長期以來，我們的產(chǎn)品在試驗(yàn)室測試時(shí)都能滿足性能和功能的要求，但是一旦交付用戶使用后若干時(shí)間后，就會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的問題，筆者曾為此感到深深的困惑，也深深的感到有必要把對產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性考核有針對性的納入產(chǎn)品檢測和試驗(yàn)的過程，并且將此固化成一個(gè)試驗(yàn)程序，在通過與技術(shù)人員和工藝人員的共同討論后，撰寫了這篇文章，希望以此文拋磚引玉，把對產(chǎn)品的環(huán)境考核研究引向深入。
引言
現(xiàn)代武器裝備既面臨車載、艦載、機(jī)載、室內(nèi)、野外、邊防和海防等條件，也有氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境、電磁環(huán)境、生物及化學(xué)環(huán)境等，除了要滿足產(chǎn)品基本戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)以外，能否適應(yīng)復(fù)雜多變的環(huán)境也成為設(shè)備重要特性?！堆b備環(huán)境工程通用要求》（GJB 4239）中明確規(guī)定，環(huán)境適應(yīng)性是裝備在其壽命期預(yù)計(jì)內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能、性能和（或）不被破壞的能力，是裝備的重要質(zhì)量特性之一。
因此不斷提高軍事裝備的環(huán)境適應(yīng)能力是裝備制造廠及其結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)人員始終需要關(guān)注并加強(qiáng)研究的課題，也是裝備能否形成戰(zhàn)斗力的一個(gè)重要因素。
開展環(huán)境適應(yīng)性研究的必要性
近些年來，我所為部隊(duì)、院所承制多臺(tái)套、多品種的液冷源設(shè)備，產(chǎn)品覆蓋了實(shí)驗(yàn)室用小型液冷源、為機(jī)艙提供保障環(huán)境的空調(diào)車、天線罩環(huán)控空調(diào)、為激光器提供冷源的大型液冷源以及特殊的除濕、恒溫設(shè)備等，使用環(huán)境覆蓋南至南沙島礁，北至東北嚴(yán)寒地帶，平原到山地等多種環(huán)境條件。隨著液冷源設(shè)備的不斷交付使用，產(chǎn)品若干問題和缺陷就相應(yīng)出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)不足、產(chǎn)品交付之前環(huán)境試驗(yàn)不足、環(huán)境試驗(yàn)評價(jià)手段缺乏等突出問題。
針對以上種種不足，我們以GJB 4239為指導(dǎo)原則，以產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)為突破口，初步形成并完善一整套環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)驗(yàn)證規(guī)范，實(shí)踐證明，獲得了良好的效果，顧客滿意度也逐步提高。
液冷源環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)
1.設(shè)計(jì)原則
液冷源工作是通過相變制冷的方式，通過水泵將負(fù)載中的熱量不斷帶出，并能為負(fù)載熱端提供恒定流量、壓力、以及溫度的冷卻介質(zhì)，從而保證負(fù)載穩(wěn)定可靠的工作，其中壓縮機(jī)、水泵、散熱器以及控制器等為其主要組成部分，根據(jù)它們承擔(dān)的任務(wù)和作用看，大致可以分為機(jī)械制冷單元、冷卻液循環(huán)單元、各類調(diào)節(jié)（流量、壓力調(diào)節(jié)）單元、以及電子控制等單元，單元與單元之間又通過金屬管路、電子線路、換熱耦合等方式連接，可以看出，液冷源是一套較為復(fù)雜的機(jī)電設(shè)備，各個(gè)單元在運(yùn)行中相互作用、相互影響，因此在環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)中，應(yīng)充分考慮到液冷源在實(shí)際使用場景中可能經(jīng)受到的各種環(huán)境因素及其應(yīng)力，從液冷源中各個(gè)機(jī)電單元、熱流管路、電子控制器等的運(yùn)行特點(diǎn)出發(fā)，按照系統(tǒng)、整機(jī)、單元、零部件、模塊、元器件到材料的順序，逐級明確防護(hù)對象和防護(hù)等級，并有針對性的采取結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、材料優(yōu)選、工藝措施、冗余設(shè)計(jì)等方法，從而達(dá)到預(yù)期的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)要求。
2.建立環(huán)境載荷及其典型故障模式庫
通過對環(huán)境載荷要求的分析，查閱相關(guān)的資料以及通過多年產(chǎn)品設(shè)計(jì)及維保經(jīng)驗(yàn)的積累，我們對環(huán)境載荷產(chǎn)生的典型故障模式建立了故障模式庫，為設(shè)計(jì)人員提供參考，見下表：
表1 環(huán)境載荷、主要影響、典型故障模式
3.采取的主要措施
1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
a）壓縮機(jī)排氣管上設(shè)計(jì)減振管，增設(shè)消音器。與壓縮機(jī)相連的管道應(yīng)降低連接管的剛度，在不影響性能的前提下，適當(dāng)增加管道的擾度和柔韌性，減輕管路對壓縮機(jī)的束縛作用，保證配管管路的安全，減少配管管路的振動(dòng)，防止其產(chǎn)生共振音等。壓縮機(jī)本體應(yīng)根據(jù)實(shí)際使用場景（如車載、艦載、機(jī)載等）采用減振性能良好的減震材料或減震結(jié)構(gòu)件，以達(dá)到降低壓縮機(jī)的振動(dòng)及防止其傳遞的目的。
b）冷卻液管敷設(shè)時(shí)，在管道支架、吊卡、穿墻處也應(yīng)作減振處理。通常的辦法有: 管道與支架、吊卡間墊軟材料，采用隔振吊架(有彈簧型、橡膠型)。不管氟系統(tǒng)配管還是水系統(tǒng)配管都必須采取有效地減振措施。水泵與水管用撓性軟管連接，以使設(shè)備的振動(dòng)不傳遞給管路。在本系統(tǒng)的艙與艙之間的連接建議采用的是不銹鋼金屬軟管連接。
c）控制器減振設(shè)計(jì)
控制單元所處的柜體采用1~2 mm厚的不銹鋼板折彎焊接制作，底板采用2 mm厚的不銹鋼板折彎焊接制作，由于內(nèi)部安裝的電子元器件較多，電控柜內(nèi)部加焊橫撐和豎撐，增強(qiáng)電控柜整體的剛性；提高結(jié)構(gòu)剛度，防護(hù)低頻激振，元器件結(jié)構(gòu)的低頻振動(dòng)防護(hù)措施見下表。
表2 元器件低頻振動(dòng)防護(hù)措施
2. 耐高低、溫、熱沖擊設(shè)計(jì)
冷卻系統(tǒng)框架、管路等結(jié)構(gòu)件均采用不銹鋼或防銹鋁板等材料制作，選用耐低溫型水泵、風(fēng)機(jī)、閥件、電纜以及其他等元器件和密封件，電氣元器件應(yīng)滿足工作溫度和存儲(chǔ)溫度要求，元器件入庫前做高低溫加隨機(jī)振動(dòng)等應(yīng)力篩選；外表面噴涂選用能耐高、低溫油漆等。
3.防雨設(shè)計(jì)
散熱單元設(shè)計(jì)防雨百葉和活動(dòng)風(fēng)門，設(shè)備表面進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，減少雨水沉積，并進(jìn)行了合理的材料選型，并對外露金屬件和用電設(shè)備進(jìn)行防護(hù)處理，提高防護(hù)等級。
表3 淋雨試驗(yàn)條件
按上述條件淋雨，試驗(yàn)結(jié)束后液冷機(jī)組電控柜內(nèi)部不應(yīng)產(chǎn)生漏水、滲水等，同時(shí)進(jìn)行絕緣和漏電檢測，應(yīng)符合有關(guān)判定準(zhǔn)則要求。
4.三防設(shè)計(jì)
1）材料優(yōu)選：在滿足結(jié)構(gòu)要求的同時(shí)，合理的材料選擇是防止和減輕產(chǎn)品腐蝕、劣化和變質(zhì)的重要手段之一。在選用能夠抵御有害環(huán)境因素的材料的同時(shí)，還應(yīng)滿足電氣、機(jī)械、物理、加工性能、成本等要求；
2）工藝防護(hù)：工藝防護(hù)是滿足和提高環(huán)控設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性能的有效措施。采用熱處理、加工工藝和合理的裝聯(lián)工藝，可以消除應(yīng)力與變形；通過表面鈍化、陽極氧化、特氟龍鍍涂等方法可以提高材料的耐腐蝕性；
3）液冷源主要防護(hù)設(shè)計(jì)和工藝措施
① 框架及結(jié)構(gòu)件采用不銹鋼304材料，表面做鍍涂處理；
② 管路、接頭以及水箱采用不銹鋼316L材料，加熱元器件采用特氟龍?zhí)幚?，防止腐蝕及結(jié)垢；
③ 管路焊點(diǎn)做酸洗鈍化處理；
④ 散熱器采用銅管銅翅片；
⑤ 銅管焊接采用高銀釬焊，焊后做吹凈、干燥處理，焊后表面做清油涂覆處理。
環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)驗(yàn)證與評價(jià)
圖1 主要環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)
在設(shè)計(jì)階段，結(jié)合用戶要求、使用場景包括實(shí)驗(yàn)室環(huán)境、自然環(huán)境等，對產(chǎn)品進(jìn)行壽命周期的環(huán)境剖面處理，得出主要環(huán)境影響因素。我們結(jié)合GJB150A有關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，制定科學(xué)的試驗(yàn)項(xiàng)目（概略如下）：
表4 典型環(huán)境試驗(yàn)項(xiàng)目
經(jīng)過一系列環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)后, 研制部門編制環(huán)境試驗(yàn)設(shè)計(jì)符合性分析報(bào)告，對樣機(jī)的環(huán)境試驗(yàn)的開展情況進(jìn)行總結(jié)和回顧，根據(jù)環(huán)境影響因素的作用機(jī)理以及影響或削弱環(huán)境適應(yīng)性的關(guān)鍵點(diǎn)，及時(shí)提出改進(jìn)建議和規(guī)避措施，為設(shè)計(jì)定型階段的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)工作提供重要的評價(jià)和設(shè)計(jì)基礎(chǔ)。
結(jié)束語
環(huán)境適應(yīng)性要求是武器裝備的重要質(zhì)量特性之一 。本文通過結(jié)合產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 、任務(wù)特點(diǎn)和壽命期環(huán)境剖面，收集多種環(huán)境影響因素和數(shù)據(jù)，建立環(huán)境載荷故障模式庫和環(huán)境數(shù)據(jù)庫，形成相對合理和完善的環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證體系，實(shí)踐表明，液冷源產(chǎn)品的故障率較之前相比明顯降低，客戶滿意度也逐步提高。另外設(shè)計(jì)和質(zhì)量部門結(jié)合G J B 4239-2001的有關(guān)環(huán)境工程管理的有關(guān)要求，開展設(shè)計(jì)要求、分析報(bào)告、審查、評估等工作，從而把環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)工作落到實(shí)處。
引用本文：
杜彬，于世杰，張同升.軍用液冷源產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法研究[J].環(huán)境技術(shù),2023,41(09):6-10.
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