舰载机武器系统倾斜及摇摆试验方法探讨

黄国强

（中航工业空空导弹研究院，河南 洛阳 471009）

随着国际形势的变化，海洋作战在现代战争中越来越重要，这就对舰载机武器系统的质量水平提出了更严格的要求。舰载机武器系统因受到风、浪、流、潮等恶劣环境的作用，不可避免地产生显著的平移、摇摆、上下升沉运动，诱发长时间的摇摆过程，这对舰载机武器系统会造成一定影响，甚至损伤。本文初步分析了舰载机武器系统倾斜、摇摆环境，结合多个标准推荐的倾斜和摇摆试验条件，给出舰载机武器系统可行的倾斜和摇摆试验方法。

1 倾斜和摇摆环境分析

在海面停泊或航行的舰船由于波浪的强迫摇摆和舰船本身固有的摇摆，舰载机武器系统不可避免的随着载机平台出现平移、旋转等摇摆方式的运动，主要表现为倾斜环境和摇摆环境。摇摆环境引起的影响模式有：导致产品系统内原有作用力平衡的破坏；轴承受力条件的改变；因内部自身液面位置动荡而导致工作失常；内部液体外泄；伺服系统因摇摆而工作失灵；电力传输线路位置动荡而导致断裂、放电、短路等受损；元器件因承载多余应力而导致虚焊、脱落；电子仪器屏蔽效果变差，发生电子信号干扰；电工产品技术参数发生改变，导致数据传输错误等。

倾斜环境分为纵倾和横倾两种形式，摇摆环境分纵摇、横摇、首摇、纵荡、横荡和垂荡等6种形式，实际上6种形式的摇摆不一定同时存在，摇摆形式主要根据船舶相对于波浪的航向位置而定。每一种摇摆形式的剧烈程度除受相对航向的影响外，还取决于波浪的大小、波浪的周期、舰船固有的摇摆周期及舰船的尺寸大小等，因此在选择摇摆试验的形式时主要应视可能对产品性能或结构产生的重要影响而定。由于舰船倾斜，悬挂在载机上的武器系统产生一个倾斜向下的拉力（静载荷）、船体的平移产生旋转运动和船体晃动、摇摆使机载武器系统产生近似长周期的正弦运动（动载荷），对舰载机武器系统在静止状态下的功能和性能有一定的影响，摇摆试验中一般主要以横摇、纵摇、垂荡为主。当有关标准规定要进行几种形式摇摆的复合试验时，应根据可能出现的真实环境合理规定出每一种形式的摇摆的严酷等级和相应的试验参数。

2 试验条件的严酷等级

2.1 GJB 150.23A–2009试验条件[1]

摇摆试验条件及严酷等级由下列参数来确定：倾斜试验的严酷等级由倾斜角度和试验持续时间两个参数来确定；摇摆试验的严酷等级由摇摆角度（纵摇、横摇、首摇）或线加速度幅值（纵荡、横荡、垂荡）、摇摆周期和试验持续时间等3个参数来确定。

倾斜和摇摆环境严酷度的定量值是根据作战需求和预测的倾斜和摇摆环境状态来确定。我国军用标准GJB 150.23A–2009中也相应规定了水面舰艇和潜艇上设备的试验严酷等级应符合表1[2]。

2.2 国外相关试验条件[2]

美国标准MIL-STD-1399Ship Motion and Attitude和日本标准NDS F8002《舰船电气设备试验方法》中可以看出，两国对倾斜和摇摆环境的严酷度是由倾斜和摇摆角度，摇摆周期和持续时间组成。美国和日本规定的试验严酷等级见表2、表3。

表1 中国海军舰船装备的倾斜和摇摆环境严酷度

2.3 3国标准中摇摆试验条件严酷度的对比

对于水面舰船，3国规定的运动角度、周期和持续时间基本一致，纵倾角度均较小，横倾、纵摇和横摇角度则相对较大，这是因为对于水面舰船，船体的外力作用主要是横倾、纵摇和横摇引起的；

美国单独规定了航母的纵摇和横摇试验条件，较中日两国更为详细，针对性更强；

对于潜艇主要有3种工作模式，即水上航行、通气管航行和水下航行。3国规定的运动角度、周期和持续时间基本一致；无论潜艇在何种工作模式下，横摇时条件最严酷，最大角度达±60°，最小值也达到±30°，对舰船及舰船设备造成的影响最大；潜艇在通气管航行和水下航行时，对船体的外力作用主要以纵倾、横倾和横摇为主，因此3国标准均未在此两种状态下考虑纵摇环境的影响；

表2 MIL-STD-1399规定的倾斜和摇摆环境严酷度

表3 NDS F8002规定的倾斜和摇摆环境严酷度

潜艇试验持续时间方面，美国和中国的最低持续时间一致，日本为美国和中国的一半。

3 摇摆试验方法

3.1 试验顺序及条件

GJB 150.23中推荐摇摆试验一般按照先倾斜后摇摆的试验顺序进行试验，也可同时进行倾斜、摇摆试验[3]。若由于设备结构上的特点，需另规定倾斜和摇摆试验的先后顺序时，应由有关标准或技术文件规定。若无特殊规定时，试验严酷等级可按照表1～表3的规定选取。若不能确定舰船武器系统在可能遇到的倾斜和摇摆环境中使用和储运的适应性时，则应进行倾斜和摇摆复合试验，其倾斜角度和摇摆角度耦合及试验时间应满足有关的规定。若使用同一试验产品进行多种环境试验时，一般应在高、低温试验后进行该项试验。

3.2 试验控制要求

摇摆试验所产生的摇摆波形应为连续、光滑的正弦波形，其波形失真度应小于15%，摇摆幅值容差为±10%，摇摆周期容差为±5%。在进行复合试验时，可以进行合理的耦合，合理的耦合应该是把对试验产品性能起重要影响的一种摇摆形式规定为最高试验严酷等级。若对主要的一种摇摆形式规定为最高试验严酷等级，另一种摇摆形式的试验严酷等级只需为其最高试验严酷等级的50%～60%。

3.3 试验装夹

舰载机武器系统摇摆试验应根据其停放在舰船或其它装备实际的安装位置来确定安装方式，直接通过安装夹具安装在试验台面上，安装应牢固、可靠。当有数种安装方式时，应尽可能选取可能承受到最严酷的条件和作用方式进行试验。安装的夹具刚性应足以保证在施加试验条件的过程中，夹具不会因武器系统的高度、质心和摇摆而形成的附加惯性力的作用而发生明显的变形。

3.4 试验程序

初始检测。按有关标准规定，对试验样品进行外观检查及机械、电性能检测。

试验。按有关标准规定调整试验样品在试验时所必须处于的状态，待其稳定后对试验样品施加试验条件，并用监测仪器对试验参数进行监视。同时，按有关标准规定进行试验过程中必要的性能检测。

试验顺序是先倾斜后摇摆，先纵向后横向，需要进行几种摇摆形式的复合试验时，应规定出每一种摇摆形式的试验严酷等级及相应的试验参数，并予以合理的耦合。

最后检测。按有关标准规定对试验样品进行外观检查及机械、电性能检测，然后对试验结果做出评定[4]。

4 结论

摇摆试验是舰船特有的一项重要环境试验，它主要反映为频率低、同时具有静态和动态两种特性的力学试验。对于舰载机武器系统环境来说，由于舰船巡航周期较长，但它不同于处于静止状态的地面装备，较地面的环境更为复杂；也不同于周期较短的空中巡航环境，舰载机武器系统受到的外力作用低频成分更多，因此有必要进行该项试验。在没有实测数据的情况下，可依据现行的GJB 150A.23中对应的舰船试验条件在摇摆试验台上实施，对于航母上的舰载机武器系统，其纵摇和横摇试验条件可参考美国的相关规定进行。

[1]GJB 150.23A–2009 军用装备实验室环境试验方法 第23部分：倾斜和摇摆试验[S].

[2]施建荣.论舰船装备倾斜和摇摆环境适应性与试验[J].装备环境工程，2011，8（4）.

[3]GJB 150.23-1992 军用设备环境试验方法 倾斜和摇摆试验[S].

[4]力学环境试验技术编委会.力学环境试验技术[M].陕西西安：西北工业大学出版社，2003.