摘  要：随着电子技术的发展和我国对海洋开发的进一步深入，对电子装备面对复杂海洋环境下的适应性提出了更高的要求和指标。该技术方法通过模型结合振动、颠震和冲击试验数据进行分析、处理、建模，达到一种对设备海况适应性接近真实的评价，能够在一定程度上反应电子装备的海洋环境适应性，费用低廉，效益可观。

关键词：结构设计;试验数据模型;海况适应性

中图分类号：U661      文献标识码：A 文章编号：2096-4706（2019）10-0019-03

Abstract：With the development of electronic technology and the further development of marine development in China，higher requirements and indicators for the adaptability of electronic equipment in the face of complex marine environment are put forward. Through the analysis，processing and modeling of the model combined with vibration，shock and impact test data，this technology can achieve a close to real evaluation of the sea condition adaptability of equipment，and can reflect the marine environment adaptability of electronic equipment to a certain extent，with low cost and considerable benefits.

Keywords：structural design;experimental data model;sea adaptability

0  引  言

隨着我国对海洋资源开发的不断深入和海洋意识的不断提高，我国对深海的探索不断地加深，特别是军事船只对深海领域的探索在不断延伸。军事装备在深海作业不仅需要保证可靠性，而且要适应全天候海洋环境，对其在深海的环境适应性也提出了更高的要求。

在装备研制过程中，依据装备的实际工作环境和功能特性，需要满足在四级海况或五级海况（使用减摇鳍）条件下能正常工作，九级海况条件下不损坏的要求。要想达到此要求，就需要装备在摇摆台上进行实际的试验测试，但该测试实验不仅需要高额的经费支持，而且可能会对实际装备造成不可估量的损坏，无法修复。

本文提出的基于海况适应性的结构设计和模型验证的方法是通过针对性的结构设计和减震设计，基于常规振动试验和普通的抗冲击试验数据的分析、处理和评判，通过建立数据模型，对真实海况的适应性作出评价。不仅可以节约试验经费，而且可以保证设备的安全，经济效益可观，应用前景广泛。

1  海况对装备的影响

海上作业时，船舶在海浪中的运动状态通常会导致船体受到波浪的影响而产生上下和左右的波动，当运动幅度比较大时，甚至会影响电子装备的可靠性，并对装备造成一定力量的冲击。因此，在研制过程中，考虑海况对装备的实际影响，就有必要提前做出仿真或者在装备研制后进行相关的针对性专项试验。

2  结构及减震设计

根据系统环境使用条件及舰载设备的特殊性，设备应采用铸造形式，在保证美观的前提下，确保满足整体抗振动、抗冲击、抗颠震及“三防”的要求。

设备的外壳应采用铸造的加工方式，机壳前面的窗口用以安装插箱，侧壁的凸台安装导轨安装板和汇流条，底部开口作为机柜的进风口，背部两个大窗口作为其后门，方便电装操作;小窗口处安装两只风机，作为机柜的出风口，保证机柜的散热，顶部开口用以安装转接板。

四个插箱通过插箱侧壁的挂钉固定于导轨的托板槽上，设备底部和背部各安装有隔振器，保证设备的抗振性。

设备应采用四个对称排布的减震器，设备总重量约300kg。通过选型，采用市场主流的GWF-80A阻尼隔振器，该减振器具有谐振频率低、符合舰船使用环境条件要求等特点，背部采用主流生产厂商生产的钢板O型减振器。

设备内插箱单元及独立功能模块，凡用螺钉连接时，一律要加弹簧垫圈，以防止螺钉松动。为了改善受力情况，插箱内的布置尽量把重量比较大的模块靠置在四周，以减轻插箱底板的变形。

3  模型设计

典型海况下摇摆量为正弦振动，主要参数为振幅、振动速度和加速度。把四级、五级和九级海况下的纵横摇对舰船的影响转移到设备上进行考核。

在低频范围内，振动速度与位移成正比，在中频范围内，振动强度与速度成正比，在高频范围内，振动强度与加速度成正比。因此频率低意味着振动体在单位时间内振动的次数少，过程时间长，速度、加速度的数值相对较小，因此振动位移能够清晰地反映出振动的强度大小，而频率高意味着振动次数多、过程短，尤其是加速度的数值及变化量大，因此振动强度与振动加速度成正比。

振动位移具体反映了间隙的大小，振动速度反映了能量的大小，振动加速度反映了冲击力的大小。因设备与舰体为刚性连接，所以可以直接把横摇、纵摇和垂摇转化为加速度，与设备的振动、颠震和抗冲击的加速度进行比对，验证设备能否满足海况的要求。

振动加速度量值是单峰值，单位是重力加速度（g）或者米/秒平方（m/s2）。根据位移与振幅、频率的关系可知：

根据微积分的基本原理可知：对y求一阶导数可得出当前的速度，对y求二级导数可得到当前的加速度。因此加速度的计算公式为：

因此最大的加速度为：

取重力加速度g=9.8m/s2

因此以上公式可以简化为：

因此，通过该模型分析计算，对复杂海况的适应性就可以转化为装备在水平面的实际投影和纵横摇的振动频率。

4  已知试验数据

装备振动试验严酷等级如表1所示。

在试验过程中，装备外观无损伤，且没有出现结构损坏、紧固件松动、元器件脱焊等现象，主要考核装备在舰船振动条件下工作的适应性和结构的完好性。

颠震试验的具体要求和条件如下：（1）颠震加速度幅值：7g;（2）脉冲持续时间：>16ms;（3）冲击速率：30rpm;（4）总冲击次数：1000次（通电颠震次数不得小于500次）;（5）试验方向：Z轴向。

在试验过程中，装备外观无损伤，且没有出现结构损坏、紧固件松动、元器件脱焊等现象，主要考核装备在舰船作战、航行时受到的波浪引起的重复性低强度冲击条件下的工作适应性和结构的完好性。

装备的冲击试验严酷等级如表2所示。

试验结果为合格，通过实际试验可以验证装备的结构和工艺设计符合抗冲击试验的相关条件。

5  数据对比

根据装备在振动、颠震和抗冲击试验的试验条件和试验数据可以进行转化，得出振动试验中三个轴向（X、Y、Z）所承受的最大加速度为1.28g，持续时间为2小时，颠震试验中Z轴向所承受的最大加速度为7g，持续时间为1小时。

依据舰船适应复杂海况的要求和具体指标，得到以下数据：（1）四级海况下Z方向最大位移幅度为1000mm，最大频率为0.2Hz，最大加速度为0.16g。X方向最大位移幅度为1590mm，最大频率为0.125Hz，最大加速度为0.099g。Y方向最大位移幅度为1590mm，最大频率为0.2Hz，最大加速度为0.254g。（2）五级海况下Z方向最大位移幅度为1900mm，最大频率为0.2Hz，最大加速度为0.304g。X方向最大位移幅度为1560mm，最大频率为0.125Hz，最大加速度为0.09g。Y方向最大位移幅度为1598mm，最大频率为0.2Hz，最大加速度为0.255g。

6  结  论

四级和五级海况下Z、X和Y方向下加速度均小于振动试验加速度（1.28g）和颠震试验的加速度（7g），满足四级和五级海况下正常工作的要求。

九级海况下，设备属于舱内设备，外壳采用铸造的加工方式，机柜底部和背部各安装有隔振器，各单元均做了减震设计，且与舰体刚性连接，因此在船舰体不受损的情况下，能够保证设备不损坏。

通过数据模型的建立以及同类型产品在海军多年的实际使用情况均验证了设备已经具备的试验数据可以满足四级、五级海况条件下正常工作状态、九级海况下由于设备采用铸件加工以及减震设计而不损坏的要求。

参考文献：

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作者简介：张连成（1972-），男，汉族，河南周口人，专用测试设备项目负责人，二级技师，本科，研究方向：系统检测专业。