六、环境适应性

六、环境适应性

武器装备是用于实施和保障军事行动的武器、武器系统和军事技术器材等的统称。由武器装备的定义可以看出,武器装备是要在各种环境下遂行作战任务的,这就要求武器装备能够适应一系列环境条件,只有这样才能发挥武器装备的最大效能。例如,在越南战争中,由于东南亚的环境条件所致,美国陆军的UH-1“休伊”无法在该地区持续运输11人步兵班,既不能在高温和高海拔条件下运载全部有效载荷,又无法提供令人满意的战斗生存力,严重影响了空中突击任务的计划制订和成功实施。再比如,由于航空发动机不能适应环境要求,导致我国某型直升机未能达到预期的应用。这些均是装备不能很好地适应环境而造成的后果。

(一)环境适应性定义

装备在其寿命期预计可能遇到的各种环境的作用下,能实现其所有预定功能、性能和(或)不被破坏的能力。通俗地讲,环境适应性反映的是装备适应各种环境的能力。例如:5.8mm枪族装备驻港部队初期,由于不适应当地气候环境,枪体和铝机匣锈蚀严重,影响正常使用;受环境影响,军用飞机在东南沿海地区的使用寿命仅为内陆地区的1/3~1/2。要研究武器装备的环境适应性,需要了解一些基本环境术语。

(1)环境。装备在任何时间或地点所存在的或遇到的自然和诱发的环境因素的综合。

(2)环境因素。构成环境整体的各个要素,如温度、振动、湿度和气压等。

(3)环境参数。描述环境因素的一个或多个物理、化学和生物特性参数。

(4)环境应力。环境因素,如温度、湿度、振动和冲击等对产品单一或组合或综合的作用。

(5)环境条件。在装备(产品)的运输、贮存和使用过程中可能会对其能力产生影响的环境应力,是确定环境适应性要求的基础。

(6)环境效应。装备在其寿命期的各种单一或综合/组合环境作用下,引起装备材料、元器件和结构件疲劳、磨损、腐蚀、老化、性能退化或降级,造成装备性能下降乃至功能丧失的现象。

(7)自然环境。在自然界中由非人为因素构成的那部分环境,是由各种自然环境因素构成的综合环境。

(8)诱发环境。任何人为活动、平台、其他设备或设备自身产生的局部环境。

(9)空间环境。航天器在空间飞行过程中,遇到的自然和诱发环境的总和。

(二)环境工程及其管理基本概念

(1)装备环境工程。将各种科学技术与工程实践用于改善和减缓各种环境对装备(产品)效能影响或提高装备(产品)耐环境能力的一门工程学科,包括环境工程管理、环境分析、环境适应性设计和环境试验与评价。

(2)环境工程管理。规划、组织、协调、监督、评价和控制装备(产品)环境工程工作所进行的一系列活动的总称。

(3)环境适应性。装备(产品)在其寿命期内可能遇到的各种环境的作用下能实现其所有预定功能、性能和不被破坏的能力,是装备(产品)的重要质量特性之一。

(4)环境分析。为了确定装备环境适应性要求,根据规定的准则和可获取的资源研究和分析装备(产品)寿命期遇到的各种环境及其强度大小,各种环境对装备(产品)效能影响的一系列活动。

(5)环境适应性要求。描述装备(产品)应达到的环境适应性水平的各种环境因素的一系列定量和定性指标的综合。通常由各种环境因素的应力强度及其组合(或综合)、装备(产品)规范允许的影响程度或功能与性能参数变化范围和时间来表示。

(6)环境工程剪裁。对装备(产品)寿命期各阶段开展的环境工程工作项目及其内容的剪裁。环境工程剪裁包括环境工程管理、环境分析、环境适应性设计和环境试验与评价4个方面。剪裁以有关标准中规定的通用工作项目为基础,根据装备(产品)预期的寿命期剖面与研制要求、装备(产品)研制的起点或相似装备(产品)情况、时间和人力等可得资源进行分析和权衡,确定其具体工作项目及其内容的工程。

(7)环境工程计划。订购方制订的规划寿命周期各阶段环境工程工作的管理性文件,主要包括订购方环境工程工作安排、负责的组织机构和对承制方环境工程工作的要求。

(8)环境工程工作计划。承制方确保规定的环境工程工作项目有效纳入装备研制过程中而制订的工作计划,主要包括:合同或相应文件中规定的环境适应性要求;要进行的环境工程工作项目及其具体的要求,完成形式和进度,评审或检查要求以及开展工作责任机构和所需资源等。

(9)环境试验与评价计划。装备寿命周期各个阶段环境试验和评价工作的总安排,包括自然环境试验、实验室环境试验和使用环境试验的具体项目及其实施地点和进度等总体安排,是装备环境工程工作计划的组成部分。

(10)环境适应性设计。为满足装备(产品)环境适应性要求而采取的一系列措施,包括改善环境或减缓环境影响的措施和提高装备(产品)对环境耐受能力的措施。

(11)环境适应性验证。考核研制和生产的装备(产品)的耐环境能力是否符合环境适应性要求的一系列试验和评定工作,验证结果是产品定型和批生产验收等的重要依据。

(12)环境试验。将装备(产品)暴露于特定的环境中,确定环境对其影响的过程。环境试验包括自然环境试验、实验室环境试验和使用环境试验。

(13)虚拟环境试验。用计算机仿真的方法,使用产品寿命期内预期遇到的环境载荷和产品设计、材料与工艺等信息对产品进行应力分析和故障物力分析,建立环境应力-故障模型,对产品的环境适应性或环境对装备(产品)的影响进行评价的过程。

(14)实验室环境试验剪裁。对装备寿命期各阶段实验室环境试验工作及其内容等进行的剪裁,是环境工程剪裁的组成部分。实验室环境试验剪裁是以有关标准或规范规定的试验方法为基础,根据装备(产品)的环境适应性要求、自身特征、相似设备情况、寿命期阶段、设备、人员等资源情况进行分析和权衡,确定装备(产品)寿命周期各阶段环境试验要求及其具体内容的过程,包括试验项目、试验项目顺序、试验条件和试验程序等方面的剪裁。

(15)环境试验大纲。根据环境试验与评价计划编写的试验管理文件,主要内容包括:受试产品(试件)描述,试验项目或暴露环境类型,试验环境条件或环境剖面(任务剖面),试验项目顺序,试验设备和场所,测试仪器仪表,功能和性能检测项目,试验前、中、后功能性能检测记录要求,失效(故障)判据,试验中断处理方法和故障处理原则。

(16)环境适应性评价。应用自然环境试验和使用环境试验结果,并利用实验室环境试验信息,对装备贮存、运输和使用状态下的环境适应性进行综合评估的过程。

(17)环境数据。环境因素数据、环境影响数据、环境故障数据和环境试验数据的统称。

(18)环境因素数据。表征各种气候、力学、电磁、生化等环境因素的量值和/或强度、出现频次等方面的数据。

(19)环境影响数据。装备及其组成部分在环境作用下其性能(功能)和形貌等的变化规律数据。(https://www.daowen.com)

(20)环境故障数据。装备及其组成部分在环境作用下产生的故障及其情况描述,包括产生故障的环境情况、故障模式、故障机理和纠正措施等。

(21)环境试验数据。反映环境试验过程及结果的各种数据,包括受试产品已经历过的试验项目及其结果的数据,试验前、中、后功能检查和性能测量的数据,试验过程施加环境应力情况数据,试验中发现的故障和采取的纠正措施数据。

(22)环境信息管理。搜集和汇总装备有关的环境数据和信息,建立环境信息管理系统,并使其正常运行、提供服务的过程。

(23)环境工程专家。在环境工程一个或多个领域有较高技术水平和丰富经验的专业人才。这些领域包括自然和诱发环境及其对装备(产品)的影响,现场环境测量和分析,应用剪裁技术确定环境适应性要求和验证要求,进行环境适应性设计和预计,制订和实施环境试验大纲以及环境工程管理等。

(三)故障与失效有关概念

(1)故障。装备(产品)不能执行规定功能的状态。通常指功能故障,因预防性维修或其他计划性活动或缺乏外部资源造成不能执行规定功能的情况除外。

(2)失效。产品丧失完成规定功能的能力的事件。

(3)间歇故障。产品发生故障后,不经修理而在有限的时间内或适当条件下自行恢复功能的故障。

(4)渐变故障。产品性能随时间的推移逐渐变化而产生的故障。这种故障一般可通过事前的检测或监控来预测,有时可通过预防性维修加以避免。

(5)耗损故障。因疲劳、老化、磨损等原因引起的故障,其故障率随着寿命单位数的增加而增加。

(6)软故障。应力或负载作用撤除后能自动消失,使产品性能又恢复正常的故障。

(7)硬故障。产品发生故障后,不经修复不能恢复功能的故障。

(8)故障(失效)分析。确定产品故障(失效)位置和产生原因的过程。

(9)故障(失效)模式。故障(失效)的表现形式。如短路、开路、断裂、过度耗损等。

(10)故障(失效)机理。引起故障(失效)的物理的、化学的和生物的或其他的过程。

(11)故障(失效)原因。引起故障(失效)的设计、制造、使用和维修等有关因素。

(12)故障(失效)影响。故障(失效)模式对产品的使用、功能或状态所导致的结果。

(13)氢损伤。氢以原子形式进入金属引起机械性能下降或破裂的现象,主要表现形式有:氢鼓泡、氢腐蚀、氢脆等。

(四)老化有关概念

(1)老化。高分子材料及制品(装备)在加工、贮存和使用过程中,由于受内外因素的综合作用,使性能逐渐劣化,以致完全丧失的现象。

(2)起泡。涂层或某些含高分子的物质(如玻璃钢等)因局部失去附着力而离开机体(底材或其下涂层)鼓起,呈现似圆形的凸起变形现象。

(3)开裂。高分子材料在各种环境中,分子链发生断裂或铰链、颜料的性质和结构发生变化出现不连续的外观变化,现场有方向性或者不规则的裂纹。可分为:细裂、小裂、深裂、龟裂、鸭爪裂等。

(4)脱落。涂层严重老化,一道或多道涂层脱离其下面的涂层,或者涂层局部或完全脱离底材的现象。

(五)空间环境效应基本概念

(1)单粒子效应。由于单粒子或其相互作用的产物引起微电子线路内高度区域化的能量沉积产生的效应,能量的沉积足以引起可观察到的效应。

(2)航天器表面充电。空间带电粒子在航天器表面沉积引起的带电现象。

(3)航天器表面放电。由于航天器表面各部分间的电位差而产生的放电现象。

(4)空间辐射效应。空间辐射环境与航天器各系统相互作用产生的效应。

(5)电离效应。入射辐射把足够能量传给原子的束缚电子,使束缚电子从束缚状态逃逸出来形成自由电子的效应。

(6)电流泄漏。航天器太阳电池金属连接部分与等离子体接触时,流向等离子体的电流。

(7)大气阻力效应。航天器在大气阻力作用下使轨道大小和形状不断变化的效应。