趙青，吳瑞軒

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

空空導(dǎo)彈新研元器件振動(dòng)試驗(yàn)條件的設(shè)計(jì)是空空導(dǎo)彈系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)工作的重要組成部分，貫穿于空空導(dǎo)彈論證、方案制定以及工程研制等各階段，其設(shè)計(jì)是否合理，將直接影響飛行的成敗和空空導(dǎo)彈系統(tǒng)的先進(jìn)性。

目前，空空導(dǎo)彈新研元器件既按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中的規(guī)定條件開(kāi)展振動(dòng)試驗(yàn)，又按照型號(hào)要求的振動(dòng)條件開(kāi)展振動(dòng)試驗(yàn)，并且振動(dòng)試驗(yàn)量級(jí)是在型號(hào)條件基礎(chǔ)上放大1.5~2倍。這有可能造成過(guò)試驗(yàn)或者重復(fù)試驗(yàn)，加長(zhǎng)了試驗(yàn)周期，增加了試驗(yàn)成本。

另外，GJB 150.16A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 振動(dòng)試驗(yàn)》附錄B中規(guī)定對(duì)某一特定裝備，并不一定要做所有類(lèi)型的振動(dòng)試驗(yàn)，因?yàn)樗械脑囼?yàn)都會(huì)消耗疲勞壽命，最重要的是通過(guò)試驗(yàn)方法剪裁獲得預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果[1]。制定合理的新研元器件振動(dòng)試驗(yàn)條件，是空空導(dǎo)彈研制過(guò)程中一項(xiàng)急需解決的技術(shù)關(guān)鍵。

1 新研元器件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)條件

1.1 振動(dòng)量級(jí)

空空導(dǎo)彈用新研元器件包括電子及電氣元件、微電子器件、電連接器、控制電機(jī)、半導(dǎo)體分立器件等，其所依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)及標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的振動(dòng)條件見(jiàn)表1、表2。

表1 元器件依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1 Component standard

本文只討論新研元器件的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件。從表1可以看出，新研元器件相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)條件都指向GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法214。本文以該標(biāo)準(zhǔn)中的振動(dòng)試驗(yàn)條件為例進(jìn)行討論。

從表2可以看出，該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩組試驗(yàn)條件：試驗(yàn)條件 I（振動(dòng)試驗(yàn)譜見(jiàn)圖1a）、試驗(yàn)條件 II（振動(dòng)試驗(yàn)譜見(jiàn)圖1b），每組條件都包括“A—K”10種試驗(yàn)條件。而從振動(dòng)試驗(yàn)譜看出，試驗(yàn)條件Ⅰ從1000 Hz以上按6 dB/倍頻程衰減，對(duì)新研元器件高頻考核不充分；試驗(yàn)條件Ⅱ從1000~2000 Hz沒(méi)有衰減，考核較嚴(yán)格，型號(hào)研制中一般采用試驗(yàn)條件Ⅱ。試驗(yàn)條件Ⅱ中的頻率范圍為50~2000 Hz，其10種試驗(yàn)條件對(duì)應(yīng)的振動(dòng)量級(jí)為0.2~1.5g2/Hz。目前，空空導(dǎo)彈對(duì)新研元器件質(zhì)量等級(jí)要求較高，通常選用II-E（加速度均方根值20g）、II-G（加速度均方根值28.3g）進(jìn)行考核。

表2 GJB 360B—2009 電子及電氣元件試驗(yàn)方法方法214的隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)條件Tab.2 Vibration test conditions of GJB 360B—2009 the methods for electronic and electrical component parts Method 214

圖1 GJB 360B方法214中的試驗(yàn)條件Fig.1 Test conditions of method 214 in GJB 360B:a) test conditionⅠ, b) test condition Ⅱ

1.2 振動(dòng)時(shí)間

該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的振動(dòng)時(shí)間有 4類(lèi)：3、15、90、480 min，具體試驗(yàn)時(shí)間按照相關(guān)文件或從上述時(shí)間中選取。

2 空空導(dǎo)彈要求振動(dòng)試驗(yàn)條件

目前，空空導(dǎo)彈根據(jù)壽命期經(jīng)歷環(huán)境，一般開(kāi)展掛飛振動(dòng)、自由飛振動(dòng)、機(jī)動(dòng)抖振等振動(dòng)試驗(yàn)?？湛諏?dǎo)彈用新研元器件也要依次開(kāi)展上述振動(dòng)試驗(yàn)，而且振動(dòng)量級(jí)是在型號(hào)要求的振動(dòng)條件基礎(chǔ)上進(jìn)行 1.5～2倍加嚴(yán)?，F(xiàn)以某型空空導(dǎo)彈某部件用新研元器件振動(dòng)試驗(yàn)條件為例。

2.1 振動(dòng)量級(jí)

某型空空導(dǎo)彈掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振振動(dòng)譜型見(jiàn)圖2、圖3。其中，掛飛、自由飛頻率范圍為 20~2000 Hz，機(jī)動(dòng)抖振頻率范圍為20~100 Hz。f1、f2、fn與空空導(dǎo)彈質(zhì)量特性、彎曲模態(tài)等有關(guān)。掛飛、自由飛振動(dòng)量級(jí)可根據(jù)GJB 150.16A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 振動(dòng)試驗(yàn)》中表 C.5推薦的振動(dòng)公式及實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)推算得出，機(jī)動(dòng)抖振振動(dòng)量級(jí)為推薦值2.0g2/Hz。

某型空空導(dǎo)彈某部件用新研元器件振動(dòng)量級(jí)是在型號(hào)振動(dòng)基礎(chǔ)上放大1.5~2倍，得出其掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振振動(dòng)量級(jí)，具體見(jiàn)表3。

圖2 掛飛、自由飛振動(dòng)試驗(yàn)譜Fig.2 Captive carriage and free flight vibration test exposure.

圖3 機(jī)動(dòng)抖振試驗(yàn)譜Fig.3 Buffet response

表3 空空導(dǎo)彈某部件用新研元器件振動(dòng)條件Tab.3 Vibration test conditions of new developed components of air-to-air missle

2.2 振動(dòng)時(shí)間

空空導(dǎo)彈掛飛振動(dòng)根據(jù)試驗(yàn)?zāi)康姆譃楣δ茉囼?yàn)、耐久試驗(yàn)。功能試驗(yàn)是為了驗(yàn)證產(chǎn)品在使用環(huán)境下的功能是否令人滿(mǎn)意。耐久試驗(yàn)是為了保證產(chǎn)品在規(guī)定的壽命期內(nèi)是否可以可靠地工作[7]。功能振動(dòng)時(shí)間一般為 1次測(cè)試所需要的時(shí)間，耐久振動(dòng)時(shí)間與掛飛壽命有關(guān)。按照GJB 150.16A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 振動(dòng)試驗(yàn)》[8]規(guī)定，某型空空導(dǎo)彈某部件的掛飛功能振動(dòng)時(shí)間為1 h。當(dāng)掛飛壽命為 150飛行小時(shí)，試驗(yàn)量值為 1.6倍功能試驗(yàn)量值時(shí)，耐久振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間為 46 min，機(jī)動(dòng)抖振試驗(yàn)時(shí)間為10 min，自由飛振動(dòng)試驗(yàn)時(shí)間為30 s，具體見(jiàn)表3。

3 振動(dòng)試驗(yàn)比對(duì)分析

3.1 振動(dòng)量級(jí)

某型空空導(dǎo)彈某部件用新研元器件采用 GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法 214試驗(yàn)條件 II-G（以下簡(jiǎn)稱(chēng) II-G），其與空空導(dǎo)彈某部件用新研元器件的掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振（以下簡(jiǎn)稱(chēng)掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振）試驗(yàn)條件進(jìn)行包絡(luò)，其中，掛飛振動(dòng)以試驗(yàn)量值為1.6倍功能試驗(yàn)量值的耐久振動(dòng)為例，具體見(jiàn)圖4。

圖4 掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振、II-G振動(dòng)條件對(duì)比圖Fig.4 The comparison picture of captive carriage, free flight, buffet response and II-G vibration test condition

從圖4中可以看出，50~2000 Hz，II-G覆蓋掛飛、自由飛振動(dòng)試驗(yàn)條件，在頻率f1~f2，Ⅱ-G比掛飛振動(dòng)試驗(yàn)條件大近4倍。且頻率f2以后，掛飛、自由飛振動(dòng)試驗(yàn)條件以3 dB/倍頻程衰減，沒(méi)有II-G考核充分。20~50 Hz，Ⅱ-G沒(méi)有覆蓋掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振試驗(yàn)條件。

空空導(dǎo)彈上安裝的新研元器件的固有頻率通常>100 Hz，低頻振動(dòng)對(duì)其影響較小[9]。機(jī)動(dòng)抖振是考核產(chǎn)品的低頻響應(yīng)，因此空空導(dǎo)彈新研元器件不考慮100 Hz以下的低頻振動(dòng)響應(yīng)。Ⅱ-G可以對(duì)空空導(dǎo)彈某部件用新研元器件振動(dòng)響應(yīng)進(jìn)行充分考核。

同理可得，對(duì)于空空導(dǎo)彈振動(dòng)響應(yīng)較小的某部件用新研元器件可以用GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法214試驗(yàn)條件Ⅱ-E進(jìn)行考核。

綜上，空空導(dǎo)彈用新研元器件可以用GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法214試驗(yàn)條件Ⅱ-E/G進(jìn)行振動(dòng)試驗(yàn)。

3.2 振動(dòng)時(shí)間

從2.2部分可以看出，掛飛耐久振動(dòng)時(shí)間很長(zhǎng)，即使將試驗(yàn)量級(jí)提高1.6倍，也需要46 min，再加上功能振動(dòng)時(shí)間1 h，一個(gè)方向的振動(dòng)時(shí)間接近2 h。考慮到產(chǎn)品準(zhǔn)備、安裝、測(cè)試等問(wèn)題，有可能一天只考核一個(gè)方向，嚴(yán)重影響試驗(yàn)進(jìn)度，進(jìn)而影響空空導(dǎo)彈的生產(chǎn)交付[10]。

根據(jù)GJB 150.16A—2009《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 振動(dòng)試驗(yàn)》中的疲勞關(guān)系（見(jiàn)公式（1））可知，增加試驗(yàn)量值可以縮短試驗(yàn)時(shí)間?，F(xiàn)在用式（1）計(jì)算當(dāng)掛飛功能、掛飛耐久量級(jí)提高到 II-G的0.4g2/Hz時(shí)，其對(duì)應(yīng)的振動(dòng)時(shí)間見(jiàn)表3（與機(jī)動(dòng)抖振振動(dòng)時(shí)間不做比較）。

由表3可以看出，掛飛+自由飛等效振動(dòng)時(shí)間約為2 min。所以，在GJB 360B—2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法》方法214中選取15 min就可以覆蓋掛飛功能、掛飛耐久、自由飛振動(dòng)時(shí)間。

4 結(jié)論

對(duì)空空導(dǎo)彈新研元器件相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)條件進(jìn)行了整理歸納，與型號(hào)要求的振動(dòng)試驗(yàn)量級(jí)、試驗(yàn)時(shí)間對(duì)比分析，得出新研元器件相應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范規(guī)定的振動(dòng)試驗(yàn)條件覆蓋型號(hào)要求的振動(dòng)試驗(yàn)條件。空空導(dǎo)彈新研元器件可以只按照標(biāo)準(zhǔn)/規(guī)范中規(guī)定的振動(dòng)條件開(kāi)展隨機(jī)振動(dòng)試驗(yàn)，型號(hào)要求的掛飛、自由飛、機(jī)動(dòng)抖振等振動(dòng)試驗(yàn)可以不開(kāi)展，避免了試驗(yàn)重復(fù)，大大縮短了研制周期，減少了研制試驗(yàn)成本。另外，對(duì)于關(guān)鍵新研元器件，建議通過(guò)振動(dòng)響應(yīng)測(cè)試來(lái)確定振動(dòng)試驗(yàn)條件[11]。