發(fā)射設(shè)備試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)探討

高強 葉紅菲 李敏

（北京航天發(fā)射技術(shù)研究所，北京，100076）

發(fā)射設(shè)備是由底盤、液壓系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)、調(diào)溫系統(tǒng)、發(fā)射臺、發(fā)射筒等產(chǎn)品組成的復(fù)雜系統(tǒng)，直接參與火箭運輸、起豎、發(fā)射等任務(wù)。從論證階段開始到退役的全壽命周期內(nèi)，需要進行一系列試驗來發(fā)現(xiàn)設(shè)計和工藝不足、材料的潛在缺陷。試驗是驗證設(shè)計準(zhǔn)確性、考核產(chǎn)品功能性能、環(huán)境適應(yīng)性、可靠性等是否達到規(guī)定要求的重要手段。

試驗標(biāo)準(zhǔn)是試驗工作的依據(jù)，可分為試驗基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)、試驗管理標(biāo)準(zhǔn)，試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等[1]。試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)是技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系的重要組成部分，產(chǎn)品做哪些試驗，怎樣做試驗，怎樣模擬實際環(huán)境條件，要基于產(chǎn)品特點、使用環(huán)境、任務(wù)剖面等因素綜合分析決定。在全面推進裝備試驗鑒定標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)的背景下，梳理分析發(fā)射設(shè)備試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀，建立試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系具有重要意義。

1 發(fā)射設(shè)備試驗

按照不同劃分依據(jù)，發(fā)射設(shè)備試驗有不同的分類方法。按研制階段劃分，有方案、初樣、試樣、定型、批生產(chǎn)等階段試驗。按照試驗對象劃分，有元器件、原材料試驗，單機試驗，部組件試驗，分系統(tǒng)級和系統(tǒng)級試驗等。按照試驗性質(zhì)劃分，有原理性試驗、系統(tǒng)性試驗、鑒定性試驗和抽檢試驗等。按試驗?zāi)康膭澐?，有研究性試驗和鑒定性試驗。環(huán)境試驗包括高溫日照試驗、低溫試驗、高海拔試驗、淋雨試驗、大風(fēng)試驗、濕熱試驗、振動沖擊試驗、電磁兼容試驗、沙塵試驗、噪聲試驗等。根據(jù)通用質(zhì)量特性分為可靠性試驗、維修性試驗、測試性試驗、保障性試驗等。此外，全壽命周期的裝備試驗統(tǒng)一規(guī)范為3大類：性能試驗、作戰(zhàn)試驗和在役考核。

2 發(fā)射設(shè)備試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀

發(fā)射設(shè)備一般根據(jù)相應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)及國家軍用標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)、企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等不同層次標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進行試驗。如機動發(fā)射設(shè)備不但執(zhí)行航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，也必須遵循車輛行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范沒有覆蓋的試驗項目，一般按照產(chǎn)品試驗大綱進行。底盤、液壓系統(tǒng)、供配電、調(diào)溫系統(tǒng)等分系統(tǒng)采用的部分試驗標(biāo)準(zhǔn)包括GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗方法》、GB/T 3766—2001《液壓系統(tǒng)通用技術(shù)條件》、GJB 1488—1992《軍用內(nèi)燃機電站通用試驗方法》、GB/T 18429—2001《全封閉渦旋式制冷壓縮機》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

環(huán)境試驗包括機動運輸試驗、貯存試驗、淋雨試驗、風(fēng)環(huán)境試驗、日照高溫試驗、低溫試驗、機動性鑒定試驗、待機試驗、夜間發(fā)射鑒定試驗，采用標(biāo)準(zhǔn)包括GJB 150A—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》、GJB 805.4—1990《地地戰(zhàn)略導(dǎo)彈地面設(shè)備通用規(guī)范 環(huán)境條件及試驗方法》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

可靠性試驗項目涉及環(huán)境應(yīng)力篩選試驗、可靠性增長試驗、可靠性鑒定試驗、可靠性驗收試驗、壽命試驗、維修性試驗、保障性試驗、測試性試驗等，采用標(biāo)準(zhǔn)包括QJ 3138—2001《航天產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選試驗指南》、GJB 899A—2009《可靠性鑒定和驗收試驗》、GJB 450A—2004《裝備可靠性工作通用要求》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。通過以上分析可以看出：

a）隨著裝備研制經(jīng)驗的積累，現(xiàn)已制定了大量有關(guān)裝備試驗技術(shù)方面的標(biāo)準(zhǔn)，基本覆蓋發(fā)射設(shè)備功能性能試驗、環(huán)境試驗和可靠性試驗等。

b）發(fā)射設(shè)備單機和分系統(tǒng)產(chǎn)品多執(zhí)行國家標(biāo)準(zhǔn)、國家軍用標(biāo)準(zhǔn)以及車輛、機械等行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)；環(huán)境試驗和可靠性試驗多執(zhí)行國家軍用標(biāo)準(zhǔn)和航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

c）環(huán)境試驗標(biāo)準(zhǔn)和可靠性試驗標(biāo)準(zhǔn)大多數(shù)是頂層標(biāo)準(zhǔn)和通用規(guī)范，并不是專門針對發(fā)射設(shè)備，給出的是一般性的指南，沒有對試驗流程、測試細節(jié)等進行詳細說明，在參考這些標(biāo)準(zhǔn)制訂試驗方案時主觀性大。如GJB 899A—2009 內(nèi)容涵蓋地面固定設(shè)備、地面移動設(shè)備、艦載設(shè)備等6 種類型產(chǎn)品，需要結(jié)合發(fā)射設(shè)備的特點對標(biāo)準(zhǔn)中適用的章節(jié)進行剪裁使用。

d）發(fā)射設(shè)備試驗鑒定工作在原來側(cè)重性能試驗的基礎(chǔ)上，增加作戰(zhàn)試驗和在役考核兩個階段的試驗要求，目前尚無明確的發(fā)射設(shè)備試驗鑒定標(biāo)準(zhǔn)，不能完全滿足試驗鑒定的需求。

3 關(guān)于試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的建議

3.1 選用合適的試驗標(biāo)準(zhǔn)

試驗標(biāo)準(zhǔn)是一種依據(jù)或準(zhǔn)則，是對產(chǎn)品試驗方法、試驗過程的界定，是產(chǎn)品試驗的基準(zhǔn)。在實際應(yīng)用過程中，要熟悉標(biāo)準(zhǔn)本身的內(nèi)容，根據(jù)設(shè)備的使用工況，選擇合適的標(biāo)準(zhǔn)，若已有標(biāo)準(zhǔn)不適用，就不能按照標(biāo)準(zhǔn)照搬執(zhí)行，要做好標(biāo)準(zhǔn)的裁剪、細化工作。以下從平順性脈沖輸入行駛試驗、試驗產(chǎn)品數(shù)量、單機產(chǎn)品成熟度評定等3個實例說明發(fā)射設(shè)備應(yīng)選用合適的標(biāo)準(zhǔn)。

3.1.1 平順性脈沖輸入行駛試驗

多年來機動發(fā)射設(shè)備一直根據(jù)GB/T 5902—1986《汽車平順性脈沖輸入行駛試驗方法》進行平順性評價，采用高120mm，高寬比為0.2 的三角形凸塊作為輸入激勵。三角形凸塊激勵強度較小，與發(fā)射設(shè)備實際所受到的路面沖擊不符。美軍戰(zhàn)術(shù)車輛采用半圓形凸塊來模擬實際路面沖擊，高寬比為0.5，輸入激勵強度更大，能更好模擬路面的沖擊載荷[2]。平順性脈沖輸入行駛試驗標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)已修訂為GB/T 4970—2009《汽車平順性試驗方法》，規(guī)定三角形凸塊的高度應(yīng)根據(jù)產(chǎn)品使用特點來確定。

3.1.2 試驗產(chǎn)品數(shù)量

設(shè)計定型試驗中底盤試驗產(chǎn)品數(shù)量如何確定，一直存在爭議。GJB 4527—2002《軍用越野汽車設(shè)計定型試驗規(guī)程》規(guī)定，對于基型車，試驗樣車數(shù)量3 輛～5 輛；GJB 1106A—2012《軍用專用車輛定型試驗規(guī)程》規(guī)定采用全新設(shè)計底盤的軍用專用車輛，試驗樣車數(shù)量不少于4 輛，對于計劃裝備數(shù)量較少的軍用專用車輛，經(jīng)定型委員會批準(zhǔn)后可對試驗樣車數(shù)量進行調(diào)整。大型機動發(fā)射設(shè)備不同于越野汽車和一般的軍用車輛等生產(chǎn)數(shù)量大的裝備，其單件產(chǎn)品價值高，數(shù)量往往不能完全按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行，需要由承制方與訂購方根據(jù)實際情況商定。

3.1.3 單機產(chǎn)品成熟度評定

在進行宇航單機產(chǎn)品成熟度評定時，QJA 53—2010《宇航單機產(chǎn)品成熟度定級規(guī)范》規(guī)定以火箭飛行試驗次數(shù)來評估?；鸺饕\行在大氣層外，工作時間短、一次性使用；發(fā)射設(shè)備與火箭不同，工作時間長、多次使用，僅以飛行試驗次數(shù)不能完全反映發(fā)射設(shè)備產(chǎn)品成熟度等級，應(yīng)根據(jù)使用特點制定適合發(fā)射設(shè)備產(chǎn)品成熟度的評定標(biāo)準(zhǔn)[3]。

3.2 制定滿足實際使用條件的試驗規(guī)范

3.2.1 制定有針對性的環(huán)境試驗方案

某發(fā)射設(shè)備按試驗標(biāo)準(zhǔn)進行了4h 極限高溫試驗，試驗溫度和時間均滿足試驗要求，試驗期間設(shè)備沒有發(fā)生故障；然而在低于極限高溫條件下，設(shè)備連續(xù)使用超過4h，問題頻發(fā)，說明試驗條件沒有完全涵蓋實際工況，高溫試驗并不充分，在較高溫度下長時間使用的性能沒有得到考核。同樣，只有試驗室淋雨試驗條件和自然雨天環(huán)境試驗條件等效，試驗室淋雨試驗才能替代自然雨天環(huán)境試驗，才能有效考核發(fā)射設(shè)備在雨天環(huán)境下的功能性能。因此要根據(jù)設(shè)備使用實際環(huán)境，制定有針對性的環(huán)境試驗方案進行試驗考核。

3.2.2 根據(jù)產(chǎn)品使用工況確定試驗項目

不同于安裝在地面上的固定式油箱，安裝在移動發(fā)射設(shè)備上的油箱，不能僅僅做耐壓試驗，還應(yīng)進行振動疲勞試驗，模擬油箱在不同路面的受力工況，考核長時間運輸工況下焊縫處是否會出現(xiàn)滲油現(xiàn)象。

3.2.3 不同設(shè)備采用不同試驗條件

不同機動發(fā)射裝置所受的動力學(xué)環(huán)境不同，如不同的懸架系統(tǒng)、不同型號的輪胎、產(chǎn)品在發(fā)射裝置上不同的安裝位置、發(fā)射裝置不同的行駛速度、不同的道路等級等因素，使發(fā)射裝置上的設(shè)備振動激勵輸入幅值和頻率不同，這些設(shè)備需要根據(jù)實際情況采用不同的振動試驗條件，或者振動試驗條件能涵蓋這些不同的工況。

3.2.4 不同試驗對象采用不同的試驗標(biāo)準(zhǔn)

以供配電系統(tǒng)振動試驗為例，元器件、板級、單機級、系統(tǒng)級都要進行振動試驗，振動試驗條件制定依據(jù)GJB 1032—1990《電子產(chǎn)品環(huán)境應(yīng)力篩選方法》、QJ 3127—2000《航天產(chǎn)品可靠性增長試驗指南》、GJB 899A—2009《可靠性鑒定和驗收試驗》、GJB 150.16A—2009《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》等。每個標(biāo)準(zhǔn)都有其適用范圍，如振動方向、時間、幅值、頻率等參數(shù)不同，元器件、板級、單機級等不同試驗對象的功能性能試驗、可靠性試驗、環(huán)境試驗等所采用試驗參數(shù)也就不同。

3.3 形成發(fā)射設(shè)備試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系

3.3.1 制訂覆蓋重要單點故障環(huán)節(jié)的試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

對發(fā)射設(shè)備進行單點故障分析，充分進行可靠性試驗。如發(fā)射設(shè)備上一根液壓管路發(fā)生故障，其影響結(jié)果各不相同。若發(fā)生在車間，則重新更換一根，只是影響工作時間；若發(fā)生在公路上，更換一根管路需要1h，可能會造成堵車等嚴(yán)重社會影響；若發(fā)生在發(fā)射陣地，則無法進行火箭起豎發(fā)射，直接影響發(fā)射時間。因此應(yīng)制訂包括管路在內(nèi)的發(fā)射設(shè)備重要單點故障環(huán)節(jié)的試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。對于因設(shè)備屬性、資源代價約束等確實無法消除的單點故障環(huán)節(jié)，應(yīng)采取可靠性、安全性設(shè)計措施降低風(fēng)險至可接受水平。

3.3.2 細化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的試驗項目

根據(jù)產(chǎn)品故障模式，細化標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的試驗項目。如液壓管路接頭有爆裂、滲漏、松動等不同故障模式，針對管路接頭爆裂和滲漏的故障模式，需要進行壓力密封試驗考核；針對管路接頭松動的故障模式，需要模擬實際安裝工況，在試驗臺進行管路接頭振動疲勞試驗或在公路上進行運輸試驗考核。

3.3.3 不斷完善試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

隨著電驅(qū)動等新技術(shù)應(yīng)用于發(fā)射設(shè)備，試驗方案隨之更新發(fā)展。根據(jù)產(chǎn)品工作方式、工作環(huán)境、工作機理，按照專業(yè)試驗標(biāo)準(zhǔn)進行試驗，對應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范應(yīng)及時制訂和修訂。以電驅(qū)動發(fā)射設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范為例，電驅(qū)動發(fā)射設(shè)備與傳統(tǒng)機械驅(qū)發(fā)射設(shè)備試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求一致的不再重新規(guī)定，執(zhí)行現(xiàn)有傳統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)；與傳統(tǒng)發(fā)射設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)沒有抵觸只是針對電驅(qū)動發(fā)射設(shè)備特殊方面增加少量內(nèi)容，修訂原有標(biāo)準(zhǔn)，補充相關(guān)內(nèi)容；對電驅(qū)動發(fā)射設(shè)備特有，不能與傳統(tǒng)機械驅(qū)發(fā)射設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)通用，要單獨制定標(biāo)準(zhǔn)。

根據(jù)發(fā)射設(shè)備高可靠性和大范圍環(huán)境適應(yīng)性要求的使用特點，在任務(wù)剖面分析基礎(chǔ)上，對發(fā)射設(shè)備試驗依據(jù)、試驗?zāi)康?、試驗項目、試驗條件及設(shè)備、試驗程序與方法等進一步研究，將研制經(jīng)驗轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，逐步形成通用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和專用技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)相結(jié)合的發(fā)射設(shè)備試驗技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系和基于標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的試驗方法，為提升發(fā)射設(shè)備研制水平提供強有力的支撐。