彭望舒，张晓娟

(中国直升机设计研究所，综合技术研究室，江西 景德镇 333001)

直升机机载产品高温环境试验方法研究及应用分析

彭望舒，张晓娟

(中国直升机设计研究所，综合技术研究室，江西 景德镇 333001)

分析了GJB150.3A与GJB150.3的高温试验程序的主要区别，阐述了GJB150.3A中采用日循环的原因，对试验程序的适用对象进行深入分析，并以陆航某新机天线为例，详细说明了该试验方法的应用，并就高温试验程序在直升机型号中应用存在的问题进行了分析说明。

高温环境试验；GJB150.3A；适用对象；工程应用

0 引言

高温环境可能改变机载产品的结构、物理性能与电气性能，是造成产品发生故障的主要环境因素之一。图1与图2分别为各种环境应力中温度所占的比重以及高温应力在温度影响中所占的比重。而实验室高温环境试验是目前用以验证机载产品高温环境适应性的主要方法，开展高温环境试验以评价在高温环境下运输、贮存及使用期间机载产品结构、功能及性能的完整性，确保机载产品的高温环境适应性满足规定的要求。

在GJB150A[1]颁布以前，我国军用直升机机载产品开展高温环境试验主要按GJB150标准执行，自2009年GJB150A颁布以来，为了使试验更加合理、准确、精细，国内新研直升机型号均采用GJB150A作为开展环境试验的依据。而在GJB150A实际使用过程中，人们对其中高温试验程序的理解与应用存在着较大的困扰。如GJB150.3A与GJB150.3高温试验程序主要变化与区别是什么，GJB150.3A为何要增加日循环贮存和日循环工作试验程序，各试验程序如何选用等，等等。这些在GJB150A中均没有明确的说明，使得人们在使用该标准时不知如何选择。下文将针对以上的困惑及在使用过程中遇到的问题进行了详细的分析与探讨。

图1 温度应力对产品的影响比重图2 高温应力对产品影响的比重

1 GJB150.3A与GJB150高温试验程序分析对比

GJB150.3[2]试验程序没有模拟温度日循环的试验程序，仅有恒定温度储存和恒定工作两个试验程序。模拟的是储存和工作环境中遇到的极端环境温度。而GJB150.3A又分别将每种试验程序分为日循环试验与恒温试验两个子程序，其具体内容(模拟环境、试验对象及特点)如表1所示。表2列出了GJB150A中高温日循环的循环数据。从表1及表2中可以看出，GJB150A要求进行极端温度日循环模拟而不是恒温极值模拟，追求更为真实的模拟方法。

表1 GJB150.3与GJB150.3A的高温试验程序

即使是相同的恒温贮存与恒温工作试验，模拟的高温环境也不尽相同，如GJB150.3贮存温度是世界干热地区1%风险的太阳诱发温度极值71℃，模拟的是由太阳辐射诱发的带壳装备内部的极端高温环境；而GJB150.3A模拟的是产品贮存在发热设备附近，由于发热设备发热而造成的高温环境，其温度为发热设备附近的实测温度，即GJB150.3与GJB150.3A中恒温贮存试验并不是一个概念。而GJB150.3与GJB150.3A中的恒定温度工作试验都是模拟平台上的诱发环境温度，即因有发热源的存在而造成的高温环境，基本上一致。

表2 GJB150.3A高温日循环

注1：这些值代表了在该种气候类型中的典型高温日循环条件。“诱发条件”是指装备在贮存或运输状态下可能暴露于其中的由日晒而加剧的空气温度条件。

注2：高温试验期间通常不必控制湿度，这些值只在特殊情况下使用。

2 GJB150.3A增加日循环试验程序的原因

在气候环境试验方法中，有完全模拟环境极值和只模拟环境效应两种。比较典型的环境效应模拟是GJB150中的盐雾试验和湿热试验，这两个试验用的温、湿度环境均不是真实模拟装备实际遇到的环境或环境极值及其组合或综合。特别是湿热试验，正常情况下，不会出现60℃和相对湿度95%的综合，只是湿热环境效应的模拟。

而GJB150.3A中规定的日循环，其模拟的是环境极值，具体地说是模拟基本热和热两种气候地区最热月中时间风险为1%的那个极值对应的那天的温度日循环。而GJB150.3模拟的是1%风险的那个极值(71℃)，模拟的是由太阳辐射诱发的带壳装备内部的极端高温环境，都可以看做极值模拟，但GJB150.3A更为真实。如日循环试验模拟的是装备实际经历71℃极值对应的日循环环境，而不是连续48h的恒定高温环境(极值温度进行长时间试验会给装备施加不切实际的热载荷)，同时日循环试验更能真实地反映湿气凝露和温度响应分布。

因此，GJB150.3A增加日循环程序的原因是为了模拟更真实的环境温度，更好地反映实际环境温度对设备的影响。

3 GJB150.3A高温试验程序的分析与应用

通过上述介绍可以看出，GJB150.3A高温试验程序包括日循环试验与恒温试验两个子程序，但在实际使用过程中如何确定高温试验程序的适用对象及对日循环中基本热和热两类气候区的数据如何应用依然是一个问题。如产品直接暴露于太阳辐射下，有无通风，有无工作，安装位置不同的条件下，其试验程序的选择也不相同。以下对GJB150.3A中的日循环数据的应用及各试验程序的主要适用对象进行详细的分析与探讨。

3.1 日循环贮存试验

因日循环贮存试验模拟的是真实的贮存环境，当机载设备在贮存环境下，其周围温升主要由太阳照射引起时，应选择日循环贮存试验。在贮存环境下，属于以下几种情况的设备应选择日循环试验：

1) 暴露于太阳照射下，装在保护性壳体中或遮蔽物下，不通风的设备。太阳对壳体和遮蔽物的辐射热效应会引起其内部空气温度的上升，内部的机载设备处于由太阳辐射引起的诱发环境温度下，如安装在不通风的罩壳内部的设备及直升机舱内的设备等。该类设备高温贮存试验应选用表2中高温日循环热区中的诱发条件进行。

2) 直接暴露在太阳照射下，即不装在保护壳体或遮蔽物下，且通风良好的设备，因空气的流通，设备的关键部件暴露在自然环境空气中，使得设备不会因太阳辐射诱发出更高的温度，如航行灯、防撞灯设备，该类设备温度储存试验应选用表2中高温日循环热区中的环境空气温度条件进行。其试验条件为热区条件。值得指出的是若太阳的照射使得受光面的升温较大，背光面则基本不升温，形成较大的温差，则日循环贮存不足以模拟该环境，需用太阳辐射试验方法中的循环热效应试验。

3) 暴露在有遮挡且通风的环境下的设备，这种暴露不受太阳直接照射，通风良好，不会产生因太阳辐射引起的温升。如位于直升机机腹下太阳照不到的设备。该类设备高温储存试验应选用表2中高温日循环热区中的环境空气温度条件进行。

3.2 恒温贮存试验

当机载设备安装在热源如发电机、发动机、功耗大的电源的附近时，该设备在不工作状态时会经受发热源造成的高温环境，该高温环境是随着发热设备的工作而变化，不取决于日循环的影响，而在试验过程中是无法模拟这种温度变化的，故而GJB150.3A中规定只需模拟其最高温度，进行恒定温度的高温贮存试验。此类设备进行高温贮存试验的试验条件(高温温度)应根据对实际环境实测的结果确定。

3.3 日循环工作试验

当机载设备本身也并不发热，也并不在发热源附近工作，其工作温度遵循日循环条件，则应采用日循环工作试验。有以下三类装备适用于日循环工作试验：

1)暴露于太阳照射，且关键工作部件没有外壳，不会因受到太阳照射而诱发很大的温升，其试验条件为热区环境空气温度；

2)暴露于有遮护且通风的环境中，不受太阳照射而诱发高温，其温度符合日循环的规律，其试验条件为热区环境空气温度；

3)暴露于阳光下，有外壳保护的设备，其关键部件会因太阳照射而产生温升，其试验条件为热区诱发条件。

3.4 恒温工作试验

安装在热源附近，其平台环境温度主要受热源的影响，不取决于日循环和阳光照射的工作设备，其内部空气温度取决于内部发热设备和冷却系统及气动加热，不受日变化温度影响，故应使用恒温工作试验，其试验条件需根据对平台环境的实测结果确定。但美军标中又有说明，如果日循环试验不方便或不适宜时，可以使用日循环测得的最高响应温度进行恒温工作试验。

3.5 高温试验程序在直升机上的应用举例

通过以上对高温试验程序及循环数据的适用对象分析，以下以安装在我国某陆航直升机上的机载天线为例介绍高温试验方法的应用，主要分以下几个步骤：

1) 确定是否进行高温试验：该型天线安装在直升机机身外部，属于机外设备，在实际的使用过程中将受到高温环境的影响，因此应选用高温试验项目对其进行考核。

2) 确定高温试验程序：该天线在直升机上的安装位置附近没有发热设备，因此无论是贮存或工作试验，均应选择日循环试验程序。

3) 确定试验条件：我国虽属于基本热气候，但GJB1172[3]中曾记录1986年7月23日，吐鲁番地区的艾丁湖气象哨出现50.6℃，吐鲁番民航机场也出现49.6℃。由于置于高气温环境中的金属壳体内部的温度比自然环境温度高出15～20℃[4]，此外基于全球作战战略的考量，应选取热气候类型；天线安装在机外，受太阳辐射，通风条件较好，应使用自然环境空气温度；贮存和工作试验时间分别为7个和3个日循环；在温度变化期间，应避免给产品造成温度冲击，其温度变化速率不应超过3℃/min；另外，天线所用材料和处理工艺对湿度环境无特殊要求，高温试验中无需控制相对湿度。

4) 确定试验顺序：天线在实际使用过程中，将会受到高温、低温、温度-高度、太阳辐射、加速度、振动、冲击、湿热、霉菌、盐雾、淋雨和砂尘等环境的影响。在这些环境当中，高温相对其他环境而言，对天线的影响较小，为了在天线损坏之前尽可能做更多的试验，从而获取更多的试验信息，高温试验应安排在早期进行。

4 高温试验存在的问题及分析

自从GJB150A颁布以来，按照新研产品使用新标准的原则，陆航某新型直升机机载产品全面使用GJB150A开展环境试验，其机载产品高温环境试验应选用的是GJB150.3A中的试验程序，由于GJB150A为剪裁标准，同时加上个人对标准理解不一的原因，GJB150.3A高温试验程序在型号使用过程中，出现了一些问题，主要问题分析如下。

4.1 对部分试验程序理解不透彻

在GJB150.3A日循环工作中，需确定设备的最高响应温度，并在最高温度响应时段使试件工作。而由于热量传递是一个不稳定的导热过程，产品中心处的温升与表面相比往往有一段滞后时间，所以设备达到最高响应温度的时段与温度循环的最高温度响应时段(即表2中日循环第15时)可能是不一致的。

但许多单位在试验过程中，往往忽略这些区别，将每个日循环的第15个小时所测得的温度视为最高响应温度，这种确定方法是不够科学与严谨的。在日循环工作中，应该使用温度传感器测量日循环中设备关键部位的温度变化，从而确定其最高响应温度。

GJB150.3A中还提出使用实测方法确定受试产品达到最高响应温度的循环数的准则，即当日循环中测得的受试产品最高响应温度与前一循环中测得的最高响应温度之差为2℃时，则认为该日循环已达到最高响应温度。且GJB150.3A中明确规定日循环工作试验的循环数应不少于3个日循环，但是当3个日循环也无法满足其最高响应温度与前一循环的最高响应温度之差为2℃这一条件时，应该继续开展日循环试验，直至达到产品的最高响应温度所需要的循环数。但许多单位往往并不开展对试验循环数的探究，而是直接使用其下限，这也是不够科学与严谨的。

4.2 试验程序执行不严谨

自GJB150A颁布以来，由于人们对其中某些程序认识得不够，或主要关注试验条件的变化，而忽略标准中对一些试验方法的规定。往往产品在试验过程中并没有按照GJB150A给出的试验程序而严格执行。如部分试验人员并不重视传感器的布置，而GJB150.3A中提出要在受试产品周围空气、受试产品内部空气和关键功能产品表面布置温度传感器，测量空气温度和产品温度。虽然这样做会增加试验成本与操作的复杂性，但显而易见，试验温度的准确控制在整个试验过程中是非常关键的，这不仅可以促使温度应力施加更准确，掌握受试产品内部空气温度和响应温度，而且更有利于提高温度试验的质量和掌控试验的各种信息，更便于故障分析和后续改进。

4.3 高温日循环工作试验应用于批生产出厂验收检验

一般而言，批生产验收检验时，需安排高温工作试验，其目的是为了发现批生产产品制造过程中的缺陷。一些单位将GJB150.3A中的日循环工作试验引入到产品的逐件检验中，这显然是不合理的。其一，由于高温日循环试验时间较长，至少3个日循环，会加长试验时间。其二，其施加的温度应力不如恒温试验严酷，产生的效果可能较差。而验收试验又是要尽快地将产品制造时的故障激发出来，所以批生产验收检验时，一般应采用恒温工作试验进行验收。

5 结束语

1) GJB150.3A增加高温日循环试验程序，提倡进行极端温度日循环模拟而不是恒温极值模拟，强调真实环境模拟，其模拟环境温度更接近设备的实际使用环境。

2) 为积极响应新研产品使用新标准的原则，我国陆航新型直升机机载产品已全面使用GJB150.3A高温试验方法进行高温环境试验。

3) GJB150A作为剪裁标准及新标准，在实际使用过程中还存在一定的问题 ，为更好地在直升机型号上贯彻GJB150A，应着力加强环境专业主管及试验人员的培训工作，深入透彻地理解GJB150A标准的内涵。

[1] 中国人民解放军总装备部.GJB150A-2009 军用装备实验室环境试验方法[S].中国人民解放军总装备部，2009.

[2] 国防科学技术工业委员会.GJB150-1986 军用设备环境试验方法[S].国防科学技术工业委员会，1986.

[3] 国防科学技术工业委员会.GJB1172-1991 军用设备气候极值[S].国防科学技术工业委员会，1991.

[4] 中航第301研究所.GJB150《军用设备环境试验方法》实施指南[S]. 北京:中国航空工业总公司第三〇一研究所，1998.

[5] MIL-STD-810G Environmental Engineering Considerations and Laboratory Tests [S]. 2007.

[6] 邱福来，钟升华，蔡汝山. 高温试验中相对湿度的探讨[J]. 电子产品可靠性与试验环境，2012,30(1)：160-162.

Investigation and Application on High Temperature Test of Assemblies on-board Helicopter

PENG Wangshu，ZHANG Xiaojuan

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

The basic differences between GJB150.3A and GJB150.3 high temperature procedures were introduced，which includes the reason of adding daily cycle procedures in GJB150.3A. The applicable objects of test procedures were emphatically analyzed. And the example of a new aviation aircraft antenna was discussed in detail to illustrate the application of test method. Furthermore, this paper presented and analyzed the problem in the engineering application of GJB150.3A high temperature test.

high temperature test；GJB150.3A；applicable object；engineering application

2016-09-14

彭望舒(1991-)，男， 江西省上饶市鄱阳县人，硕士， 助理工程师， 主要研究方向：直升机环境工程。

1673-1220(2016)04-058-06

V216.5

A