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地球引力的作用使得空氣聚集在地面周圍并且具有重量，從而形成大氣壓力。大氣壓力單位用每平方米牛頓表示（N/m2），標準大氣壓是在標準大氣條件下海平面的氣壓，相當于101325N/m2=101.325kPa=760mm汞柱=10.339m水柱。在某高度上的大氣壓力，是該點以上垂直于地面的單位面積上整個空氣柱的重量，這就說明海拔越高，大氣壓力越小，兩地的海拔相差越懸殊，其氣壓差也越大，所以大氣壓力是隨著高度增加而降低的。MIL-STD-883K方法1001、MIL-STD-750F方法1001及MIL-STD-202H方法105均列出了低氣壓試驗條件的壓強及高度。

高度4850m處的氣壓約為1/2個標準大氣壓，30480m處約為1/100個標準大氣壓。我們常用的戶外手表就是利用測量氣壓的變化來衡量海拔高度，飛機上的高度壓力表（氣壓計）同理也是這樣來測量高度。說到飛行高度，很容易讓人想到美國洛克希德公司研制的U-2偵察機，綽號蛟龍夫人，是美國空軍一型單座單發(fā)高空偵察機（圖1），于1955年8月秘密完成首飛，1956年開始裝備美空軍，能不分晝夜于70,000英尺（21,336米）高空執(zhí)行全天候偵察任務(wù)，是當時飛行高度最高的偵察機。

• 密封墊密封的殼體漏氣、漏液體；

• 密封容器變形、破損或破裂；

• 低密度材料的物理和化學(xué)性能發(fā)生變化；

• 裝備因熱傳導(dǎo)降低而發(fā)生過熱；

• 潤滑劑蒸發(fā)；

• 發(fā)動機的啟動和工作不穩(wěn)定；

• 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；

根據(jù)國內(nèi)外的一些研究成果，結(jié)合出現(xiàn)的典型失效模式，簡要闡述一下低氣壓環(huán)境可能對裝備及元器件產(chǎn)生的影響

• 密封性能的影響

大多數(shù)氣密裝備或元器件均是采用一個標準大氣壓的惰性氣體進行封裝，當外部環(huán)境的氣壓降低，使得密封元器件的內(nèi)外壓力不同，產(chǎn)生一定的壓力差后，造成密封區(qū)域被破壞或密封結(jié)構(gòu)變形，導(dǎo)致環(huán)境中的有害氣氛進入到裝備或元器件內(nèi)部，從而發(fā)生失效現(xiàn)象。另外，飛機的一般飛行高度通常在幾千米或是上萬米，最高可達30000m，由此可知航空裝備將比一般裝備承受更多的低氣壓作用，密封可靠性要求也就更高。

• 散熱性能的影響

電動機、處理器及變壓器等產(chǎn)品在工作時，會產(chǎn)生大量的熱能，從而導(dǎo)致溫度的升高。這類產(chǎn)品的散熱方式主要是以空氣對流散熱為主，而隨著海拔高度的增加，空氣密度會降低，空氣的質(zhì)量流量也會隨之下降，致使熱傳導(dǎo)也將減少，導(dǎo)致產(chǎn)品過熱失效。所以產(chǎn)品的溫升會隨著大氣壓力的降低（海拔高度的增加）而升高，并呈線性關(guān)系，其斜率取決于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)，散熱方式和環(huán)境溫度等因素。雖然海拔高度增加，對流散熱減少，但輻射散熱會增加，也就是說在極高的海拔高度中，輻射散熱是主要的散熱方式。

• 揮發(fā)性物質(zhì)的影響

大氣壓力的降低，伴隨著液體的沸點也會降低，尤其在標準大氣壓下具有較高飽和蒸氣壓（飽和蒸氣壓：在密閉空間中，在一定溫度下，與固體或液體處于相平衡的蒸氣所有的壓強稱為飽和蒸氣壓）的液體如潤滑劑，因低氣壓環(huán)境下的空氣密度下降，液相分子的氣化速度大于液相分子的冷凝速度，汽液兩相處于非平衡狀態(tài)，所以在低氣壓環(huán)境下液體的揮發(fā)速度會大大增加，從而造成一些活動零件的磨損加速老化。另外，一些低密度材料的物理和化學(xué)性能也會發(fā)生變化。

• 電氣性能的影響

采用氣體作為絕緣介質(zhì)（氣體絕緣材料是能使有電位差的電極間保持絕緣的氣體，常用的氣體絕緣材料有空氣、氮氣、氫氣、二氧化碳和六氟化硫。）的產(chǎn)品，在高海拔地區(qū)使用或用于飛行裝備時，低氣壓環(huán)境會降低氣體介質(zhì)的絕緣能力（氣體在不均勻電場中的介電強度遠低于其在均勻電場中的介電強度），尤其在曲率半徑較小的尖端電極附近，局部電場強度超過氣體的電離場強，使氣體發(fā)生電離和激勵，產(chǎn)生電暈放電造成裝備失靈或工作不穩(wěn)定，伴有“嘶嘶”聲。當電壓繼續(xù)增加時，甚至發(fā)會發(fā)生電弧放電現(xiàn)象。比如射頻同軸連接器在規(guī)定的海拔高度和電壓下，應(yīng)無連續(xù)的電暈放電現(xiàn)象（電暈放電可以是連續(xù)放電，也可以是非連續(xù)的脈沖放電）。

低氣壓的試驗方法，國內(nèi)外標準如MIL-STD-810G、MIL-STD-883K、MIL-STD-750F、IEC 60068、GJB360B及GJB150.2A等均詳細規(guī)定了試驗條件及程序，但除了GJB150.2A外，大多數(shù)標準只規(guī)定了低氣壓試驗的壓強，而對壓強條件或適應(yīng)性卻沒有詳細說明。GJB150.2A-2009是等效翻譯MIL-STD-810F，作為GJB150《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法》28個部分中的第2部分，代替GJB150.2-86，主要變化就是刪除了GJB150.2-1986中的 “試驗條件”，增加了確定試驗方法、試驗順序、試驗程序和試驗條件的剪裁指南；增加了對試驗信息的要求；增加了爆炸減壓試驗程序；提高了快速減壓的壓力變化速率；試驗高度擴展到了30000m。GJB150.2A-2009方法適用于以下幾個方面：

• 在高海拔地區(qū)貯存/工作的裝備；

• 在飛機增壓或非增壓艙中運輸或工作的裝備；

• 暴露于快速減壓或爆炸減壓環(huán)境中的裝備。確定暴露于該環(huán)境下的裝備出現(xiàn)的故障是否會損壞其平臺或造成人員傷害；

• 在飛機外部掛飛的裝備；

另外GJB150.2A-2009不適用于飛行高度超過30000m的航天器、飛機或?qū)椛习惭b或工作的裝備，因為超過30000m以上高空中的空氣已很少，低氣壓問題較少。

GJB150.2A-2009包括4個低氣壓試驗程序：程序I-貯存/空運、程序II-工作/機外掛飛、程序III-快速減壓及程序IV-爆炸減壓。所選擇的程序應(yīng)能代表裝備預(yù)期暴露的最嚴酷的低氣壓環(huán)境，同時還應(yīng)考慮：裝備的技術(shù)狀態(tài)；裝備的保障和工作要求；裝備的用途；用于判斷裝備是否滿足工作要求所需的數(shù)據(jù)；試驗程序順序。

試驗壓力應(yīng)根據(jù)裝備預(yù)期的使用或飛行剖面，確定具體的試驗壓力：

• 地面。若得不到測量數(shù)據(jù)，壓力值按最大高度為4570m來確定（大氣壓力為57kPa），因為GJB150.2A是參考MIL-STD-810F，當時美國陸軍地面軍事行動或裝備部署預(yù)期為高度4570m左右（15000英尺）相當于57kPa的大氣壓力，所以地面的裝備推薦采用57kPa。

• 運輸機貨艙壓力條件。四個程序中，每個程序用于每個裝備的試驗壓力都不相同。因為運輸機運輸裝備時的裝載形式不同，其增壓系統(tǒng)的種類也不相同，MIL-STD-810D/E/F對一些運輸機提供的壓力值，見表4所示。

表4 壓力值（MIL-STD-810D/E/F）

另外，飛機有不同的“巡航高度”，在運輸極重的裝備時可能達不到正常的“巡航高度”，運輸機巡航飛行高度為12200m，氣壓為18.8kPa。大多數(shù)增壓系統(tǒng)在飛機達到某一特定高度之前只給貨艙提供外界大氣壓力（即飛機內(nèi)外沒有壓差），當高于這個高度后才保持規(guī)定的壓力。除裝備設(shè)計要求采用具有特定貨艙壓力的飛機運輸外。

• 氣壓（高度）變化速率

軍用運輸機全推力起飛時，其平均高度變化速率通常為7.6m/s，假設(shè)已知具體載機的高度變化速率（爬升和下降速率）可直接采用，快速減壓速率通常相差很大，所以沒有典型數(shù)據(jù)，GJB150.2A推薦的氣壓變化速率為10m/s。

• 快速減壓時間

飛機承受重大損壞，但幸免于墜毀，實際上時瞬間發(fā)生爆炸減壓（程序Ⅳ），減壓時間為0.1s，甚至更短。

飛機產(chǎn)生相對較小的損傷，由此產(chǎn)生的是快速減壓（程序Ⅲ），減壓時間不超過15s。

• 試驗保壓時間

試驗持續(xù)時間應(yīng)代表裝備在低氣壓環(huán)境下的預(yù)期使用時間，以滿足裝備在規(guī)定的時間內(nèi)充分承受低氣壓應(yīng)力的作用。但在大多數(shù)情況下，裝備缺陷會在短時間的低氣壓應(yīng)力作用下就暴露出來，所以模擬實際低氣壓環(huán)境時間的必要性不大，因此可以適當縮短時間。

• 程序I“貯存和（或）空運”在57kPa下保持至少1h；

• 程序II“工作和（或）機外掛飛”至少要進行到各項性能檢測完為止；

• 程序III“快速減壓”在18.8kPa下穩(wěn)定保持至少10min；

• 程序IV“爆炸減壓”在18.8kPa下穩(wěn)定保持至少10min。

最后，結(jié)合上述的低氣壓壓力、應(yīng)用對象，試驗程序、保壓時間、氣壓變化速率等內(nèi)容。

另外，GJB150A把試件技術(shù)狀態(tài)也作為一個試驗條件考慮進行剪裁，所以對于GJB 150.2A低氣壓（高度）試驗來說，應(yīng)根據(jù)預(yù)期裝備的實際狀態(tài)，來確定試件試驗時的狀態(tài)。

• 運輸、貯存狀態(tài)（運輸箱及容器貯存）適用于程序I

• 正常工作狀態(tài)適用于程序II、III、IV

在低氣壓環(huán)境應(yīng)力的作用下，裝備或元器件的性能都會受到較大的影響，為了提高產(chǎn)品的可靠性，考核產(chǎn)品在低氣壓環(huán)境下的適應(yīng)能力時，應(yīng)充分了解低氣壓的作用機理、試驗條件、標準的應(yīng)用范圍等內(nèi)容。