航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性分析

文/呂寶 焦毅

1 引言

隨著綜合航電技術(shù)的廣泛應(yīng)用，航空電子設(shè)備逐漸取代了飛機(jī)上自動(dòng)化程度較低的機(jī)械設(shè)備，包括機(jī)載防撞系統(tǒng)、預(yù)警雷達(dá)等在內(nèi)的航空電子設(shè)備在飛機(jī)上的比重越來越大。在飛機(jī)續(xù)航能力大幅度提升的條件下，飛機(jī)執(zhí)行任務(wù)的時(shí)間不斷增加，航空電子設(shè)備經(jīng)歷的環(huán)境也越來越復(fù)雜，使得航空電子設(shè)備的故障模式也越來越復(fù)雜，由于電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性差而導(dǎo)致的電子設(shè)備故障越來越多，電子設(shè)備對(duì)環(huán)境影響的敏感性愈來愈明顯。航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性已成為制約裝備戰(zhàn)斗力的一個(gè)重要因素。因此，有必要在航空電子設(shè)備壽命周期內(nèi)持續(xù)開展環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)，而開展此工作首先需明確具體的航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求。

所謂航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求，主要指的是反映航空電子設(shè)備應(yīng)達(dá)到的環(huán)境適應(yīng)能力的一系列定量或定性要求，一般用已確定要考慮的各種環(huán)境因素的應(yīng)力強(qiáng)度及其組合（或綜合）、裝備規(guī)范允許受影響的程度或功能與性能參數(shù)變化范圍（容差）或作用時(shí)間來表示。環(huán)境適應(yīng)性要求是環(huán)境試驗(yàn)與評(píng)價(jià)工作的基礎(chǔ)，是環(huán)境鑒定試驗(yàn)、批生產(chǎn)階段環(huán)境試驗(yàn)和環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)中確定環(huán)境試驗(yàn)條件、評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的基礎(chǔ)和依據(jù)。

GJB4239《裝備環(huán)境工程通用要求》作為裝備環(huán)境工程的頂層標(biāo)準(zhǔn)，它的大部分工作項(xiàng)目主要的輸入和輸出信息都涉及了環(huán)境適應(yīng)性的相關(guān)要求，可以說環(huán)境適應(yīng)性要求貫穿了整個(gè)環(huán)境工程的各個(gè)環(huán)節(jié)的工作過程，環(huán)境適應(yīng)性要求涵蓋了航空電子設(shè)備全壽命周期內(nèi)的各項(xiàng)工作，其中航空電子設(shè)備全壽命周期內(nèi)經(jīng)歷的環(huán)境試驗(yàn)如圖1所示。提高航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性，首先做的就是在設(shè)計(jì)、制造、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)的各個(gè)階段認(rèn)真落實(shí)規(guī)范環(huán)境適應(yīng)性要求，給出評(píng)價(jià)要求、明確評(píng)價(jià)方法、進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)，從而最終給出科學(xué)合理的環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果，為裝備的研制和使用提供決策依據(jù)。

表1：航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn)名稱

圖1：航空電子設(shè)備壽命周期經(jīng)歷的環(huán)境試驗(yàn)

2 航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

環(huán)境適應(yīng)性是航空電子設(shè)備的一種重要質(zhì)量特性，但對(duì)環(huán)境適應(yīng)性的描述僅限于概念層面，通常的做法是用能否通過某項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)來定性的表示，無法整體描述裝備對(duì)其所處環(huán)境的適應(yīng)能力，從而不能很好的將環(huán)境適應(yīng)性要求真正落實(shí)到裝備的論證、設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中。因此，為了更好的開展環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)工作，本文對(duì)當(dāng)前現(xiàn)行國軍標(biāo)中相關(guān)航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求進(jìn)行了詳細(xì)分析研究，整理了典型的航空電子設(shè)備通用規(guī)范類國家軍用標(biāo)準(zhǔn)中涉及的環(huán)境適應(yīng)性要求，為理清目前航空電子設(shè)備在環(huán)境適應(yīng)性要求方面的現(xiàn)狀奠定基礎(chǔ)。主要涉及的相關(guān)航空電子設(shè)備國軍標(biāo)如表1所示。

表2：航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求分類

表3：環(huán)境因子——故障模式矩陣

3 航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求

通過對(duì)典型的航空電子設(shè)備相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)研究分析，可以得出，我國航空電子設(shè)備在環(huán)境適應(yīng)性方面的技術(shù)規(guī)范要求主要是以環(huán)境適應(yīng)性要求的形式提出并加以約束，其中，有些提到的有關(guān)環(huán)境要求和環(huán)境條件方面的內(nèi)容在實(shí)際的環(huán)境適應(yīng)性分析中也可一并歸為環(huán)境適應(yīng)性要求。

通過對(duì)本文選取的相關(guān)航空電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)中有關(guān)航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求進(jìn)行歸類分析，我們可以總結(jié)出：目前現(xiàn)行航空電子設(shè)備國軍標(biāo)中，針對(duì)航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求主要有兩大類要求規(guī)范組成：

（1）第一類主要體現(xiàn)在要求航空電子設(shè)備在某種具體的環(huán)境條件下能夠?qū)崿F(xiàn)正常的工作或貯存。例如：在“機(jī)載數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備通用規(guī)范”中要求“在海上及沿海地區(qū)工作的各LRU在工作和不工作條件下，LRU的涂層和表面處理不應(yīng)受鹽霧大氣的影響”，也就是要求在所有可能遇到鹽霧環(huán)境條件下，機(jī)載數(shù)據(jù)傳輸設(shè)備均應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)正常的工作。此類要求后續(xù)文中用“●”表示；

（2）第二類主要體現(xiàn)在要求航空電子設(shè)備能夠通過某項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)。也就是要求航空電子設(shè)備能夠通過現(xiàn)行環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)中的全部或部分試驗(yàn)，其中相關(guān)環(huán)境試驗(yàn)可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)牟眉?。例如“機(jī)載火控雷達(dá)通用規(guī)范”中要求“火控雷達(dá)能夠承受GJB150.16A-2009中程序I規(guī)定的試驗(yàn)，產(chǎn)品的外觀質(zhì)量、機(jī)械性能、電性能應(yīng)符合相關(guān)詳細(xì)規(guī)范的規(guī)定要求”。此類要求后續(xù)文中用“○”表示。

本文通過對(duì)表1中涉及的典型航空電子設(shè)備各項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境適應(yīng)性要求內(nèi)容進(jìn)行整理，環(huán)境適應(yīng)性要求涉及的環(huán)境要素主要包括：溫度、溫度—高度、高度、沖擊、加速度、振動(dòng)、砂塵、太陽輻射、鹽霧、淋雨、爆炸性大氣和噪聲等。各標(biāo)準(zhǔn)對(duì)應(yīng)的環(huán)境適應(yīng)性要求提出形式分類如表2所示。同時(shí)，通過對(duì)航空電子設(shè)備實(shí)際使用試驗(yàn)中所經(jīng)歷的自然環(huán)境和平臺(tái)環(huán)境分析，并在參考美國軍用標(biāo)準(zhǔn)、中國國家標(biāo)準(zhǔn)、中國國家軍用標(biāo)準(zhǔn)等相關(guān)資料基礎(chǔ)上，綜合地理環(huán)境、理化環(huán)境、氣候環(huán)境和平臺(tái)環(huán)境，給出了各環(huán)境因素與導(dǎo)致航空電子設(shè)備故障的故障模式關(guān)系矩陣，具體關(guān)系矩陣見表3。

將表2中的梳理結(jié)果按涉及到的環(huán)境因子進(jìn)行歸類統(tǒng)計(jì)分析，得到航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求分類統(tǒng)計(jì)表，如表4所示。

通過對(duì)當(dāng)前現(xiàn)行航空電子設(shè)備通用規(guī)范系列軍標(biāo)梳理分析，我們可以看到在相關(guān)的航空電子設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范中，都對(duì)設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性提出了明確的要求，反映出各方都比較關(guān)注環(huán)境對(duì)航空電子設(shè)備性能的影響。但對(duì)于環(huán)境適應(yīng)性各具體環(huán)境要素的提法層次不齊，有的詳細(xì)具體，有的以主觀的定性評(píng)價(jià)為主，重視程度依據(jù)各航空電子設(shè)備的特點(diǎn)各有不同。

航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求的提出形式，●類和○類兩種形式在當(dāng)前的裝備通用規(guī)范類和標(biāo)準(zhǔn)中都存在。其中，針對(duì)航空電子設(shè)備提出的環(huán)境適應(yīng)性要求以○類形式居多。以砂塵要求為例，在24份標(biāo)準(zhǔn)中，有16份標(biāo)準(zhǔn)振動(dòng)要求屬于○類，占總數(shù)的66.7%。同時(shí)，進(jìn)一步分析得出，在近幾年頒布的新國軍標(biāo)中，對(duì)航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的具體要求主要是以○類（通過某項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)）形式為主，反映出對(duì)裝備的環(huán)境適應(yīng)性重視程度越來越高，明確要求開展具體的環(huán)境試驗(yàn)去考核評(píng)估，保證裝備的良好環(huán)境適應(yīng)性。

表4：航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求分析統(tǒng)計(jì)

4 航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求分析

針對(duì)目前國軍標(biāo)中針對(duì)航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的具體要求規(guī)范，開展分析：

●類：要求航空電子設(shè)備在某種具體的環(huán)境條件下能夠?qū)崿F(xiàn)正常的工作或貯存。

在實(shí)際的工程應(yīng)用中，對(duì)于航空電子設(shè)備的具體裝備采購方和使用方而言，他們更關(guān)注裝備在真實(shí)的外場(chǎng)具體使用環(huán)境下能夠?qū)崿F(xiàn)正常工作或者貯存，也就是說只要能夠滿足實(shí)戰(zhàn)情況下的使用需求即可以。所以對(duì)于裝備采購方和使用方來說，比較偏向采用該類環(huán)境要求提出形式。這種環(huán)境適應(yīng)性要求提法，對(duì)于采購方及使用方來說所要承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)要??；并且在實(shí)際的外場(chǎng)環(huán)境評(píng)價(jià)工作中，這種環(huán)境要求提法留給環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)方更大的操作空間開展環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)。但對(duì)于裝備供應(yīng)方來說，為了能夠滿足使裝備具有良好的環(huán)境適應(yīng)性這個(gè)要求，需要從設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)、飛行試驗(yàn)各個(gè)階段去策劃具體的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、驗(yàn)證與評(píng)價(jià)工作，需要花費(fèi)大量的精力和工作量去實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，相對(duì)壓力和承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)更大。

○類：要求航空電子設(shè)備能夠通過某項(xiàng)環(huán)境試驗(yàn)。

在具體規(guī)劃的環(huán)境試驗(yàn)中，對(duì)于航空電子設(shè)備的供應(yīng)方來說，這樣的環(huán)境適應(yīng)性要求具體明確。依據(jù)現(xiàn)行的GJB150A中給出的相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)的具體實(shí)施辦法，開展相關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)，根據(jù)試驗(yàn)的實(shí)際情況可以很方便、很直觀的給出航空電子設(shè)備是否滿足相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)要求。這類環(huán)境適應(yīng)性要求的驗(yàn)證易于實(shí)施，且對(duì)于供應(yīng)方來說其所要承擔(dān)的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)于第一類要求提法來說要小很多。因而對(duì)于裝備的供應(yīng)方來說，他們更偏向采用該類環(huán)境要求作為開展環(huán)境試驗(yàn)及評(píng)估的依據(jù)。但對(duì)于航空電子設(shè)備采購方和實(shí)際的使用方而言，雖然開展了相關(guān)的環(huán)境試驗(yàn)，但畢竟航空電子設(shè)備在環(huán)境試驗(yàn)中所經(jīng)歷的環(huán)境剖面與外場(chǎng)實(shí)際使用環(huán)境剖面存在一定的差異，外場(chǎng)的真實(shí)環(huán)境更多的是一種組合疊加的環(huán)境應(yīng)力影響。因此，采用通過環(huán)境試驗(yàn)來判斷裝備環(huán)境適應(yīng)性是否達(dá)到部隊(duì)使用需求，存在一定的風(fēng)險(xiǎn)，而且從近幾年航空電子設(shè)備外場(chǎng)飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)以及外場(chǎng)故障模式分析結(jié)果來看，也印證了這種擔(dān)憂。

通過分析我們可以得出，航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求的各種提出形式都有其合理和不足之處。其中，GJB4239《裝備環(huán)境工程通用要求》作為開展裝備環(huán)境試驗(yàn)工作的依據(jù)文件，對(duì)其環(huán)境適應(yīng)性要求的提出主要包括：a、確定裝備的壽命期剖面；b、編制使用環(huán)境文件；c、確定環(huán)境類型及其量值，系統(tǒng)的分析各種環(huán)境對(duì)裝備性能、安全性及可靠性等的影響，確定關(guān)鍵因素。從GJB4239以及航空電子設(shè)備國軍標(biāo)對(duì)環(huán)境適應(yīng)性要求提出過程可以看出，環(huán)境適應(yīng)性要求主要還是以●類要求為基礎(chǔ)、為需求，結(jié)合○類要求開展相關(guān)的環(huán)境適應(yīng)性分析評(píng)價(jià)工作。

由于影響航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性的環(huán)境因素很多，在裝備設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)等階段，對(duì)所有環(huán)境因素均采用一種考核方式或提出統(tǒng)一的評(píng)價(jià)要求是不可能的也是沒有必要的，但對(duì)航空電子設(shè)備工作性能影響較大的環(huán)境因素必須充分考慮如何給出科學(xué)合理的環(huán)境適應(yīng)性要求。

綜上所述，明確航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求需要首先確定要求航空電子設(shè)備在何種環(huán)境中具有適應(yīng)性，也就是確定在某種環(huán)境下能正常工作或貯存。而評(píng)價(jià)航空電子設(shè)備是否具有好的環(huán)境適應(yīng)性，最直接的方式是將航空電子設(shè)備在實(shí)際使用環(huán)境中進(jìn)行使用，即通過在飛行試驗(yàn)階段以及部隊(duì)領(lǐng)先使用期間，規(guī)劃各類典型環(huán)境剖面，充分考核航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力，通過實(shí)際飛行試驗(yàn)及使用給出裝備的環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)結(jié)果。同時(shí)，為了避免試飛驗(yàn)證周期過長(zhǎng)，可結(jié)合采用環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證，在明確航空電子設(shè)備在何種條件下能夠正常工作和貯存的基礎(chǔ)上，提出裝備在環(huán)境試驗(yàn)中需要達(dá)到的指標(biāo)要求。

5 結(jié)論

本文通過對(duì)涉及航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)梳理分析，給出了典型的航空電子設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性要求在各規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)中的提出方式，在一定程度上反映了當(dāng)前環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)工作的發(fā)展現(xiàn)狀。建議在裝備環(huán)境工程工作中進(jìn)一步提高對(duì)裝備環(huán)境適應(yīng)性的重視程度，通過提高在飛行試驗(yàn)和部隊(duì)領(lǐng)先使用中對(duì)裝備環(huán)境適應(yīng)性評(píng)價(jià)的比重，更好的評(píng)價(jià)和提升航空電子設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力。