環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗，可與“環(huán)境適應(yīng)性研制試驗”或“安全性環(huán)境試驗”結(jié)合進(jìn)行

4）部件/設(shè)備的實驗室環(huán)境，試驗種類及試驗項目的確定。實際工作中，對于一個具體的部件/設(shè)備，應(yīng)根據(jù)其特點，對表3所確定的試驗種類及試驗項目，還應(yīng)詳細(xì)分析。如有必要，可作進(jìn)一步的剪裁。例如，某些機(jī)械部件對溫度變化并不敏感，就可不選擇高低溫試驗項目。所選擇的環(huán)境試驗項目，包括每一環(huán)境項目的參數(shù)指標(biāo)或量值，都應(yīng)給定在成品協(xié)議書中。

3.2 制定部件/設(shè)備的實驗室環(huán)境試驗大綱

當(dāng)直升機(jī)型號具體產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性要求及環(huán)境試驗的試驗種類和試驗項目確定之后，另一項重要的工作，便是制定各個部件/設(shè)備的實驗室環(huán)境試驗大綱，規(guī)定各種環(huán)境試驗的實施。每一具體部件/設(shè)備的環(huán)境試驗大綱應(yīng)經(jīng)訂購方批準(zhǔn)或認(rèn)可，并得到承制方或研制部門的會簽確認(rèn)。

部件/設(shè)備環(huán)境試驗大綱至少應(yīng)包括如下內(nèi)容：試驗件的技術(shù)狀態(tài)及數(shù)量；各試驗項目順序安排；各試驗項目試驗方法及試驗程序；試驗設(shè)施要求，設(shè)備、儀器、儀表及精度要求；試驗數(shù)據(jù)記錄要求；試驗件故障或破壞判別準(zhǔn)則；試驗過程的組織管理和監(jiān)控要求；試驗過程中，被試驗產(chǎn)品故障或其他原因試驗中斷的處理。

3.3 直升機(jī)型號環(huán)境適應(yīng)性評價

如前所述，實驗室環(huán)境試驗是為了確認(rèn)部件/產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是否滿足規(guī)定的合同文件要求，實驗室環(huán)境試驗條件有下列原因或限制：實驗室應(yīng)用的環(huán)境條件；接口關(guān)系；負(fù)載等。這就不能完全模擬真實的使用（工作）環(huán)境和工作狀態(tài)，與其他設(shè)備接口及相鄰設(shè)備的影響。這樣，實驗室環(huán)境試驗不能表征真實使用環(huán)境中部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性[1]。因此，應(yīng)進(jìn)行自然環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗，并收集有關(guān)使用信息，全面評估部件/設(shè)備在貯存、運輸和各種使用狀態(tài)的環(huán)境中的環(huán)境適應(yīng)性[1]。

GJB 4239規(guī)定根據(jù)自然環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗的結(jié)果來評估部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性無疑是合理的，但目前的條件并不成熟。

1）這兩項試驗沒有如同GJB 150環(huán)境適應(yīng)性實驗室試驗方法這樣的標(biāo)準(zhǔn)給出相應(yīng)的試驗程序、試驗時間和判別準(zhǔn)則。

2）自然環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗這兩種試驗需經(jīng)過長時間的試驗，才能表現(xiàn)出環(huán)境適應(yīng)性特征，如鹽霧、霉菌及振動環(huán)境條件對產(chǎn)品的影響。

基于自然環(huán)境試驗和使用環(huán)境試驗來評價部件/設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，目前尚有困難，但在直升機(jī)的實際使用中，可以收集、分析部件/產(chǎn)品因環(huán)境引起的故障，并通過機(jī)理研究，找出故障原因，采取相應(yīng)措施，消除或減少環(huán)境損傷風(fēng)險，以保持部件/設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的固有特性。

4 結(jié)論

通過上述分析研究，可以得出以下結(jié)論。

1）環(huán)境適應(yīng)性是直升機(jī)的固有特性，是通過設(shè)計和管理實現(xiàn)的。

2）應(yīng)盡早地開展環(huán)境適應(yīng)性分析、設(shè)計及試驗（研制試驗）工作，以便及時發(fā)現(xiàn)環(huán)境適應(yīng)性的薄弱環(huán)節(jié)，采取相應(yīng)的措施，以確保在壽命期內(nèi)各種預(yù)定環(huán)境作用下實現(xiàn)預(yù)定性能、功能及不被破壞的能力。

3）應(yīng)明確使用方或研制方（承制方）和轉(zhuǎn)承制方（部件、設(shè)備研制單位）的工作責(zé)任和義務(wù)，各方緊密協(xié)作，確保研制中環(huán)境適應(yīng)性工作有效有序地進(jìn)行。

4）環(huán)境適應(yīng)性分析、設(shè)計和試驗應(yīng)與直升機(jī)型號的工程設(shè)計并行實施，確保環(huán)境適應(yīng)性特征設(shè)計到直升機(jī)系統(tǒng)、部件/設(shè)備之中。

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Application of GJB 4239 “General Requirements for Equipment Environmental Engineering” in Helicopter Development

DING Jie, CHEN Sheng-bin, HAO Zong-min

(China Helicopter Research and Development Institute, Jingdezhen 333001, China)

Based on characteristics of helicopter and helicopter model, in combination with environmental engineering and traditional development experience of helicopters, the paper put forward specific procedures and methods to implement the requirements of GJB 4239 in development of helicopters, tried to turn general requirements of GJB 4239 into specific and practical technical requirements on environmental adaptability analysis, design, test and management of component and equipment for helicopters, and proposed implementation requirements and methods of environmental test and evaluation in helicopter development.

helicopter; environmental adaptability; analysis and design; lab environment test

10.7643/ issn.1672-9242.2017.11.004

TJ01

A

1672-9242(2017)11-0020-07

2017-08-10；

2017-08-29

丁杰（1989—），男，福建南平人，工程師，主要研究方向為直升機(jī)可靠性、維修性、安全性、測試性、綜合保障及環(huán)境適應(yīng)性。