温度环境试验及其标准综述（三）温度试验的试验条件和剪裁方法

蔡良续，祝耀昌，于江波，王克强

（中国航空综合技术研究所，北京 100028）

4 温度变化试验

仅在HB 6167/6167A 和GB/T 2423 两个系列标准中有温度变化试验项目，GJB 150/150A中没有此试验程序。与温度冲击试验相比，温度变化试验要求在温度变化过程中不断检测试件的功能和性能参数，而且用一个试验箱或一个室进行试验，即通常的高低温试验箱进行试验。温度变化试验的参数包括上限温度、下限温度，在上下限温度下的保持时间，温度变化速率，温度变化循环次数，每个循环的总时间取决于试验件在上、下限温度下保持的时间和温度变化速率、试验样品温度达到稳定的时间等。

4.1 HB 6167/6167A 的温度变化试验

1）上、下限温度

温度变化试验的上限温度一般采用高温工作试验温度，下限温度采用低温工作试验温度。

2）温度变化速率

温度变化速率取决于受试产品在平台上的位置，例如HB 6167 /6167A 中明确规定。

A 类：飞机外部或内部设备，最小10℃/min。

B 类：飞机内部温度不控制或部分控制区内的设备最小5℃/min。

C 类：飞机内部温度控制区内的设备，最小2℃/min。

S1 类：飞机外部或内部设备，已知其温度变化速率大于10℃/min。

3）高低温保温时间

HB 6167/6167A的温度变化试验在上、下限温度的保持时间有些特别，例如在高温工作温度下(即温度变化试验的上限温度)，要求设备在工作状态下达到温度稳定，而后断电在非工作状态保持至少2min，温度变化过程中设备必须工作并检测功能；在低温工作温度下(即温度变化试验下限温度)，要求设备在工作状态下达到温度稳定后再工作1h，接着让设备在断电的非工作状态下保持30min，而后再让设备工作并升温和检测性能，不仅在温度变化期间检测设备的功能和性能，而且在高低工作温度下也要测量受试产品的功能和性能，确定是否符合有关设备最低性能标准。

4）循环次数

HB 6167/6167A 规定至少两个循环。若在一个循环的温度变化期间能够测量完受试产品的功能和性能，则只需要在第二循环温度变化期间测量功能和性能；若需要N 个循环的温度变化期间才能检测完全部功能和性能，则应进行N 个循环。

表1 各种标准中的温度试验项目及试验条件汇总

表1 （续） 各种标准中的温度试验项目及试验条件汇总

表1 （续） 各种标准中的温度试验项目及试验条件汇总

此外，还规定要控制箱内空气湿度，防止产品上出现凝露。

4.2 电工电子产品温度变化试验

GB/T 2423.22《电工电子产品环境试验第2 部分：试验方法，试验N：温度变化》该标准中既包括温度冲击试验程序，也包括温度变化试验程序，其温度变化试验方法比HB 6167/6167A 简单，同样是在温度循环期间进行功能性能检测，但未规定一个循环中检测的具体时机和多少个循环后进行检测。

1）温度

分别从GB/T 2423.1 和GB/T 2427.3 两个标准的温度等级中选取低温值和高温值。

2）温度变化速率

给出(1±0.2)℃/min，(3±0.6)℃/min 或(5±1)℃/min 三个可选速率。强调应是5min 的平均值，而不是全程平均值。这一要求使升温曲线趋向于线性化的直线，从而迫使试验箱温度变化过程中反复启动冷机和加热器，这一做法并不符合实际情况且浪费能源。

3）持续时间

持续时间取决于高低温的保持时间和温度变化的时间。高低温下保持时间为3h 或有关规范规定，温度变化所用的时间根据变化幅度和所用变化速率计算。

4）循环次数

一般为两次。

5 温度组合试验

温度组合试验是指将各单个高低温贮存、工作、短时工作和温度变化试验连续合理地安排成一个试验项目，以省去单独实施各个试验项目必须多次重复进行的初始检测和最终检测的工作量，即把这些检测工作量简化成一个初始检测和一个最终检测，而各个试验项目中的中间检测照常进行。

5.1 温度试验条件剪裁

环境试验剪裁包括试验项目剪裁、试验项目顺序剪裁、试验条件剪裁和试验步骤剪裁。本文仅讨论温度试验条件的剪裁。

5.2 GJB 150A 试验温度剪裁

GJB 150.3A/4A/5A 三个温度试验标准的应用，需要进行适当的剪裁，基本做法如下：

1）高低温贮存试验温度剪裁

高低温贮存试验温度取决于装备未来寿命期贮存（停放）的场合，若装备贮存于野外露天，则其经受的贮存环境属于自然环境，取决于自然环境中太阳辐射诱发的高温和致冷辐射造成热缺失引起的低温，分别比自然界环境空气温度高15℃～20℃或低3℃～5℃。应根据确定的设计风险(时间风险)从MIL-HDBK-310《军用产品研制用的全球气候数据》中选取，美国政府文件AR 870-38《极端气候条件下装备的研究、研制、试验与评价》中除严冷温度推荐20%出现频率、降雨推荐0.5%出现频率外，其余气候因素均考虑推荐1% 出现频率。GJB 150.3A/4A 中的贮存温度均是按照这一出现频率从世界最热和最冷地区的数值数据中选取的。当研制装备任务书限定了未来的应用地域，而不是全球使用，则可从MILHDBK-310 中选择相应气候区中按选定的出现频率查找出相应的极端温度，作为贮存温度。

需要指出的是，GJB 150.3A 采用高温日循环贮存试验来模拟装备寿命期贮存状态遇到的由太阳辐射引起的高温日循环温度循环范围为33℃～71℃，它对应于世界最热地区的1%出现频率，该日循环峰值温度71℃是与GJB 150.3《高温贮存试验》的温度70℃同样是世界最热地区1%出现频率的温度，70℃是制订GJB 150.3 时将71℃圆整化的结果。GJB 150.4A 的低温贮存试验温度-51℃，是世界最冷地区20%出现频率的极值温度，如果加上致冷辐射造成的3℃降温，应为-54℃，这一温度也与GJB 150.4 低温贮存温度-55℃对应。-55℃是制订GJB 150 时将810C 中的-54℃圆整化的结果。

GJB 150.3A 中的恒定高温贮存仅适用于贮存在发热的热源附近的产品，其温度取决于热源，应通过实际测量得出，标准中无法提供数据。

2）高低温工作温度剪裁

对于地面露天放置不受太阳直接照射的设备，GJB 150.3A/4A 中的高低温工作温度实际上就是1%和20%出现频率的日循环空气温度，是自然界中不受太阳辐射影响的从百叶箱中测出的环境空气温度即气象温度。高温日循环工作试验可直接采用这一自然环境温度。要说明的是由于高纬度地区冬天太阳辐射诱发温升很小，日循环温差几乎为零，因此其低温工作试验不像高温工作试验那样进行日循环。

安装在武器装备平台上的各种军用设备的工作环境，由于受装备运动等影响，其工作的环境温度不再是标准中提供的自然环境的高温日循环温度或低温，因为它不受日循环影响，这些温度必需通过实测才能得到。

3）温度冲击试验的高温和低温的剪裁

如前所述，GJB 150.5A 的温度冲击试验强调模拟真实温度冲击历程，有些设备寿命期内可能只受到低－高或高－低单方向的一次冲击，有些可能会受到这两个方向的多次冲击。冲击温度要根据具体情况考虑，一般应是GJB 150.3A/4A 中确定的(高温是日循环峰值温度)和低温作为上下限温度极值。如果选用GJB 150.5A 中第二个程序《基于日循环的温度冲击》则上限温度包括峰值温度和日循环中从峰值温度降到响应温度所历经的所有温度和响应温度；下限温度即遇到的低温极端温度。低温可以是地面极端温度，也可以是空中极端温度，均可按选定的风险从GJB 1172 或MIL-HDBK-310 中查取。

5.3 GJB 150A 温度试验持续时间的剪裁

1）GJB 150.3A日循环高温贮存试验的时间，标准中规定为至少7 个循环(168h)，基本上不可以剪裁。

2）GJB 150.3A 恒定高温贮存试验的持续时间则为受试产品达到温度稳定时间再加上至少2h。受试产品达到温度稳定的时间主要取决受试产品材料和结构，需要按照GJB 150.1A 中规定进行实测确定。标准中规定再加上至少2h 的原因是因为实际进行温度稳定测量时，关键功能部件选择的合理性，试验箱升降温速率和受试产品初始温度等不同都会影响确定时间的正确性，在测定温度稳定时间和应用测得的时间数据时，不可能将这些因素考虑周全，因此GJB 150.3A/4A 中硬性加上至少2h；要剪裁只能增加不能减少。

3）GJB 150.3A 中高温日循环工作试验的时间至少进行3 个日循环，要剪裁只能增加，但不得超过7 个循环，其可剪裁余地不大。

4）GJB 150.4A 中的低温贮存试验持续时间为温度稳定后加上一段时间，温度稳定时间同样要通过测量获得，而加上的时间不再像GJB 150 那样一律为24h，而是可以选择，一般产品不少于4h。带有限位玻璃等易引起静疲劳的产品不少于24h，炸药火工品等为至少72h。因此GJB 150.4A 比GJB 150 更合理。

5）GJB 150.3A 的高温恒温工作试验和GJB 150.4A低温工作试验均是恒温试验，其确定方法与GJB 150.3A 恒定高温贮存试验相同，即温度稳定时间加上至少2h。

6）GJB 150.5A《军用装备实验室环境试验方法 第5 部分：温度冲击试验》中的恒定高温或低温上的保持时间原则上是受试产品达到温度稳定所需时间或者至少其表面温度达到一致的时间，应通过实测确定，也可借用高低温试验中确定的时间。GJB 150.5A 中基于高温日循环的高温段的时间，则较为复杂，取决于日循环中从峰值高温降到响应温度过程经历的时间和受试产品在响应温度上达到温度稳定或表面温度达到一致所需的时间。应当指出，表面温度达到一致需要在表面分布多个传感器进行测量和比较，并不简单易行。

7）GJB 150.5A 的转换时间为1min，少于GJB 150.5的5min，这一规定较为合理，但冲击次数从GJB 150.5中三个循环6 次冲击改为某一单向或两个单向进行一次或3 次冲击，以模拟实际温度冲击方向，需要根据寿命期实际冲击方向来剪裁确定。如果温度冲击试验的目的不是单纯模拟，而是寻找设计问题就更应采用GJB 150规定的冲击试验。

（待续）