GJB 150A与GJB 150内容对比和分析（二）

祝耀昌，王建刚，张建军

（中国航空综合技术研究所，北京100028）

3 GJB 150A与GJB 150在试验方法上的区别和说明

GJB 150A作为剪裁标准，在标准技术内容和编排格式上与GJB 150有很大差别。除了为适应剪裁标准要求而增加相应的技术指导和基本数据之外，每个试验方法中均设置了应用限制、信息要求、试验控制、试件安装与调试、试验前准备和结果分析等章节并提出相应的要求。这些要求的实现将保证试验过程更加科学合理，信息记录更加完整，有助于保证试验结果的准确性和重现性。

3.1 试验方法的增删及考虑

3.1.1 增加4个试验方法

GJB 150在1986年发布时仅包含19个试验方法，1992年原国防科工委军标中心将舰船行业的风压和倾斜、摇摆两个试验方法纳入GJB 150，同时又组织一部分人等效采用MIL-STD-810E《环境试验方法和工程导则》，制定了积冰/冻雨、温度-湿度-振动-高度和振动-噪声-温度 3个试验方法标准，这5个试验方法标准曾作为GJB 150的第二部分出版发行过，但没有正式宣贯。等效采用810E的3个试验方法在型号中没有使用过，因此，大部分人不大了解。在修订GJB 150时，对这3个试验方法标准同样等效采用 810F相应内容进行了修订。

相对于GJB 150和MIL-STD-810E，GJB 150A和810F又增加了流体污染、爆炸分离冲击、酸性大气和弹道冲击4个试验方法。

3.1.2 去除了GJB 150中的2个试验方法

按照810F的思路，因其温度-湿度-振动-高度试验方法可包含 GJB 150中的温度-湿度和温度-湿度-高度2个试验方法，因此 810F已取消这2个方法，GJB 150A也等效采用了810F这种做法。需要指出的是，810F中的这一试验方法，虽然规定其可覆盖这4个因素的任何几个因素的综合，包括6个二因素的综合、3个三因素的综合和1个四因素的综合，但是 GJB 150.24A基本上没有为这10个综合试验的试验应力条件剪裁和如何实施作出详细的指导。仅有的一个例子是带通风冷却和电应力的温度-高度-振动-湿度四因素综合试验。该试验方法提供的试验剖面中并未出现这 4个因素同时作用于受试设备，实际上也不是真正的四综合。由于高空空气稀薄，湿度因素影响可以不计，而在低空低气压下湿度因素的影响不大，也可忽略，因此真正经受这4个因素同时作用且必须考虑其综合影响的设备也很少。另外，该试验方法的应力使用也不再强调极值准则，剖面设计方法与可靠性试验剖面设计方法类似，使得该试验更像是可靠性试验，可操作性很差。GJB 150A完全继承了810F这一特点，因而目前航空产品如何应用这一方法进行温度-高度试验尚需研究。

3.2 试验程序的增删和改变

GJB 150/150A两个标准的各试验方法中均设置有多个试验程序，这是因为即使是同一环境因素，由于装备所处状态、使用模式、应力作用方式和所用试验件或试验设备的不同以及作用机理不一样，需要应用不同的试验程序来模拟这些影响。GJB 150原有的24个试验方法共有53个试验程序，修订后的GJB 150A中，低气压、低温、温度冲击、沙尘、浸渍和加速度6个试验方法各增加1个试验程序，高温试验增加2个试验程序，炮振试验增加3个试验程序，湿热和冲击试验各减少2个试验程序。以上这些试验实际上增加了 7个程序，共有60个试验程序。加上新增加的流体污染、爆炸分离冲击、酸性大气和弹道冲击4个试验方法的11个程序和单独列出1个舰船冲击的试验程序，共有72个试验程序，充分显示了GJB 150A是一个模拟环境更多、模拟方法更完整和多样的试验标准。

3.3 试验条件要自行剪裁确定

GJB 150A作为一个剪裁标准，不再规定明确的试验条件，有的试验要求自行剪裁确定，有的试验给出了推荐选用原则。关于自然气候和生物化学环境的试验，每个试验方法均提供了世界上各类气候地区的自然和诱发环境资料供剪裁时选用；而湿热、霉菌、盐雾、雨淋、沙尘、浸渍等试验方法直接推荐了明确的试验条件；对于振动、冲击和加速度等模拟诱发环境的试验方法，其试验条件的确定强调优先利用试验数据，同时标准中也提供了一些数据和公式，以便在无实测数据情况下选用。

3.4 对试验设备和试验样品的控制要求

总体来说，GJB 150A的各试验方法对试验设备的要求没有很大的变化，只是在GJB 150中对试验设备要求的基础上作出了更为具体、细致的规定。例如，温度冲击试验要求用2个试验箱或1个试验箱两个室，以避免使用温度变化速率大的高低温箱；太阳辐射试验规定了试验箱容积与试件体积之比至少为 10，并对太阳辐射滤光器和辐射表等结构选用和校准等有详细说明；对湿热试验的湿球附近风速和湿球的维护使用作了详细规定等。当然，新设置的试验方法或新增加的试验程序需要有相应的试验设备，其使用方法也应有相应说明。

必须强调的是，由于GJB 150A各个试验方法强调要测量试件附近的应力条件和试件对应力的响应特性，而且强调试验箱应力施加控制系统一定要与试验箱内应力监测记录系统分开，因而各试验单位必须增加温度、湿度、风速、辐射度、加速度等环境测量的各种传感器和测试仪表，配置相应的测试系统，才能满足不同试验对监测和监控的要求。

4 GJB 150A的特点

4.1 具有剪裁标准的特色

GJB 150A是810F的等效标准，标准不再规定试验条件和试验项目顺序等，而仅仅提供剪裁的技术指导和剪裁用的基本数据，或者推荐的试验条件、计算公式和图表，需要相关人员在分析装备寿命期环境剖面、充分理解装备受环境影响机理的基础上，利用实测数据或标准中推荐的基本环境数据或试验条件，剪裁或选择确定具体装备要考虑的环境适应性要求及相应的环境试验条件。因此，GJB150A不再像GJB 150那样可不加考虑地全盘套用。

4.2 扩展了试验信息范围，强调信息的搜集和利用

GJB 150A不再像GJB 150那样把试验关注的信息主要集中在试验条件和受试产品的功能和性能、失效判据等方面上，而是将试验考虑的信息范围大大扩展，包括试验前应搜集的所用试验设备和仪器的信息，受试产品标识、受试产品关键部件及其试验履历信息，所用的传感器及其安装位置的信息，受试产品安装（包括安装准备、安装方向和连接方式等）信息以及采取冷却和加载措施等信息。掌握这些信息才能确保试验准备工作充分和全面。GJB 150A进一步关注试验中对试件进行功能检查和性能测试及记录，并将这些数据与初始检测得到的基线数据比较，以确定其是否有故障或了解其性能变化趋势。试验中还要定期记录试验室的温湿度及压力条件，关注和记录施加在受试产品上的试验条件和受试产品对施加的环境应力响应数据，以便及时掌握试验应力施加的合理性以及受试产品的实际应力分布，为故障分析和定位提供数据支持。GJB 150A还要求试验完成后，检查受试产品外观、功能和测量性能参数，以便和基线数据比较，根据失效判据确定产品是否有故障。试验还要求记录实际的试验项目实施顺序，并与试验大纲比较，以便说明实施过程有否偏离；要求记录试验中断处理及处理结果、故障及故障分析处理情况，甚至包括确认试验数据有效的人员签名和日期。

GJB 150A对试验信息搜集和记录工作的高度重视，体现了对试验工作的可追溯性原则。全面采集和掌握试验信息，有利于促进试验过程的规范化，并为编写出一个既能全面反映试验工作情况和证明试验有效性又有可追溯性的试验报告奠定基础。

4.3 试验方法（试验项目）更加完整

1）增加了4个单因素试验（具体见3.1.1节）；

2）增加了7个试验程序（具体见3.2节）。

试验方法和试验程序的增加使GJB 150A试验项目更加完整。

4.4 部分试验条件确定原则有变化

GJB 150A虽然没有试验条件章节，但在各试验方法的剪裁指南章节或在附录中均有确定试验条件方面的剪裁指导、基本资料和推荐条件。在涉及气候和生物化学环境的试验方法中，大部分均推荐了一组或几组可供选择的气候和生化条件；而动力学等诱发环境试验方法更强调应用实测数据，标准中也提供了推荐的试验条件或推荐了确定试验条件的方法。在推荐气候和动力学试验条件或确定方法方面，与GJB 150相比，GJB 150A中的有些试验方法的确定原则有根本性的变化。

1）高温试验提倡日循环模拟

在高温试验中，GJB 150.3A要求进行极端温度日循环模拟，追求更为真实的模拟方法；而GJB 150.3采取恒温极值模拟，这就使试验时间从GJB 150.3的48 h大大延长到168 h（7个日循环），其理由在 810G[7]第 III部分中有明确的说明。如在810G第III部分的3.2.3节规定“除非认为有理由，应使用通常出现的具备其更真实的湿气凝露和温度响应分布”；在4.1.1.1节“干热循环”中指出“如果可能，应按照日循环方式对这些条件进行试验。因为加长在高温极值下暴露时间可能对装备施加不切实际的热载荷。如果不能进行日循环，则在日循环期间会达到典型峰值温度下进行试验”。810G中这两段的内容否定了 GJB 150高温试验中的恒定温度（贮存和工作）试验的做法，而应改为日循环试验，其理由是若用日循环中最高温度进行长时间试验会给装备施加不切实际的热载荷，而日循环环境则更能真实地模拟受试设备的湿气凝露和温度响应分布。对于不能进行日循环的情况，标准中提出了按最高峰值温度进行恒定温度试验，但没有规定试验时间。

2）振动功能试验和耐久试验不再采用GJB 150中规定

GJB 150.16明确规定振动功能试验时间为1 h。对于喷气式飞机和螺桨式飞机，随机振动耐久试验量值为功能试验量值的1.6倍，正弦振动耐久试验量值为功能试验量值的 1.37倍，当装备飞机寿命为500 h（飞行时间）时，每个轴向要按放大的量值试验2.5 h。GJB 150A不再采用这一规定，而是要求从寿命期环境剖面中选取功能试验量值和确定耐久试验时间，振动量值首先使用实测数据。

GJB 150A中附录B《工程信息》指出耐久试验有两种传统的方法：一种是提高功能试验量级来考虑等效疲劳损伤；另一种是假设累积进行了足够多的应力循环（通常假设为106次）而没有失效，则可证明应力低于装备疲劳极限。这两种方法都有严重缺陷：第一种方法（即GJB 150采用的方法）要求的振动量级比使用中量级高，忽略了装备特性、连接处摩擦、隔振性能和热效应等非线性因素；第二种方法忽略了许多装备（特别是典型的电气/电子设备）没有疲劳极限的问题，106次的应力循环可能对这些装备而言还不够。GJB 150.16A不再使用提高功能试验量级的方法来考核产品的耐久能力，而是建议用简化的疲劳关系公式将装备寿命周期内低于功能试验的振动量级以及在该量级下设备寿命周期中经历的总持续时间折算成功能试验量级下的持续时间，即采用得到的等效时间作为功能和耐久试验的持续时间，从而将功能试验和耐久试验组合在一起，因此已没有必要单独规定功能试验时间。当出现等效时间还是太长而试验大纲又不允许的情况时，可适当提高量级，原则是要保证试验时间尽可能长，将由第一种方法的缺陷所造成的影响减到最小限度，即将试验量级限制在更为现实的最大量级上。

3）规定冲击试验方法采用冲击响应谱，而不用经典的半正弦波

GJB 150.17A的名称为《功能性冲击》，而GJB 150.17为《冲击试验》，其中设计的基本冲击程序用以模拟装备工作状态下经历的冲击环境，评估装备工作状态经受冲击作用期间和作用后结构的完整性与功能、性能的完好性，是航空产品必须要考虑的试验项目。GJB 150.18A规定首先采用实测数据，用实测冲击波形再现方法或根据实测资料确定的冲击响应谱进行试验。

在没有实测数据的情况下，按标准中推荐的飞行设备和地面设备的冲击响应谱进行。如果不能证明外场冲击环境近似于经典冲击脉冲，一般不能使用经典冲击脉冲（半正弦波）；但若无其他方法可用，则可用标准中规定的后峰锯齿波进行试验。坠冲安全试验的试验条件确定原则与功能性冲击试验一样，也是使用冲击响应谱和标准中推荐的试验条件。由于冲击响应谱的对称性，它们的正负波形量值通常相当，因此仅在3个轴向各进行3次冲击试验，而不是GJB 150中规定的在3个轴向的6个方向各进行3次冲击。

4.5 强调试验过程的监控和监测

GJB 150.1A明确规定试验过程中要监控试验箱的状态，确保试验箱参数设置正确，并对试验箱提供的环境条件进行监控和记录，即按规定的时间间隔进行目视检查，实时连续记录和定时记录，确保试验箱内的环境条件在整个试验过程中保持在规定允差范围内。各试验方法均规定了具体的控制要求和措施，如低气压试验对高度变化速率和数据读出装置的分辨率提出定量要求；温度试验规定试件周围的风速不能超过1.7 m/s，当温度变化率不超过 3 ℃/min或打开箱门引起试验箱或试件温度变化大于2 ℃或15 min内不能完成性能检测时，要待温度稳定到规定温度后才能继续试验或检测性能；湿热试验要求试验箱内有测量和记录装置并与试验箱控制器分开，试验过程中对温度和相对湿度进行连续测量或以一定的时间间隔测量；霉菌试验对相对湿度传感器、干湿球使用维护、试剂以及水纯度有详细的规定要求；沙尘试验要求每小时至少测一次湿度和尘浓度；冲击试验要求对试验装置和装备响应的测量设备等性能进行校正，并规定冲击脉冲时域允差、响应谱允差；振动试验要求合理选择控制方案，精心设计试验装置、夹具、传感器安装位置和布线，以确保加速度功率谱密度、正弦峰值加速度、横向加速度和频率满足相应要求等等。这些控制要求的实现，可有力地确保试验应力施加的准确性、试验结果的有效性和重现性。GJB 150虽然也包含有关要求，但远没有GJB 150A这样系统和完整。在我国实际试验工作中，上述要求主要靠试验设备检定来保证，试验中不再单独布置传感器对受试产品真正经受到的应力进行连续或间断的测量和记录，因而对试件经受的实际应力是否准确往往心中无数，有了问题也发现不了。GJB 150A各试验方法中的这些要求，尽管可确保试验做得更精确，但将会使试验实施过程复杂化并要增添各种测量传感器和测量仪表。

GJB 150.1A还规定试验过程中要对受试产品进行监测，即连续或按一定时间间隔监测受试设备的功能和性能情况，及时发现其功能性能变化趋势和是否出现故障，以便采取措施干预。

4.6 规定试验报告基本内容和结果分析要求

GJB 150未提及试验报告，也没有规定试验后要进行结果分析，因而长期以来，我国各行业的环境试验报告编写极不规范，内容非常简单，只提供一个试验结论，缺少有关信息和数据，可追潮性很差，也无法评价试验的有效性。GJB 150.1A不仅明确规定了试验报告主要内容，而且规定了结果分析的主要内容，还要求按照失效判据、试验大纲及试验报告的要求进行结果分析，这一要求对于规范环境试验工作、提高环境试验水平和试验报告的质量有重大作用。

5 结束语

GJB 150A作为一个剪裁标准，相对于GJB 150菜单式标准无疑是一个很大的进步。作为剪裁标准，GJB 150A具有很大的灵活性，使用得当，可以避免简单套用菜单式标准所带来的过设计、过试验或欠设计、欠试验问题。应当指出使用剪裁标准需要有系统完整的基本数据，特别是平台环境的实测数据，更需要一批有经验的环境工程专家或专业人员去进行合理的环境剪裁工作，从这方面来看我国军工产品行业在贯彻GJB 150A标准的条件上还有较大差距。例如根据产品寿命剖面、寿命期环境剖面的分析和实测数据，来确定振动功能试验量值和振动耐久试验的时间；使用实测冲击波形再现方法或根据实测冲击数据确定冲击响应谱；使用炮振试验的程序Ⅰ、Ⅱ、III 3个程序进行炮振试验等等：以上均需要相当专业的技术人员进行环境实测和数据分析及归纳处理。GJB 150A中的各试验方法对试验设备控制、试验应力测量、试验负载、冷却通风、试验报告编写等提出的要求，可确保试验更加合理、准确、精细，但也对试验设备、测试仪器和试验人员的技术水平提出了更高的要求。因此，为了更好地贯彻GJB 150A，当前的首要任务是加强对相关人员的培训，以及配备必要的试验设备和环境测量仪器设备。

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[1] GJB 150, 军用设备环境试验方法[S], 1986-12

[2] GJB 4239, 装备环境工程通用要求[S], 2001-05

[3] GJB 6117, 装备环境工程术语[S], 2007-11

[4] GJB 150A, 军用装备实验室环境试验方法[S], 2009-05

[5] MIL-STD-810F, 环境工程考虑和实验室环境试验[S], 2001

[6] 祝耀昌. 产品环境工程概论[M]. 北京: 航空工业出版社, 2001

[7] MIL-STD-810G, 环境工程考虑和实验室环境实验[S], 2007