武器装备环境试验及靶场条件建设研究_张梦.pdf

总第345期1引言环境适应性这一概念最早是在1997年国防科工委组织召开的“GJB 150实施十周年研讨会”上提出的1。作为武器装备对环境的适应能力，是武器系统在实际环境下的性能、效益、可靠性达到理想环境下的程度，它由武器装备作战使用对实战性能的要求和环境对武器装备的影响程度来决定，是装备不容忽视的质量特性。任何武器装备寿命周期内都会受到各种气候、力学环境的单独、组合和综合的作用。这些作用方式可能会使武器装备的材料和结构受到腐蚀和破坏，造成电子器件、部件和装备性能劣化和功能失常，从而影响其作战效能，使军事行动失败2。武器装备的进步和新军事变革的发展，对武器装备的环境适应性研究工作提出了不断深化发展的要求。2环境适应性概念GJB4239-2001 军用环境工程通用要求 中，将环境适应性定义为：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和性能和（或）不被破坏的能力3。环境适应性是装备的固有属性，也是一种重要的质量特性。它的影响因素有很多，主要是选用环境适应性满足要求的元器件和部件，减缓环境影响的设计，以及增强抗环境作用能力的设计和工艺，如图1所示。收稿日期：2022年9月16日，修回日期：2022年10月13日作者简介：张梦，女，硕士研究生，助理研究员，研究方向：质量测评。武器装备环境试验及靶场条件建设研究张梦（海军大连舰艇学院作战软件与仿真研究所大连116018）摘要环境对武器装备的使用寿命和稳定性有重要影响，现代高技术战争要求部队具有全天候、多地域的作战能力和快速机动能力，作战环境复杂多变，对装备的环境适应性能力提出了更高的要求。论文阐述了国内外环境试验的发展沿革，分析了靶场条件建设的必要性，并提出了初步的环境试验系统建设构想，主要由基本性能环境试验系统和作战适应性环境试验系统两部分组成，旨在解决极端环境下的环境试验能力。关键词环境试验；适应性；条件建设中图分类号TJ06DOI：10.3969/j.issn.1672-9730.2023.03.032Research on Environmental Test of Weapons and RangeConstruction of ConditionsZHANG Meng（Operation Software and Simulation Research Institute of Dalian Naval Academy，Dalian116018）AbstractEnvironment produces an important effect on useful life and stability of weapons.The modern high technology warrequests the all-weather and multi-regions fighting capability and rapid reaction capability.The combat environment is complex andchangeable，which puts forward higher requirements for the environmental adaptability of equipment.This paper describes the developing evolution at home and abroad，and analyzes the need for range construction of conditions，and proposes the preliminary ideasof environmental test system，which mainly consists of basic properties and operational adaptability to solve environmental test ability of extreme environment.Key Wordsenvironmental test，worthiness，construction of conditionsClass NumberTJ06舰 船 电 子 工 程Ship Electronic Engineering总第 345 期2023 年第 3 期Vol.43 No.3152舰 船 电 子 工 程2023 年第 3 期图1武器装备环境适应性的决定因素不难看出，如果武器装备在最初设计时的材料、结构件、设计和工艺一旦确定，那其环境适应性也基本形成4。因此，我们从立项论证开始就要有明确的目标，将环境适应性作为一项战技指标纳入到工程研制和生产过程中，并在装备研制要求及合同文件中予以明确56，这就需要靶场在试验与鉴定时对环境适应性各项内容进行充分考核，通过试验，分析环境对其作战使用性能的影响，特别是装备耐受最恶劣的运输储存环境而不被损坏的能力，以及在极端自然环境条件下正常工作的能力，确保武器装备在多元化作战任务条件下能有效发挥其综合效能。3研究现状3.1国外研究现状20世纪50年代以前，受气候环境、贮存环境等因素综合影响，一些军用装备还未使用就屡屡出现损坏和失效现象，可谓“兵未战而先败征”。德军二战失败的重要因素之一就是军队的人员和武器装备不能适应苏联冬季严寒的低温环境，造成了大量非战斗减员和武器装备失效7。一些军事发达的国家不得不防患于未然，开始了武器装备环境适应性的研制工作。以美国为例，早已把环境试验作为鉴定武器装备定型的必经之路，1949年就在佛罗里达州的空军基地建立了“麦金莱气候实验室”，至今在全球各地建立了能满足各类装备的试验场达 50多个，覆盖了全世界各种典型的自然环境条件89。据有关资料统计，美国某试验场在一个典型年份里要累计发射炮弹 170000 发，出动飞机4000架次，履带及轮式车辆行驶10000英里进行试验，以便掌握作战环境下最大可能发生的故障，使武器装备获得较高的使用环境适应性和可靠性水平。俄罗斯、日本、英国等国家也都建立了不同气候类型、不同规模的暴露场站，有些国家甚至还建造了海上试验场。3.2国内研究现状长期以来，我国环境试验处于行业分割、站网零散、手段落后的状态。经过一代代人的不懈努力，在国防科工委的领导下，进步喜人。目前国防科技工业已经建立了覆盖我国7大气候区域、3大海域的自然环境试验站网10。拥有具备各种环境试验能力的实验室150多个，比如北京环境与可靠性试验中心、北京强度环境研究所等。北京环境与可靠性试验中心是专门从事环境适应性及可靠性的专业试验中心，试验中心的环境试验设备能够进行低气压（高度）、快速减压、高温、低温、温度冲击、湿热、吹砂、吹尘、淋雨、太阳辐射、霉菌、盐雾、振动、飞机炮振、冲击（碰撞）、加速度、积冰/冻雨、温度-高度、温度-湿度-高度、温度-湿度-高度-振动等项目的环境适应性试验，满足GJB150、GJB150A、GB/T2423、MIL-STD-810F 等环境试验标准的要求。同时，试验中心的可靠性试验系统，试验箱容积从 0.4m316m3，振动台推力从 1t16t，能够进行环境应力筛选、可靠性增长、可靠性鉴定等类型的可靠性试验，满足 GJB1032、GJB1407、GJB899A 等标准的要求。北京强度环境研究所是中国航天系统结构强度和环境可靠性工程的专业中心研究所，亦是我们所熟知的702研究所，其全箭振动塔、静力试验大厅等大型试验设施堪称国内之最。由于国防工业基础薄弱，我国武器装备的环境适应性研究工作都在借鉴国外研究的基础上进行，相对滞后，标准的制定主要是学习美军，比如GJB150 借 鉴 了 MIL-STD-810C，GJB 4239 借 鉴 了MIL-STD-810F11。美国的装备环境工程标准始终走在世界前列，制定及时、定期修订，形成了较为系统和完整的标准体系12。4靶场条件建设的必要性环境试验场地设备是实验室建设的核心，也是装备环境工程发展的物质基础。目前，武器装备环境适应性试验多采用组部件在陆上环境实验室进行，部分主要环境性能指标的考核采用分析模拟等方法进行评估，存在不完善、不全面、不真实等问题，全弹（雷）实际作战使用未能得到全面检验。造成这种现象的原因主要有两个方面：一是基础场所、设施设备等试验保障能力有限；二是靶场从事研究基础弱、重视性差，思想观念还停留在武器装备基本性能试验的框架内。153总第345期以装备形成战斗力为标准，加强实战背景条件下的考核，加大在恶劣气候环境、复杂地理环境、电磁干扰环境和战术对抗背景下试验考核力度，充分暴露武器装备在设计、研制和使用中存在的问题，不断提高定型试验考核效能和水平，是各级首长、机关提出的具体要求，是靶场必须考虑的重大发展问题。因此，成立一个论证团队、进行持续研究、储备更多的知识信息和建设方案，以适应武器装备快速发展的需要，是当前必须面临的问题。5环境试验系统建设构想逼真而充分的试验与鉴定是武器装备定型和生产的前提，不但要做模拟试验，而且更重视自然环境试验。环境适应性试验是作战试验与鉴定的重要组成部分，加强环境试验系统建设，是武器装备环境试验保障条件体系建设的需要。立足实战化条件，建立完善的水中兵器环境试验系统，能够着力解决环境适应性试验的基本保障条件，解决目前国内无法完成整弹、整雷环境试验的难题，解决高海况无法考核难题。例如，某型鱼雷研制总要求规定“九级海况下不损坏”，该型鱼雷虽然进行了战雷装载可靠度试验、四级和五级海况发射试验，但九级海况不损坏由于受试验实施难度限制，短期内无法进行实际试验考核。其他型号鱼雷、某型深弹同样面临无法考核的难题。为实现这些要求，建立环境试验系统，是必不可少的基本条件。5.1基本性能环境试验系统基本性能环境试验系统主要包括气候环境试验系统、力学环境试验系统、电磁环境试验系统等。基本性能环境试验通常以试验室试验为主，国内科研院校建有各种类型的环境实验室。过去进行的水中兵器环境试验是借助工业部门的设施完成，使得试验地点分散、试验周期长、组织协调环节多、试验进度难于控制等试验不利因素。同时，武器及武器系统环境实验室模拟试验，只能进行功能检查，不能够进行武器实弹试验，武器是否满足极地或热带等区域的环境适应性要求，也还未知。图2靶场环境适应性试验系统结构示意图气候环境和力学环境有两种建设方案，一是实验 室 固 定 方 式，这 种 方 式 能 够 满 足 GJB150、GJB150A等全部试验内容，其缺点是建设规模大；二是综合环境试验方舱方案，将常用的高温、低温、温度变化、交变湿热、霉菌及盐雾等试验内容综合为一体，在箱底部加装振动装置，可以进行一定程度的振动试验，这种方案的缺点是只能完成部分试验内容。采用实验室与综合环境试验方舱相结合的建设方案，实验室主要完成淋雨、大型武器装备振动、冲击（碰撞）、跌落等试验内容；环境试验方舱为可移动式，满足舰载使用要求，能够遂军舰形成海上环境试验场的发射阵地，对全弹整体使用性能的温湿度环境适应性进行考核。电磁环境试验系统包括磁场及电场辐射、磁场及电场测试等试验内容，能够满足GJB152A等环境试验标准的要求，主要解决水中兵器及武器系统电磁环境适应性试验无保障条件的难题。5.2作战适应性环境试验系统作战适应性环境试验系统主要包括自然环境试验系统、高海况环境试验系统等。自然环境系统主要解决水中兵器自然环境战斗有效期试验，包括库房及舰艇存放期（非密封）、库房（密封）、舰上存放期（密封）。解决水雷抗自然干扰试验、水雷引信抗流试验、抗潮汐性能试验、锚雷抓力试验、浸渍试验、抗生物性能试验、抗台风试张梦：武器装备环境试验及靶场条件建设研究154舰 船 电 子 工 程2023 年第 3 期验等系统建设。高海况环境试验系统主要由海上试验方舱、水平发射装置、垂直发射装置、倾斜和摇摆装置、记录设备、锚定设备及吊放设备组成。试验方舱主要用于在规定极端温度、时间条件下遂行水中兵器发射试验、运输试验、综合环境适应性试验、装载可靠度试验等，检验兵器的装载、发射及运输安全性。这些极端温度环境，靶场无条件进行。6结语我国对武器装备环境试验及环境适应性的研究工作重视不够、差距明显1314，总体而言，针对装备用材料、工艺、部件开展的环境适应性工作开展较多，针对分系统、整机（雷、弹）开展的工作较少；开展的自然环境试验和实验室环境试验较多，而使用环境试验开展较少；对环境的短期影响考核较多，环境的长期慢作用考核较少。这一现状是多方面的原因造成的，也与国家的经济实力密切相关。未来我们必将走出实验室，更多的走向外场，所以加强环境试验场地的建设成为必然，特别是极端环境条件的试验场。除此之外，一些新的试验手段如仿真技术、虚拟试验技术及相应的评价机制等也应开始广泛研究，为后续的试验考核与评价提供充分的技术支持。世界各国都在进行环境适应性研究，美国、日本等国都在积极进行武器装备海洋适应性研究和建立海洋环境资料数据库等。从提高我国武器装备的使用效能和未来军事斗争的准备需要，我们也应该尽快制订环境适应性评价的指导性标准，明确环境适应性评价的内容和方法，实现从战术技术性能考核向作战适用性转变，并为最终转向实战考核做准备，以适应武器装备试验与鉴定的需要，对打赢未来战争具有十分重大的意义。参 考 文 献1祝耀昌，李敏伟，游亚飞.GJB4239的作用和存在问题分析 J.装备环境工程，2008，5（6）：1-6.2文邦伟，胥泽奇.外军装备环境适应性典型案例 J.装备环境工程，2005，2（3）：83-87.3GJB 4239-2001.装备环境工程通用要求 S.4宣卫芳，胥泽奇，肖敏，等.装备与自然环境试验（基础篇）M.北京：航空工业出版社，2009：2-3.5祝耀昌，王丹.武器装备环境适应性要求探讨 J.航天器环境工程，2008，25（5）：416-422.6祝耀昌，张建军.武器装备环境适应性要求、环境适应性验证要求和环境条件及其相互关系的讨论 J.航天器环境工程，2012，29（1）：1-5.7李兆坚，雷刚，陈虹，等.低温环境效应与试验需求分析J.低温与超导，2015，4（43）：10-13.8肖泽，李亚政，张军涛.国外海军舰船装备环境试验军用标准分析 J.装备环境工程，2010，6（7）：46-52.9秦晓洲，常文君.自然环境试验与武器装备发展 J.装备环境工程，2004，3（1）：1-6.10周堃，钱翰博，刘伟，等.浅谈装备环境适应性与可靠性 J.装备环境工程，2014，11（1）：72-76.11张燕，李颖，杨晓然.国内外装备环境工程标准化比较研究 J.装备环境工程，2009，6（3）：56-59.12杨晓然，张伦武，张勇智.自然环境加速试验技术 J.装备环境工程，2004，7（8）：7-11.13杨晓然，张伦武.自然环境试验及评价技术进展 J.装备环境工程，2005，2（1）：6-16.14朱爱红，孙亮，李明，等.地空导弹武器装备环境适应性试验现状与未来发展 J.航天器环境工程，2021，38（5）：604-608.work for Short-Term Load Forecasting System as Well asthe Jinans Case StudyJ.IEEE Access，2020，8：203086-203096.12文天柱，尚永爽，赵康.基于Matlab仪器控制工具箱的仪器驱动开发研究 J.宇航计测技术，2012，32（01）：61-64.13Fan B.The design and implementation of a device to remote control signal source J.Electronics World，2017（14）：134-135.14Bhattacharyya R，Sahu S，Sahu P K.Remote data acquisition with wireless communication for a quad-GEM detectorJ.Journal of Instrumentation，2022，17（02）：T02001.15刘殿金，魏兵.基于Matlab和TCP/IP的测试系统开发及应用 J.电子测试，2016（19）：111-113.16葛翼诗.线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析 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