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    兵器环境试验技术

    [兵器环境试验技术]

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    兵器环境试验技术

    在特定的环境中,对兵器性能进行试验,并检验和测量兵器性能的变化和物理特性的变化,确定兵器对各种环境的适应能力,以使武器在未来恶劣的作战环境中具有良好的战术技术性能的技术。兵器环境试验是兵器试验鉴定循环中的重要组成部分。兵器环境试验的根本目的是设计和生产更可靠的产品,确保士兵能在特定的使用环境中有效地使用兵器, 完成预定的作战任务。
      兵器的环境试验可分为两类。一类是实地环境试验,即在与实际使用环境相同或相似的 真实环境中对兵器进行试验。它可以真实地反映出环境对兵器性能的影响和兵器的实际效 能,尤其能真实地反映出各种环境影响因素的综合作用。兵器在定型过程中必须进行这项试验。另一类是模拟环境试验,即在环境实验室中人工模拟一种环境影响因素或几种环境影响因素,在这种人工模拟环境中对兵器进行试验。人工模拟的环境影响因素既可以与实际使用环境相同,也可以比实际使用环境更加恶劣、苛刻。进行兵器模拟环境试验可以在 诸多环境影响因素中选择主要影响因素进行试验,可以强化主要环境影响因素的作用,实 现加速试验,可以节省时间和经费,比较方便,是目前在兵器研制中广泛采用的方法。在兵器的研制和生产中,对材料、零部件和最终产品都要进行这种试验。

    [相关技术]兵器可靠性技术;兵器试验与鉴定技术;环境模拟技术
    [技术难点]
      兵器环境试验的试验场地应能具有广泛的代表性,能进行近可能多的试验项目,并且应与将来可能作战的环境近可能地接近。但是,环境试验场往往与真实的使用环境存在差别。在选择模拟试验项目时,应具体地分析对待试验的兵器的使用要求,应使选择的试验项目既代表了主要的使用环境,又能加快试验速度,节省经费。
     

    [国外概况]
      第二次世界大战中及战后,西方国家,特别是美国建立了一系列的环境试验场及实验室,制定了环境试验标准。美军规定所有武器装备、零部件和材料以及弹药都必须先送到环境实验室进行模拟环境试验,再送到环境试验场进行实地环境试验,只有通过了这些试验才能正式交付部队使用。美军已把环境试验作为试验与鉴定工作的一部分。
      目前,国外已将兵器环境试验标准化,许多国家还制定了环境试验标准,总的来说,这些标准大同小异,主要包括以下环境试验项目:
      (1)低压(高空)试验:试验适用于在飞机货舱中空运的兵器,在高原上使用的兵器和空运兵器在飞机受伤后发生压力迅速下降的情形。试验的目的是检验兵器在低压环境中的使用性能以及压力迅速下降对兵器性能的影响。模拟的最高高度可达30000m(米),试验时取高度相对应的温度值。
      (2)高温试验:试验中兵器处于高温空气中,但不受到阳光直接照射。试验针对高温季节在室内或密闭空间中或接近发动机等热源处储藏或使用兵器的情形。仅当太阳辐射试验不能检验高温效应时才进行这项试验。试验的目的是检验兵器在高温环境中储藏或使用的性能。
      (3)低温试验:试验适用于在寿命周期中很可能在低温环境中使用的兵器。试验的目的是检验兵器能否在长期的低温环境中储藏、操纵控制和作战。
      (4)热冲击试验:试验适用于在预定的使用区域或使用模式中经常经受极迅速温度变化的兵器。例如:从沙漠机场起飞升到高空的飞机上的电子装备吊仓、导弹、光电设备和 炸弹仓中的炸弹;从高空向沙漠地区空投的兵器;在北极地区从室内向室外转移的兵器。
    目前仅进行空气中的热冲击试验,将来有可能进行从空气进入到水中的热冲击试验。进行热冲击试验的目的是检验环境温度骤然变化对兵器性能的影响。 

    (5)太阳辐射(日照)试验:这是一项对暴露在阳光下的兵器及其制造材料进行的试验。太阳辐射可引起光化学效应和热效应。在大多数情况下,这项试验可以代替高温试验 。通过日照试验可检验太阳辐射对兵器或有关材料的使用或露天存储的影响。
      (6)淋雨试验:试验适用于使用过程中有可能受到雨淋的兵器。淋雨试验包括无风时的淋雨试验和有风时的淋雨试验。淋雨试验的目的是检验遮雨器材的防水性能,检验兵器在淋雨期间和淋雨之后的性能。
      (7)防潮试验:试验适用于可能在温暖潮湿的环境中使用的兵器。热带地区全年、中 纬度地区一年有长短不等的季节就是这种温暖潮湿的环境。试验的目的是检验兵器对温暖潮湿的环境的适应能力。
      (8)防霉试验:温暖和潮湿是微生物生长的条件,广泛存在于热带和中纬度地区。所 有标准通用兵器装备在设计时都应考虑防霉问题。试验的目的是评定兵器发生霉变的程度和霉变对兵器性能或使用的影响程度。
      (9)盐雾试验:盐在地球上分布非常广泛。海洋、大气、地面、湖水和河流中都有盐 ,尤以沿海地区含盐量比较大,海洋中含盐量最大。不与盐接触的兵器是没有的。因此,所有的兵器在其寿命周期中都处于某种形式的盐环境中。盐雾试验的目的是检验含盐潮湿大气对兵器性能的影响,特别是检验涂覆保护层的性能和材料的相容性。


      (10)沙尘试验:试验适用与在干沙或尘土含量比较高的空气中使用的所有机械的、电 的、电子的和电化学的兵器。试验分为扬尘试验和扬沙试验。扬尘试验使用尘土和细沙,细小的尘埃可以进入缝隙、裂缝、轴承和连接处。扬沙试验使用149~850μm(微米)的沙粒,大而锋利的沙粒能产生侵蚀和阻塞作用,降低装备的有效性、可靠性和维修性。沙尘 试验的目的是检验兵器在沙尘环境中的使用和存储能力。
      (11)浸水试验:浸水试验包括浸水、滴水和加压水试验。浸水试验适用于要求水密性 的装备和全部或部分浸入水中使用的装备。在某些情况下,这项试验可以代替淋雨试验检
    验水密性。试验的目的是检验兵器浸入水中不漏水的能力。
      (12)冻雨试验:试验适用于在正常使用中会遇到冻雨的装备。试验的目的是为了检验雨、雾和溅起的海水落在装备上结冰后对装备使用性能的影响,还用于评定除冰装置和技 术。
      任何兵器在定型装备部队前都必须进行实地环境试验,模拟环境试验不能代替实地环境试验。实地环境试验实现了各种环境影响因素以及使用兵器的士兵等对兵器的使用性能有影响的各种因素的最大限度综合,这种环境最接近真实的使用环境,能在试验中发现单一的乃至仅综合几项环境影响因素的模拟环境试验不能发现的问题。实地环境试验比较偏重 于对兵器装备的整个系统进行试验。
      美国主要根据温度并适当考虑湿度将地球分为三种气候区,即干热地区、湿热地区和寒 冷地区,同时针对每一种气候类型建立一个自然环境试验场,它们分别是陆军沙漠自然环境试验中心,陆军热带试验中心和陆军寒区试验中心。
      美国陆军沙漠自然环境试验中心设在亚利桑那州的尤马试验场。尤马试验场处在戈诺兰 沙漠中心,占地3590Km2(平方公里)。尤马试验场几乎拥有世界上所能见到的各种沙漠地 形,可以检验高温、太阳辐射、沙、尘和低湿度等对武器装备的综合影响。
      尤马试验场晴天多,相对湿度低,昼夜温差大,降雨量少。一年中几乎有一半的日子白 天气温超过32℃,6~9月份白天平均温度超过38℃,受阳光直射的物体温度比周围气温高 过27℃。年平均降雨量约76mm(毫米),主要是中到大阵雨,具体年份的降雨量由13~ 299mm大小不一,某些年份有几个月可能非常干燥。白天少云,地面受到的阳光照射 率高。每年大约有295个晴天,55天局部有云,15天阴天。一年中有一天浓雾,10天风暴,95%的日照时能见度至少在16km(公里)以上。

    尤马试验场可以对各种兵器进行环境试验,其中包括远程身管火炮、用于空投的武器装 备、155mm及以上口径的弹药、旋翼飞机、飞机武器系统、飞机上的各种装备、士兵的装 备、坦克炮、履带车辆和轮式车辆、燃料和润滑油等各种武器装备及零部件和材料。   美国在巴拿马共和国伊斯穆斯地区的克雷顿堡建立了陆军热带试验中心。在这个仅约8 8km(公里)宽的区域内,环境有很大的差别。靠近大西洋岸边非常潮湿,年降雨量约500 0~12700mm(毫米),靠近太平洋岸边较干燥。在这里可以找到与世界上任一热带地区 相似的地点。这里既有大西洋沿岸的热带雨林,又有太平洋沿岸的半落叶林,还有红树林 、沙滩和岩滩、淡水沼泽、草地和大草原,是极好的热带环境试验场地。
      此外,伊斯穆斯地处热带,温度高,湿度大,适合霉菌生长繁殖,白蚁等昆虫多且活跃 ,日照强烈,大气中含盐量大。
      在热带试验中心要进行技术试验和室外储藏试验,为器材开发提供所需的数据,并有力 地支持导弹司令部等单位的储藏可靠性计划和材料研究计划。
      美国陆军寒区试验中心建于1949年,设在阿拉斯加州的格瑞利堡。格瑞利堡占地2661k m2(平方公里),在阿拉斯加山脉以北,处于广阔的坦纳诺河谷中。格瑞利堡属亚北极气 候,亚高山型植被覆盖着大片保留地。地势由北向南增高,80km范围内就有亚北极区可 以找到的几乎所有环境,南部高山崎岖,有冰川雪原,泥沼地和永久冻土带,冻土厚15~ 30cm(厘米)不等,德尔塔河和贾维斯湾一带有冰川流。格瑞利堡周围有低矮的灌木 丛,矮小的松树以及许多小溪和河流,还有大片人迹不到的平坦地带。
      格瑞利堡10月的温度低于-18℃,11月下旬的温度可达-35℃,1月月平均气温-20℃,从 12月初到2月中旬的2个月或3个月内不到20%的时间可望有-35℃或更低的极端温度,最冷 时曾达到-58℃,-18℃~-32℃的温度常常超过5个月(从10月中到3月中)。
      降雪小,雪呈粉末状,有强大的漂移趋势,开阔地很少有大面积积雪,年平均降雪约1 040mm。 中国可靠性网,寒区试验中心对各种军事装备和系统进行试验,主要包括武器弹药、车辆、装甲、服装 、食物、救生设备、机动设备、航空设备、扫雷设备和各种支援设备等等。主要研究工程 质量和环境对人机关系的影响。试验主要在10月初到3月底的6个月内进行。
      虽然实地环境试验是最真实的环境试验,但是模拟环境试验使用得更多。模拟环境试验有便宜、方便、省时、灵活和不受自然条件制约的特点,可以针对主要影响因素进行试验 。特别是在产品的设计研究阶段,在对材料和零部件进行试验时,主要应用模拟环境试验的方法。
      大部分的环境模拟试验室由试验实主体和附属系统两部分组成。试验室主体能容纳试验品和维持试验条件。根据不同的试验对象和要求,试验室的体积可大可小,小的仅是一个箱子,可以移动;大的可以容纳牵引车--拖车和坦克等大型装备。附属系统包括致冷系统 、通风系统、真空系统、水处理系统、电源系统和控制系统以及产生试验要求的特殊条件 的装置,例如:砂尘试验要求的砂尘循环装置等。附属系统起生成试验条件的作用。
      国外兵器试验机构都拥有多种各式各样的环境试验室,许多兵器生产和民品生产厂商也拥有许多环境试验室。使用最广泛的环境实验室是温度--湿度和温度--高空试验室。
      阿伯丁试验场有一大型温度-湿度试验室,试验室长23m(米),宽12m,高7m。试验室两端设有武器通行门,门宽和高都是5m,侧面设有人员通行门。控制室紧邻试验室,人员可以由控制室进入试验室的每一半边。
      该试验室(包括单室结构和双室结构)的温度可控制在-57~77℃之间,误差正负1.1℃,相对湿度最高为98%,误差正负2%,风速是5m/s(米/秒)和0.8m/s。
      试验室能在24h(小时)内从21℃上升到77℃或下降到-57℃。以双室结构进行试验时,每个室的环境参数可以独立调节。
    [影响]
      环境试验是兵器研制过程中一个必不可少的重要环节,对提高兵器的可靠性有重要作用。一件兵器不论采用多么先进的技术,设计和制造得多么精巧,最终要适应其使用的环境,能在该环境的实战中稳定地发挥作用,取得比其它兵器更大的歼敌效果。兵器的对环境的适应性最终必须靠环境试验来检验,这是关系到士兵生命的重要问题,对这一点不能有丝毫的含糊。例如,有的火炮在平原地区使用得非常好,但不能想当然地认为它在高原地区使用时会表现得同样好,实际上它很可能表现得不那么好,或者表现得很不好。

    实验室名称:北京机械工业仪表所可靠性与电磁兼容检测中心
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    实验室地址:北京市广安门外大街甲397号北京机械工业仪表所


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