隨彈射座椅離機(jī)工作的電子設(shè)備環(huán)境試驗探討

尹樹悅，尚琨

（空軍研究院,北京 100076）

0 引言

當(dāng)前,隨著戰(zhàn)斗機(jī)彈射座椅技術(shù)的發(fā)展,彈射離機(jī)后對座椅的控制由利用機(jī)械式程序機(jī)構(gòu)發(fā)展到利用慣性測量部件感受環(huán)境和座椅運(yùn)動參數(shù),由電子程序控制裝置進(jìn)行控制的階段[1]；此外,離機(jī)后對飛行員的應(yīng)急供氧也發(fā)展到利用電子裝置進(jìn)行供氧調(diào)節(jié)的階段。這些電子設(shè)備均需要隨彈射座椅離機(jī)工作 （由椅裝電池為其供電）,以實現(xiàn)從彈射離機(jī)到人椅分離階段對座椅的程序控制和對飛行員的應(yīng)急供氧,完成彈射救生任務(wù)。如果不考慮隨彈射座椅離機(jī)工作的電子設(shè)備 （以下簡稱為椅裝電子設(shè)備）在壽命期所經(jīng)歷的特定的極限自然環(huán)境條件,而完全參照座艙內(nèi)其他電子設(shè)備的環(huán)境條件對椅裝電子設(shè)備開展環(huán)境試驗,將存在著對椅裝電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性考核不充分的情況。為此,本文針對椅裝電子設(shè)備工作環(huán)境的特殊性,對其環(huán)境適應(yīng)性要求及環(huán)境鑒定試驗問題進(jìn)行研究,以期為椅裝電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計及環(huán)境鑒定試驗提供參考。

1 椅裝電子設(shè)備的工作環(huán)境分析

在飛機(jī)停放、正常飛行、座艙失密和座艙蓋意外爆破等非彈射條件下,椅裝電子設(shè)備的貯存和工作環(huán)境可視為與座艙內(nèi)的其他設(shè)備一致,相關(guān)環(huán)境鑒定試驗可參照座艙內(nèi)的其他設(shè)備實施。對于座椅彈射過程中椅裝電子設(shè)備所經(jīng)歷的加速度、沖擊等力學(xué)環(huán)境,可隨通常的彈射座椅功能的性能試驗一并驗證[2]。上述椅裝電子設(shè)備的環(huán)境條件本文不再討論,下面只針對椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)正常工作時間內(nèi)所經(jīng)歷的主要自然環(huán)境條件進(jìn)行分析。

一般情況下,對戰(zhàn)斗機(jī)彈射座椅要求的最大彈射高度為飛機(jī)的升限高度,該高度下的自然環(huán)境條件為椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)后工作的極限環(huán)境條件,而升限高度下的自然環(huán)境條件難以由通常的彈射座椅功能性能試驗?zāi)M。但從環(huán)境試驗的角度考慮,又必須對處于此極限環(huán)境條件下的椅裝電子設(shè)備的功能和性能進(jìn)行考核。為此,需要先確定從飛機(jī)升限高度隨座椅彈射離機(jī)到人椅分離期間,椅裝電子設(shè)備所經(jīng)歷的具體環(huán)境條件。

椅裝電子設(shè)備所經(jīng)歷的嚴(yán)酷的自然環(huán)境條件,與座艙內(nèi)環(huán)境條件相比,最主要的區(qū)別為氣壓和溫度環(huán)境的變化,即氣壓從座艙高度氣壓值以爆炸減壓的形式下降到飛機(jī)升限處的飛行高度氣壓值,環(huán)境溫度則從座艙溫度瞬間轉(zhuǎn)換到飛機(jī)升限處外界大氣低溫極值,其后人椅分離前隨著座椅的高度的不斷下降,氣壓和環(huán)境溫度都在逐漸地升高,直到達(dá)到人椅分離時所在高度的氣壓和環(huán)境溫度。

2 椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性要求

2.1 低氣壓要求

椅裝電子設(shè)備應(yīng)具備在工作狀態(tài)下經(jīng)受從座艙高度壓力以爆炸減壓的形式瞬間下降到飛機(jī)升限處的飛行高度氣壓值的能力。在其后的一段時間內(nèi)則經(jīng)歷的是氣壓上升的過程,即氣壓逐漸地上升到人椅分離高度下的氣壓值,顯然,該過程對于電子產(chǎn)品而言不會產(chǎn)生不利的影響。因此,椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)的低氣壓效應(yīng),與座艙蓋意外爆破后艙內(nèi)設(shè)備的爆炸減壓效應(yīng)是一致的,對于該環(huán)境效應(yīng)的試驗考核方法與座艙內(nèi)設(shè)備的爆炸減壓試驗方法是一致的[3],不需要重復(fù)開展試驗。

2.2 溫度沖擊要求

椅裝電子設(shè)備應(yīng)具備在正常的工作狀態(tài)下經(jīng)受從座艙環(huán)境高溫極值瞬間轉(zhuǎn)換到飛機(jī)升限處大氣環(huán)境低溫極值,并接著由低溫極值再持續(xù)地上升到人椅分離高度下大氣環(huán)境溫度值的能力。由此可見,椅裝電子設(shè)備在隨座椅彈射離機(jī)工作中所經(jīng)歷的最嚴(yán)酷的溫度環(huán)境條件為溫度沖擊。

為了驗證椅裝電子設(shè)備對上述溫度沖擊要求的符合性,需要對椅裝電子設(shè)備開展溫度沖擊試驗。因椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)所經(jīng)歷的溫度沖擊條件與按照在座艙內(nèi)工作進(jìn)行溫度沖擊的試驗條件相比差距較大,有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也未能覆蓋[4],為此,需為其確定專門的溫度沖擊試驗條件。

3 椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)的溫度沖擊試驗條件

3.1 沖擊方式

由本文2.2節(jié)可知,從座艙高溫到飛機(jī)升限處低溫的單向沖擊,為椅裝電子設(shè)備在隨座椅彈射離機(jī)中所經(jīng)歷的最嚴(yán)酷的溫度沖擊,再考慮到試驗的可實施性,推薦該試驗采用從座艙高溫極值開始向飛機(jī)升限處低溫極值進(jìn)行單向、恒定溫度沖擊的試驗方式。

3.2 極值溫度

恒定溫度沖擊試驗需確定兩個極值溫度,即高溫極值和低溫極值[5],該溫度沖擊試驗中椅裝電子設(shè)備的試驗高溫極值應(yīng)為密閉座艙內(nèi)的高溫極值,試驗低溫極值應(yīng)為飛機(jī)升限處外界大氣環(huán)境的低溫極值。具體的量值可根據(jù)飛機(jī)的技術(shù)條件和使用環(huán)境要求來確定。

3.3 沖擊次數(shù)

由于椅裝電子設(shè)備在壽命周期內(nèi)所能經(jīng)歷隨座椅彈射離機(jī)溫度沖擊的頻次至多為一次,故試驗過程中只需要進(jìn)行一次沖擊即可。

3.4 暴露于低溫極值的持續(xù)時間

根據(jù)座椅彈射運(yùn)動過程,從飛機(jī)升限處座椅彈射離機(jī)后直到下降到設(shè)定的人椅分離高度,此段過程所經(jīng)歷的時間可以計算得到。在此時間段內(nèi)椅裝電子設(shè)備隨著高度的下降,所經(jīng)歷的大氣環(huán)境溫度在持續(xù)地上升,也就是說其暴露于飛機(jī)升限處低溫極值的持續(xù)時間極短?？紤]到受試驗設(shè)備的限制、試驗中檢測的可實施性,以及對安全關(guān)鍵設(shè)備加嚴(yán)考核的需要,可在試驗中將椅裝電子設(shè)備暴露于低溫極值的持續(xù)時間確定為隨座椅彈射離機(jī)起到人椅分離為止的持續(xù)工作時間。具體的量值可以根據(jù)彈射座椅的性能參數(shù)來確定。

3.5 溫度轉(zhuǎn)換時間

椅裝電子設(shè)備在隨座椅彈射的過程中,從座艙高溫轉(zhuǎn)換到飛機(jī)升限處低溫所經(jīng)歷的時間極短,幾乎是瞬間完成的。受試驗設(shè)備和人員操作等的限制,在試驗實施中可能難以達(dá)到實際的溫度轉(zhuǎn)換時間要求,但也應(yīng)在試驗條件允許的情況下盡量地做到在最短的時間內(nèi)完成溫度轉(zhuǎn)換。

4 結(jié)束語

椅裝電子設(shè)備是飛行員成功地實現(xiàn)彈射救生的重要保證,對椅裝電子設(shè)備開展環(huán)境鑒定試驗是驗證其環(huán)境適應(yīng)能力的主要手段。本文針對椅裝電子設(shè)備隨座椅彈射離機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性要求,提出了基于座椅在飛機(jī)升限處彈射的椅裝電子設(shè)備溫度沖擊試驗的需求,并給出了開展溫度沖擊的推薦試驗條件。椅裝電子設(shè)備可參考此條件開展隨座椅彈射離機(jī)的溫度沖擊試驗,以便于充分地考核產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力,確保其在座椅彈射救生過程中可靠地工作。

[1]楊登仿.彈射座椅電子式程序控制器的可靠性設(shè)計 [C]//中國航空學(xué)會可靠性工程學(xué)術(shù)年會論文集,武夷山,2001:87-94.

[2]中國人民解放軍空軍裝備部綜合計劃部.彈射座橋型乘員應(yīng)急離機(jī)救生系統(tǒng)通用規(guī)范:GJB 1800A-2007[S].北京:總裝備部軍標(biāo)出版發(fā)行部,2007.

[3]中國航空綜合技術(shù)研究所.軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法 第2部分:低氣壓 （高度）試驗:GJB 150.2A-2009[S].北京:中國人民解放軍總裝備部,2009.

[4]中國航空綜合技術(shù)研究所.軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第5部分:溫度沖擊試驗:GJB 150.5A-2009[S].

[5]馬志宏,李全國,辛文波,等.環(huán)境試驗與可靠性試驗的關(guān)系及其應(yīng)用 [J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2006,24 （6）:57-61.