范圍

　　本部分規定了軍用裝備實驗室振動-噪聲-溫度試驗的目的與應用、剪裁指南、信息要求、試驗要求、試驗過程和結果分析的內容。

　　本部分適用于對軍用裝備進行振動-噪聲-溫度試驗。

　　2引用文件

　　下列文件中的有關條款通過引用而成為本部分的條款。凡注日期或版次的引用文件，其后的任何修改單(不包括勘誤的內容)或修訂版本都不適用于本部分，但提倡使用本部分的各方探討使用其新版本的可能性。凡不注日期或版次的引用文件，其新版本適用于本部分。

　　GJB150.1A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第1部分：通用要求

　　GJB150.2A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第2部分：低氣壓(高度)試驗

　　GJB150.3A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第3部分：高溫試驗

　　GJB150.4A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第4部分：低溫試驗

　　GJB 150.*-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第5部分：溫度沖擊試驗

　　GJB150.9A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第9部分：濕熱試驗

　　GJB150.1*-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第15部分：加速度試驗

　　GJB15(U6A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第16部分：振動試驗

　　GJB150.17A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第17部分：噪聲試驗

　　GJB150.18A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第18部分：沖擊試驗

　　GJB 150.20A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第20部分：炮擊振動試驗

　　GJB 150.24A-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第24部分：溫度-濕度-振動-高度試驗

　　GJB 150.27-2009軍用裝備實驗室環境試驗方法第27部分：爆炸分離沖擊試驗

　　GJB 899-1990可靠性鑒定和驗收試驗

　　GJB 1172-1991軍用設備氣候極值

　　GJB 4239裝備環境工程通用要求

　　3目的與應用 3. 1目的

　　進行振動-噪聲-溫度試驗是為了確定在掛飛期間振動、噪聲和溫度對飛機外掛的綜合作用的效應。這類試驗可用于(但不局限于)下列目的：

　　a) 暴露和修改設計薄弱環節(試驗、分析和改進設計);

　　b) 確定設計是否滿足規定的可靠性耍求(可靠性驗證試驗);

　　c) 在產品出廠之前，暴露工藝或部件缺陷(篩選試驗);

　　d) 基于產品小子樣試件的故障時間，估計批量產品的平均故障間隔時間MTBF(抽樣驗收試驗);

　　e) 基于產品小子樣試件的故障時間，確定產品之間的相對可靠性(產品來源比較試驗)。

　　3.2應用

　　本試驗主要用于測試外掛內部的電子設備和其他機電設備在振動-噪聲-溫度環境下的功能。作為

　　試驗的附加效應，溫度變化可能導致外掛濕度應力改變，當解釋試驗結果的數據時，應注意這類應力的 效應。典型的應用包括：

　　a) 外掛在研制階段的可靠性增長;

　　b) 外掛可靠性指標的評估;

　　c) 制造廠商在生產期間的產品篩選;

　　d) 交付之前批量接收的判定;

　　e) 兩種不同來源的產品質量相對差異的判定。

　　3.3限制

　　本試驗的限制如下：

　　a) 本試驗不包括外掛或其任何獨立部件功能的環境設計鑒定試驗。對于這類試驗，見GJB 150.2A 一2009、GJB 150.3A-2009、GJB 150.4A-2009、GJB 150,*—2009、GJB 150.9A—2009、 GJB 150J*-2009、GJB 150.16A—2009、GJB 150.17A-2009、GJB 150.18A—2009、GJB 150.27 —2009 和 GJB 150.24A—2009。

　　b) 本試驗不包括外掛構架或其他結構部件的結構完整性的環境設計鑒定試驗。

　　c) 本試驗僅包括與可靠性試驗有關的振動、噪聲和溫度綜合環境試驗，不包括滿足壽命期環境剖面要求的任何環境試驗。

　　4剪裁指南

　　4.1選擇試驗方法 4. 1. 1概述

　　分析有關技術文件的要求，應用裝備(產品)訂購過程中實施GJB4239得出的結果，確定裝備壽命 期內振動-噪聲-溫度綜合環境出現的階段，根據下列環境效應確定是否需要進行本試驗。當確定需要進行本試驗，且本試驗與其他環境試驗使用同一試件時，還需確定本試驗與其他試驗的先后順序。

　　4. 1.2環境效應

　　4. 1.2.1振動一噪聲一溫度環境的效應

　　振動、噪聲和溫度綜合效應可包括這些因素單獨引起的所有效應(見GJB 150.16A-2009、 GJB 150.17A-2009和GJB 150.24A-2009)。另外，溫度變化導致的濕度應力增加可能產生的效應參見 GJB150.3A—2009、GJB150.4A—2009、GJB150.*-2009 和 GJB150.9A—2009。振動、噪聲和溫度綜

　　合環境可能相互影響，產生在任何單一環境或較少的環境綜合中不出現的效應。在下面討論中指出了適 用于本試驗的重要的效應機理。

　　4.1.2. 2環境應力的相對重要性

　　并非所有的環境應力對裝備的退化或失效有同等的作用。對作用于外掛的飛機環境應力引起的使用 故障分析表明，引起故障的四種最重要的應力如下：

　　a) 掛飛產生的工作載荷;

　　b) 溫度;

　　c) 振動;

　　d) 濕度。

　　4, 1_2_3其他環境應力

　　對于特定的裝備，考慮所包含的其他環境應力可能是重要的。通常，不宜包含很少出現的極限應力， 這些極限應力宜用單一環境試驗考核。對于單獨的應力，判定的一般準則是，若應力“出現時間的比例” (FTO)小于總時間(規定為外掛平均故障間隔時間MTBF)的10%，則可認為該條件不足以包含在本試驗 中。在估算出現時間的比例時，應考慮服役使用過程中的所有環境，并采用較嚴酷的環境。對于某一應力值，將FTO定義為外掛在該應力環境作用下的時間與總觀察時間(外掛的平均故障間隔時間)之比。

　　應力發生的概率與某一應力過程將要出現的概率有關，而可能與特定的時間間隔無直接的關系。FTO 可用于提供應力概率分布的估計值，且更為準確。例如：如果應力條件是在外掛上一點的加速度的*值，其值大于5g，則從規定的時間間隔內自譜密度估計中容易確定出現時間的比例。這表示一個平穩高斯時間歷程，其均值為零，標準偏差等于自譜密度估計以內面積的平方根。出現的概率與超過5盡的 次數有關，但從一次出現到下一次出現，大于技的總時間可能變化，這取決于自譜密度估計中的差異，并與每個平穩高斯自譜密度估計的持續時間有關。

　　4.1.2,4 工作

　　任何裝備的工作都能產生引起故障的應力。對于飛機外掛，工作一般意味著提供滿載電功率，并產 生熱、電磁和電化學應力。負載循環(開/關)、低電壓和高電壓、電源波動和電壓尖峰脈沖也可能是重要的應力。即使當工作應力可以忽略時，為了檢查存在的故障，仍應在試驗中運轉裝備。許多溫度引起 的故障和某些振動引起的故障是可逆的，至少在初期如此。當試驗繼續進行時，可逆的故障往往變為不可逆。因此，常在環境應力條件下進行功能測試。

　　4.1.2. 5 溫度

　　4.1.2. 5.1 概述

　　對內部部件最嚴重的溫度沖擊可能來自處于寒冷狀態的裝備通電。為了以適當的比例誘發所有與溫 度有關的應力，需使用外掛的熱模型預示服役任務剖面下若干內部點的溫度和變化率。

　　4.1.2. 5.2環境溫度

　　環境溫度較大的變化出現在地球表面附近。在許多情況下，外掛經受的極端低溫狀態是直接由飛行 之前的環境低溫所造成的，原因是有足夠的溫度浸透時間并且沒有內部功率耗散或氣動加熱。因此，在確定掛飛的初始溫度時，重點考慮地面溫度。為了使下一個模擬任務階段的溫度正?；?，試驗溫度循環 可能需要包含一個模擬在地面上的周期;否則，一個不間斷的模擬任務序列往往可能使平均的內部溫度高于或低于實際任務的溫度。GJB 1172-1991提供了各種區域的地面環境氣溫及其出現的概率。應當注 意該文件中引用的溫度沒有包括直射陽光的加熱效應或輻射到夜晚天空所造成的冷卻效應。因此，在確定飛行前的溫度時，應考慮輻射產生的熱交換效應，并應從出現的概率轉換到出現時間的比例。

　　4.1.2. 5. 3氣動加熱

　　在掛飛期間，高對流熱交換率將導致外掛的表面溫度接近附面層的溫度。附面層的空氣回復溫度主 要取決于環境溫度和飛行速度，式(1)給出了其函數關系：

　　A/2

　　T~T06 [l+r(/-l)—] (1)

　　式中：

　　Tr—附面層空氣回復溫度，

　　r〇——海平面空氣溫度(標準天)，288.16°K;

　　Q 一飛行高度上的溫度與海平面溫度(標準天)之比(在兩種高度范圍內隨高度變化，見

　　GJB 150.16A—2009 中的表(16);

　　r——0.87,附面層溫度回復系數; y——1.4,空氣比熱因子;

　　M——飛行馬赫數。

　　在環境溫度較低的高空，通常以較高的馬赫數(>0.80)飛行，因此，低溫一般被氣動加熱所緩和。 由于附面層熱交換占優勢，因此，在掛飛中的輻射熱交換可以忽略。

　　4. 1,2, 5. 4功率耗散

　　盡管高對流熱交換率往往將外掛的表面保持在附面層空氣回復溫度上，由于電子設備的功率耗散， 內部溫度可能相當高。因此，應剪裁受試裝備的負載循環以反映實際的工作，并與外部溫度協調以實現預期溫度的良好復現。

　　4. 1.2. 5. 5溫度梯度

　　最嚴重的溫度梯度通常將是處于寒冷狀態的裝備通電時的溫度梯度。由于飛行速度和高度的變化， 使表面溫度比內部溫度變化更快，也將出現溫度梯度。

　　4. 1.2,6 振動 4. 1.2.6. 1 概述

　　振動可能導致零件的機械疲勞失效、相對運動(可產生磨損)、多余物遷移(導致電氣短路)以及顫噪 效應和摩檫電噪聲(造成的電路性能下降)。試驗和理論分析表明，各種故障模式的相對可能性隨振動量 值而變化。為了以適當的比例復現服役過程的故障模式，需要按幾個量值進行試驗，在每一量值中保持時間的百分比與服役使用過程的預示結果相同?？梢哉J為振動譜包括兩部分：低頻部分.飛機通過外掛 構架傳遞到外掛的振動(這不是低頻振動的*振源，但是主要振源);高頻部分，由直接作用于外掛表 面的附面層壓力脈動所激發的振動。通常，外掛構架的機械阻抗使得低頻與高頻之間的分界線在 100Hz?200Hz 之間。

　　4. 1.2, 6. 2低頻振動

　　低頻振動主要導致對結構包括支架、大電路板和機電裝置(例如陀螺儀、繼電器)的失效。低頻振動 主要來自飛機，因此通過振動臺在掛點的輸入激勵能較好地復現，參照GJB150.16A-2009。應注意脈 動氣動力也可作用于低頻范圍。對于控制面、翼面或其他具有大的面積-質量比的結構，氣動力的作用可能占優勢。因此，不能將試件的低頻振動作為翼面、垂尾或其附件的結構疲勞壽命試驗。通常，需要 進行單獨的部件試驗以確定其結構疲勞壽命。

　　4, 1.2, 6. 3高頻振動

　　高頻振動(高于外掛連接能夠傳遞的振動頻率)是由附面層紊流所激發的。主要導致電子產品故障， 但不會引起外掛的結構失效。對于外掛，附面層壓力脈動的主要特征是：

　　a) 壓力譜幾乎是平直的，一直到外掛部件局部響應的高頻率(壓力譜的-3dB點約為4 000Hz)。

　　因此，外掛的振動譜幾乎完全由其固有頻率響應所決定。

　　b) 壓力脈動和相應的振動的均方根量值近似正比于動壓…動壓g是飛行速度和高度的函數(見

　　式⑵)：

　　q=Lp〇aV2M2 (2)

　　式中：

　　q --- 動壓，kN/m2;

　　p〇——海平面大氣密度，1.2251 Xl(T3kg/m3;

　　^——當地大氣密度與海平面大氣密度之比(標準大氣)(在兩種高度范圍內隨高度變化，參見 GJB 150.16A—2009 中的表 C.6);

　　V,——海平面聲速(標準大氣)，340.28 m/s;

　　M---- 飛行馬赫數。

　　注：飛機的飛行速度一般都用修正的空速或馬赫數表達。更詳細的說明和計算方法，參見GJB 15CU6A-2009

　　的B.2.6和表C.6。通過飛行實測結果確定外掛上特定點的振動M值與飛行動伍之間的比值。若不能獲得飛行數據，則使用其他外掛的類似結果或以GJB 150.16A—2009的表C.5和圖C.12、圖C.13以及圖C.14作 為指南。

　　4. 1,2. 7 濕度

　　濕度連同可溶解的污染物能夠引起腐蝕效應，接通電源時可能引起短路，冷凝水在狹窄空間內結冰 可能產生機械應力。試驗循環應提供水蒸氣擴散和冷凝。對于誘發故障，水氣的總量一般不重要，因此，在試驗中不需?？刂茲穸取１驹囼灢荒芴娲g試驗，如鹽霧試驗。

　　4. 1.2. 8 沖擊

　　與振動類似，沖擊產生的機械應力導致產品故障。在試驗中可包括更近似于瞬態振動的沖擊，如飛 機彈射起飛和攔阻著陸沖擊。但對于短持續時間的沖擊，例如信號點火、子母彈的發射和飛行舵面的操縱等沖擊，通常難以在外掛級別上復現。這些可能導致電子產品故障的沖擊應在其他的分析和試驗中解 決(見GJB 150.18A-2009和GJB 150.27-2009)。若分析表明本試驗的振動量值超過沖擊，則認為試驗覆蓋了沖擊(見 GJB 150_18A-2009)。

　　4. 1 ? 2. 9 局度

　　通常，在本試驗中不需要高度模擬。但是，壓力變化可能增強潮濕滲透，壓力降低可減少熱量耗散、 提高溫度，并可增強電弧效應。對于電弧效應應單獨進行抗電弧能力的試驗。潮濕滲透一般不考慮壓力變化，在大多數情況下，只要足以產生內部冷凝，夾帶的水氣的總量并不重要。對于熱交換減少可通過 限制空氣流通而不是降低環境壓力來實現。

　　4.1.2. 10其他環境

　　盡管本試驗主要復現與外掛掛飛有關的環境應力，但可擴展到外掛壽命期的其他階段，只要那些階 段的相對持續時間與掛飛有關，例如，在試驗中，可包括代表運輸和裝卸的沖擊和振動時間。在試驗中，不應預計不產生在時間上隨機分布的故障的環境。例如，腐蝕性大氣和霉菌生長環境，即使有故障，也 僅在相當長的時間以后出現;外掛投放沖擊、砂塵和浸潰環境故障出現與否與環境的嚴酷度有關而與時間無關。這些環境不適合于本試驗。在決定包含哪些環境時要特別小心，以外掛發射子彈、照明彈、千 擾箔條或其他物品為例，由于其中存在一系列沖擊事件，可能成為外掛連續工作環境的一個重要部分，在此情況下也可能在外掛表面形成敞開的空腔，從而產生長時間的高強度的空腔噪聲。

　　4.1.3選擇試驗順序 4. 1.3. 1 —般要求

　　見 GJB 150.1A—2009 中的 3.6。

　　4. 1.3. 2特殊要求

　　本試驗應用于外掛壽命期最終階段中出現的環境應力。當單一的試件經受本試驗和本標準的其他環 境試驗時，在模擬壽命期較早階段的試驗之后進行本試驗，但應在模擬外掛投放/發射、自由飛行、目標撞擊等試驗之前。

　　4.2選擇試驗程序

　　本試驗只包含一個試驗程序，可根據不同的試驗要求進行剪裁。

　　4.3確定試驗條件

　　選定本試驗后，還應根據有關文件的規定和為該程序提供的信息，選定該程序所用的參數量值、試 驗條件和試驗技術。，確定試驗量值時應考慮以下內容：與本標準中的其他部分不同，本試驗沒有包含試驗條件的任何參照值。振動、噪聲、溫度和負載循環的綜合環境太復雜，并且裝備應用的變化太大，這 里無法給出詳細的說明。作為替代，本試驗提供了編寫試驗程序的指南，這種試驗程序或多或少是針對特定的試驗裝置和試件。附錄A提供了試驗量級和試驗條件制定的一個詳細實例。在使用本試驗之前， 應研究附錄A中的實例。在試驗量級和條件的制定中，應明確下列問題：

　　a) 任務描述，以導出任務剖面。

　　b) 任務分析，以導出：

　　1) 任務溫度分析，用于隨時間的任務溫度剖面的制定。

　　2) 任務振動譜識別，用于隨時間的任務振動剖面的制定。

　　注：應注意規定的任務振動譜將是振動-噪聲試驗期間復現的譜。在復現譜的過程中，將使用振動和噪 聲的綜合激勵。由于服役過程的噪聲環境不能直接復現，因此，任務噪聲譜技術條件是名義上的并不重要。

　　3) 任務工作負載循環，用于外掛的功能特性剖面^

　　4.4試件的技術狀態

　　4. 4. 1 —般要求

　　見 GJB 150.1A—2009 中的 3,9。

　　4.4.2特殊要求

　　試件的技術狀態對試驗結果的影響很大。應使用在壽命期剖面內預計的裝備技術狀態。至少應考慮外掛掛飛的工作狀態。

　　本文由振動-噪聲-溫度試驗廠家偉思實驗儀器收集整理自中國可靠性網，僅供學習和交流，版權歸原作者所有!