低氣壓（高度）試驗(yàn)新舊標(biāo)準(zhǔn)差異對比與分析

肖偉，張澤文，王珊，鄭明根，胡方慧

（中國電子科技集團(tuán)公司第五十二研究所，杭州 311121）

引言

低氣壓（高度）試驗(yàn)是為了測試元器件、組件、裝備在高原或者機(jī)載環(huán)境下能否正常貯存和工作的重要試驗(yàn)手段。通過該試驗(yàn)，可以提前發(fā)現(xiàn)元器件封裝鼓包，殼體破裂問題，避免產(chǎn)品功能失效，甚至機(jī)毀人亡的嚴(yán)重事故。

隨著新標(biāo)準(zhǔn)GJB 150.2A的實(shí)施，對低氣壓（高度）試驗(yàn)從試驗(yàn)前的準(zhǔn)備、試驗(yàn)過程的數(shù)據(jù)采集、試驗(yàn)后的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析全過程進(jìn)行了細(xì)化、明確，更貼近產(chǎn)品的實(shí)際使用狀態(tài)，使得試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)、有效。

1 新舊標(biāo)準(zhǔn)的區(qū)別

GJB 150.2A-2009（以下簡稱新標(biāo)準(zhǔn)）與GJB150.2-1986（以下簡稱舊標(biāo)準(zhǔn)）的有關(guān)差異區(qū)別表如表1。

表1 新舊標(biāo)準(zhǔn)差異對照表

通過表1，可以看出新舊標(biāo)準(zhǔn)在以下六個(gè)方面發(fā)生了比較大的變化：

1.1 試驗(yàn)?zāi)康牡牟顒e

新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)?zāi)康拿鞔_了專指常溫下裝備的相關(guān)試驗(yàn)，且是一個(gè)單一的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。如某些外掛裝備，它還存在低溫結(jié)霜的低氣壓的復(fù)雜試驗(yàn)，就不能簡單的依靠本標(biāo)準(zhǔn)來模擬真實(shí)的環(huán)境，需要更換成GJB 150.24A[3]的試驗(yàn)（該標(biāo)準(zhǔn)為溫度、濕度、振動(dòng)、高度的綜合試驗(yàn)）。老標(biāo)準(zhǔn)未對此項(xiàng)試驗(yàn)的溫度要求做說明。

新標(biāo)準(zhǔn)將低氣壓的條件分成了低氣壓貯存、工作及快速減壓三個(gè)方面，并對三方面的考核要求進(jìn)行了細(xì)化和明確。

1.2 適用范圍的差別

老標(biāo)準(zhǔn)只規(guī)定僅可考核飛機(jī)增壓艙內(nèi)運(yùn)輸?shù)脑O(shè)備及高海拔地區(qū)安裝和工作的裝備，不適用于飛機(jī)外掛[2]。

新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定既可考核飛機(jī)增壓中運(yùn)輸或工作的裝備，也可考核非增壓艙中運(yùn)輸或工作的裝備；另外，還可考核暴露于快速減壓（該要求是基于飛機(jī)結(jié)構(gòu)未發(fā)生損壞的情況下，艙門密封失效；或者帶有壓力調(diào)節(jié)閥的組件，調(diào)節(jié)閥失效；飛機(jī)擋風(fēng)玻璃破碎等異常情況）或爆炸減壓（該要求是基于機(jī)身出現(xiàn)大的裂縫或爆炸，引發(fā)解體的嚴(yán)重情況）環(huán)境中的裝備以及飛機(jī)外部掛飛的裝備，新標(biāo)準(zhǔn)兩個(gè)試驗(yàn)的擴(kuò)展和細(xì)化，對飛機(jī)可能面臨的所有場景進(jìn)行了全覆蓋。新標(biāo)準(zhǔn)的考核范圍更加細(xì)化，并擴(kuò)展了標(biāo)準(zhǔn)的適用裝備，同時(shí)增加了限制條件，明確規(guī)定不能適用本標(biāo)準(zhǔn)的裝備類型（超過30 000 m的航天器、飛機(jī)或?qū)梉2]等），使得新標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用范圍更加準(zhǔn)確。

1.3 試驗(yàn)條件的差別

新標(biāo)準(zhǔn)中程序Ⅰ和程序Ⅱ所規(guī)定的試驗(yàn)條件分別與老標(biāo)準(zhǔn)中貯存和工作試驗(yàn)所規(guī)定的試驗(yàn)條件基本相同，僅壓力變化速率存在一些差別（從老標(biāo)準(zhǔn)的小于等于10 kPa/min更改為新標(biāo)準(zhǔn)的10 m/s，新標(biāo)準(zhǔn)的要求嚴(yán)于老標(biāo)準(zhǔn)的要求。）。

新標(biāo)準(zhǔn)中程序Ⅲ——快速減壓與老標(biāo)準(zhǔn)中快速減壓試驗(yàn)起始壓力不同：新標(biāo)準(zhǔn)為75.2 kPa（2 438 m），老標(biāo)準(zhǔn)為57 kPa（4 550 m）。新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件范圍變化更大，且提出了剪裁指南，對于不同的裝備，分析不同用途和不同任務(wù)剖面后，通過剪裁指南選定合適的試驗(yàn)條件。剪裁指南的提出和應(yīng)用有利于減輕裝備的過實(shí)驗(yàn)情況，使得試驗(yàn)更加接近裝備的實(shí)際使用狀態(tài)。

新標(biāo)準(zhǔn)另外規(guī)定了程序Ⅳ——爆炸減壓，并對其試驗(yàn)條件做出了具體規(guī)定，即起始壓力為：75.2 kPa，最終壓力為：18.8 kPa（12 192 m），壓力從75.2 kPa降至18.8 kPa試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)不大于0.1 s和更短時(shí)間，而老標(biāo)準(zhǔn)沒有此試驗(yàn)程序。

新標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)條件變化范圍更大，對于不同的產(chǎn)品，根據(jù)其不同用途和不同任務(wù)剖面，通過剪裁選定試驗(yàn)條件，使試驗(yàn)更加接近產(chǎn)品的真實(shí)使用狀態(tài)，試驗(yàn)結(jié)果更加真實(shí)可信。

1.4 試驗(yàn)程序的差別

新標(biāo)準(zhǔn)較老標(biāo)準(zhǔn)而言，增加了爆炸減壓程序（該程序與快速減壓除了減壓速率更高外，其余要求與快速減壓程序相同），同時(shí)對老標(biāo)準(zhǔn)的程序Ⅱ低氣壓工作做了調(diào)整，增加了機(jī)外掛飛設(shè)備的考核程序。

新標(biāo)準(zhǔn)對試驗(yàn)前、試驗(yàn)中、試驗(yàn)后的要求做了更加細(xì)致的闡述。在試驗(yàn)前根據(jù)裝備的實(shí)際適用環(huán)境，必須做好策劃，明確好使用的設(shè)備和儀器、試驗(yàn)程序 、試件內(nèi)部關(guān)鍵部件和組件（必要時(shí)）、試件技術(shù)狀態(tài)、試驗(yàn)量值、持續(xù)時(shí)間、應(yīng)力施加方式、試件安裝要求（包括安裝準(zhǔn)備、方向、連接方式等）、冷卻措施（必要時(shí)）各項(xiàng)參數(shù)的值及要求，根據(jù)上述的要求提前進(jìn)行剪裁準(zhǔn)備。在試驗(yàn)中除了收集壓力、高度等試驗(yàn)數(shù)據(jù)，還要從裝備的角度收集產(chǎn)品的性能數(shù)據(jù)參數(shù)與時(shí)間響應(yīng)變化的參數(shù)，更加注重試驗(yàn)數(shù)據(jù)的積累及應(yīng)用。

新標(biāo)準(zhǔn)在試驗(yàn)組織實(shí)施和角色協(xié)調(diào)方面，更加強(qiáng)調(diào)了第三方實(shí)驗(yàn)室環(huán)境工程專家的作用，因此在實(shí)驗(yàn)前，需要從裝備的技術(shù)狀態(tài)、裝備的用途、裝備的保障要求、工作要求多方面全面完整的了解試件關(guān)鍵技術(shù)，環(huán)境工程專家再結(jié)合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，找到技術(shù)的突破點(diǎn)，根據(jù)裝備壽命期內(nèi)低氣壓環(huán)境出現(xiàn)的階段，分析環(huán)境效應(yīng)，如熱效應(yīng)、物理效應(yīng)等，從而制定有針對性的試驗(yàn)順序及有較好操作性的試驗(yàn)方案，最終根據(jù)試驗(yàn)過程中的數(shù)據(jù)，試驗(yàn)結(jié)束后對全過程中的所有信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對裝備的數(shù)據(jù)規(guī)律進(jìn)行總結(jié)和深入探究，科學(xué)判定裝備是否滿足要求，從而達(dá)到滿足裝備低氣壓試驗(yàn)的有效性和真實(shí)性，老標(biāo)準(zhǔn)則只是單純的給出了試件合格的判據(jù)，對試驗(yàn)數(shù)據(jù)的利用不關(guān)注。

1.5 信息要求的差別

新標(biāo)準(zhǔn)對信息收集的要求更加全面，除了試件標(biāo)識、試驗(yàn)設(shè)備標(biāo)識 、實(shí)際試驗(yàn)順序、與試驗(yàn)大綱的偏離及說明、試驗(yàn)中監(jiān)控試件的性能參數(shù)（必要時(shí)應(yīng)提供照片）、定期記錄的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)環(huán)境條件、試驗(yàn)中斷記錄及處理結(jié)果（如發(fā)生時(shí)）、初步的失效分析（必要時(shí)）、確認(rèn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)有效的人員簽名及日期，還增加了收集試件已經(jīng)完成的試驗(yàn)項(xiàng)目的高度與壓力的數(shù)據(jù)，為后續(xù)裝備的改進(jìn)提升試驗(yàn)的剪裁提供了原始的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，同時(shí)還要求收集時(shí)間與壓力的數(shù)據(jù)，注重試驗(yàn)過程的控制及可追溯性，新標(biāo)準(zhǔn)更加從裝備的角度來而不是單純的環(huán)境角度策劃試驗(yàn)的全過程實(shí)現(xiàn)，新標(biāo)準(zhǔn)收集的信息更加全面。

一個(gè)完整的低氣壓（高度）試驗(yàn)一般應(yīng)包括準(zhǔn)備工作、試驗(yàn)過程、試驗(yàn)結(jié)束三個(gè)過程，每個(gè)階段的實(shí)施要求詳見圖1。

圖1 試驗(yàn)實(shí)施流程及要求

1.6 試驗(yàn)中斷的差別

低氣壓是一種特殊的環(huán)境試驗(yàn)，電子元器件/組件在低氣壓環(huán)境下，其散熱、電性能、密閉性等多種功能性能會(huì)受到影響，如果試驗(yàn)過程中出現(xiàn)了中斷，對器件的欠試驗(yàn)考核，不能完全的考核元器件/組件的低氣壓承受能力，不能提前發(fā)現(xiàn)并解決問題。新標(biāo)準(zhǔn)明確規(guī)定了試驗(yàn)過程中不能中斷，以達(dá)到所需要的效果，說明新標(biāo)準(zhǔn)更加注重對于試驗(yàn)過程的控制，更加重視試驗(yàn)的真實(shí)性。

2 新標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施注意事項(xiàng)

2.1 試驗(yàn)方法的選擇

選擇該項(xiàng)試驗(yàn)的前提是裝備在壽命周期內(nèi)將會(huì)遇到低氣壓（高度）的環(huán)境，且低氣壓環(huán)境將會(huì)對裝備產(chǎn)生不利影響，主要影響包括但不限于密封墊密封的殼體漏氣、漏液 ；低密度材料的物理和化學(xué)性能發(fā)生變化；潤滑劑蒸發(fā)；發(fā)動(dòng)機(jī)的啟動(dòng)和工作異常；真空密封失效；電弧或電暈放電，造成裝備失靈或工作不穩(wěn)定……

試驗(yàn)開始前，根據(jù)裝備的研制協(xié)議確定試驗(yàn)程序、試驗(yàn)高度、試驗(yàn)變化速率、持續(xù)時(shí)間、試驗(yàn)參數(shù)[2]等要求，在試驗(yàn)前完成試驗(yàn)條件的數(shù)據(jù)裁剪。

2.2 試驗(yàn)順序的選擇

若使用同一試驗(yàn)件進(jìn)行一系列環(huán)境試驗(yàn),低氣壓試驗(yàn)一般安排在試驗(yàn)順序早期，因?yàn)樵撛囼?yàn)對裝備的影響相對較小。若要考慮其他環(huán)境試驗(yàn)對裝備低氣壓試驗(yàn)效果的影響，此試驗(yàn)應(yīng)安排在這些試驗(yàn)后進(jìn)行：

1）考核裝備的密封性，低溫和高溫應(yīng)安排在低氣壓試驗(yàn)之前；

2）考核裝備結(jié)構(gòu)完整性，力學(xué)（如振動(dòng)、沖擊）試驗(yàn)應(yīng)安排在低氣壓試驗(yàn)之前；

3）考核非金屬零部件的強(qiáng)度，高溫老化試驗(yàn)應(yīng)安排在低氣壓試驗(yàn)之前。

2.3 樣品預(yù)處理

該項(xiàng)試驗(yàn)裝備置于一個(gè)負(fù)壓環(huán)境下，試驗(yàn)過程中，試驗(yàn)箱無法開門進(jìn)行測試，因此產(chǎn)品的上電無法通過產(chǎn)品自帶的開關(guān)正常上電，試驗(yàn)前需對開關(guān)進(jìn)行改裝，將開關(guān)通過延長線引至試驗(yàn)箱外。同時(shí)一些按鍵的測試在該試驗(yàn)中也需要等效測試方法進(jìn)行測試或者置于高原環(huán)境進(jìn)行測試。

由于軍用裝備有電磁兼容性要求，因此產(chǎn)品的線纜外部往往都套有EMC網(wǎng)狀屏蔽套，該線纜直接通過測試孔連接至試驗(yàn)箱外，網(wǎng)狀間隙的存在會(huì)導(dǎo)致測試孔附近存在漏氣的情況，影響試驗(yàn)結(jié)果甚至導(dǎo)致試驗(yàn)的失?。鈺?huì)導(dǎo)致試驗(yàn)箱內(nèi)部的氣壓無法達(dá)到預(yù)定的值），因此實(shí)驗(yàn)前必須對產(chǎn)品線纜做臨時(shí)改動(dòng)，避免網(wǎng)狀間隙的存在。

2.4 試驗(yàn)的安全防護(hù)

該項(xiàng)試驗(yàn)過程中，尤其是快速減壓和爆炸減壓試驗(yàn)，這兩項(xiàng)試驗(yàn)都是在極短的時(shí)間內(nèi)，讓氣壓快速變化。裝備在試驗(yàn)過程中可能會(huì)出現(xiàn)碎裂或者爆炸的故障，整個(gè)試驗(yàn)過程中要注意人身安全的防護(hù)。

從新舊標(biāo)準(zhǔn)的名稱來看，新標(biāo)準(zhǔn)更加注重“實(shí)驗(yàn)室”的數(shù)據(jù)效果，通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)策劃、具體實(shí)施、數(shù)據(jù)采集來獲取更加貼近實(shí)裝的信息，使得實(shí)驗(yàn)室的結(jié)果更加科學(xué)，更加真實(shí)有效。

新版標(biāo)準(zhǔn)的指導(dǎo)性和可操作性有了極大的提高，更加貼近實(shí)際，提出了剪裁原則和方法，從試驗(yàn)?zāi)康拈_始到試驗(yàn)結(jié)束，進(jìn)行了全過程的梳理，加強(qiáng)了數(shù)據(jù)采集和裝備實(shí)裝情況的指標(biāo)裁剪要求，對企業(yè)提出了更高的要求。產(chǎn)品質(zhì)量是設(shè)計(jì)出來的，需要企業(yè)在設(shè)計(jì)開始前，就必須了解裝備的全壽命周期內(nèi)可能碰到的所有環(huán)境，只有這樣才能讓企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

3 結(jié)束語