軍用地面雷達(dá)裝備環(huán)境工程探討

羊軍，趙書平，李金國，辛文波

（空軍裝備研究院雷達(dá)所，北京 100085）

軍用地面雷達(dá)裝備環(huán)境工程探討

羊軍，趙書平，李金國，辛文波

（空軍裝備研究院雷達(dá)所，北京 100085）

目的提高軍用地面雷達(dá)裝備的環(huán)境適應(yīng)性。方法按GJB 4239的要求，實施雷達(dá)裝備的環(huán)境工程。簡要闡述雷達(dá)裝備環(huán)境工程的各項工作內(nèi)容和實施方法，分析雷達(dá)壽命期內(nèi)經(jīng)歷的環(huán)境和雷達(dá)定型階段的環(huán)境鑒定試驗方法。結(jié)果提出了目前存在的問題并給出了改進(jìn)建議。結(jié)論按GJB 4239的要求實施裝備環(huán)境工程的各項工作，可使軍用地面雷達(dá)獲得良好的環(huán)境適應(yīng)性。

軍用地面雷達(dá)；環(huán)境適應(yīng)性；裝備環(huán)境工程

軍用地面雷達(dá)在國土防空、飛行保障等方面扮演著重要角色，是空軍的重要武器裝備之一，主要部署在邊疆地區(qū)，其中的機(jī)動式雷達(dá)還會因任務(wù)需要在不同地區(qū)之間轉(zhuǎn)場。我國疆域遼闊，跨越熱帶、亞熱帶、溫帶和寒冷帶，加上高原、沙漠、沿海等多種地形地貌，形成了全國范圍內(nèi)自然環(huán)境復(fù)雜多樣的特點。由此，雷達(dá)裝備在運輸、貯存、戰(zhàn)備、使用等過程中會遭遇多種環(huán)境條件且受其影響，有時環(huán)境條件甚至非常惡劣。只有具備良好環(huán)境適應(yīng)性的雷達(dá)裝備，才能在壽命期內(nèi)保持系統(tǒng)的完整性且工作正常，發(fā)揮其作戰(zhàn)效能。如何使雷達(dá)裝備具備良好的環(huán)境適應(yīng)性是裝備研制生產(chǎn)過程中極具意義的一項內(nèi)容，科學(xué)有效的方法是實施雷達(dá)裝備環(huán)境工程。

1 雷達(dá)裝備環(huán)境工程內(nèi)容和實施過程

裝備環(huán)境工程是指“將各種科學(xué)技術(shù)和工程實踐用于減緩各種環(huán)境對裝備效能影響或提高裝備耐環(huán)境能力的一門工程”[1]，其根本目的在于提高裝備的環(huán)境適應(yīng)性。GJB 4239是實施裝備環(huán)境工程所依據(jù)的頂層文件，它詳細(xì)規(guī)定了裝備環(huán)境工程的各項內(nèi)容及實施時機(jī)與要點，可以有效規(guī)范地指導(dǎo)環(huán)境工程各項工作的開展和實施。裝備環(huán)境工程主要包括環(huán)境工程管理、環(huán)境分析、環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、環(huán)境試驗與評價等4項內(nèi)容，它們之間的聯(lián)系及與裝備不同階段的對應(yīng)關(guān)系如圖1所示。

圖1 裝備不同階段對應(yīng)的環(huán)境工程項目Fig.1 Corresponding environmental engineering tasks at different life stages of the equipment

1.1 環(huán)境工程管理

環(huán)境工程管理是對論證、研制、生產(chǎn)和使用階段中裝備環(huán)境工程的各項工作進(jìn)行全面的管理。它統(tǒng)籌協(xié)調(diào)使用方、承制方等相關(guān)單位，制定環(huán)境工程計劃、組織評審、實施監(jiān)督管理等，保證裝備環(huán)境工程的各項工作有序、規(guī)范、合理的開展。它是環(huán)境工程的基礎(chǔ)，是獲得雷達(dá)裝備良好環(huán)境適應(yīng)性的首要保證。在環(huán)境工程管理及其各項工作中，環(huán)境工程專家應(yīng)介入并發(fā)揮主導(dǎo)作用，提供專業(yè)的技術(shù)支持。在裝備的研制過程中應(yīng)盡早開展環(huán)境工程管理工作，制定詳細(xì)的環(huán)境工程實施計劃，有效指導(dǎo)后續(xù)工作的開展。

1.2 環(huán)境分析

環(huán)境分析是在論證方案階段對雷達(dá)裝備壽命期內(nèi)的環(huán)境剖面進(jìn)行分析，確定裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求和試驗剖面，它是開展裝備環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計和試驗的基礎(chǔ)和依據(jù)。一般的環(huán)境分析過程如圖2所示[2]。環(huán)境分析首先分析裝備的壽命剖面，根據(jù)壽命剖面內(nèi)裝備經(jīng)歷的自然和誘發(fā)環(huán)境特性可得環(huán)境剖面，進(jìn)一步歸納后可得到詳細(xì)明確的試驗剖面，以此可制定裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求和環(huán)境試驗方案的頂層文件，分別用于環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計和環(huán)境試驗。

圖2 裝備環(huán)境分析過程Fig.2 Process of environment analysis for the equipment

對一般的軍用地面雷達(dá)，環(huán)境分析過程如圖3所示。雷達(dá)組件或設(shè)備生產(chǎn)完成后運輸至總裝廠進(jìn)行組裝，雷達(dá)整機(jī)出廠后運輸至倉庫存放或至陣地戰(zhàn)備/使用。機(jī)動式雷達(dá)還會根據(jù)任務(wù)安排轉(zhuǎn)場，雷達(dá)使用一定年限后需返回基地或生產(chǎn)廠家進(jìn)行維護(hù)和檢修，達(dá)到使用年限后報廢。雷達(dá)及其組件在此過程中處于室內(nèi)搬運、裝卸、運輸、貯存、使用、轉(zhuǎn)移等不同的狀態(tài)，經(jīng)受高溫、低溫、振動、沖擊、濕熱、淋雨、風(fēng)等不同的環(huán)境應(yīng)力。對所有經(jīng)受的環(huán)境應(yīng)力進(jìn)行概括歸納，可獲得雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性要求及環(huán)境試驗剖面。對組成雷達(dá)的不同組件或設(shè)備，還應(yīng)按其在雷達(dá)上的安裝平臺特性進(jìn)一步細(xì)化分解，獲得組件或設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性要求及環(huán)境試驗剖面。

1.3 環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計

環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是在工程研制階段采用各種措施和方法進(jìn)行產(chǎn)品的耐環(huán)境設(shè)計，以滿足上一步環(huán)境分析所提出的環(huán)境適應(yīng)性要求。因為質(zhì)量是由設(shè)計保證的，所以在裝備及其組件的設(shè)計過程中，不僅包含功能性能設(shè)計，也需同步進(jìn)行耐環(huán)境設(shè)計。只有耐環(huán)境設(shè)計出色的產(chǎn)品，才能在壽命期內(nèi)的環(huán)境應(yīng)力作用下有效保證其功能性能的穩(wěn)定可靠。如果產(chǎn)品的耐環(huán)境設(shè)計較差，其短板引發(fā)木桶效應(yīng)，影響整個裝備效能的發(fā)揮。因此，環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計是環(huán)境工程的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，廠家應(yīng)予以重視并投入足夠多的精力。

圖3 軍用地面雷達(dá)的環(huán)境分析過程Fig.3 Process of environment analysis for military ground radar

1.4 環(huán)境試驗與評價

環(huán)境試驗與評價是指在裝備的研制、生產(chǎn)和使用過程中，開展不同類型的環(huán)境試驗，收集試驗過程中的各種信息，對裝備的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行評價，為裝備改進(jìn)、定型等提供信息。

在工程研制階段，廠家應(yīng)開展充分的環(huán)境適應(yīng)性研制試驗，以對產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計作出評價，為產(chǎn)品改進(jìn)提供依據(jù)，尤其是針對新研產(chǎn)品。通過正?；蚣哟髴?yīng)力量值的環(huán)境試驗，可以盡早暴露出產(chǎn)品的設(shè)計缺陷或加工工藝缺陷，針對缺陷進(jìn)行分析，然后采取改進(jìn)和糾正措施，如此通過試驗-分析-改進(jìn)（TAAF）的反復(fù)過程可逐步提高產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)能力。通常，在此階段開展自然環(huán)境試驗，雖然自然環(huán)境試驗周期較長，但其真實的環(huán)境條件和樣品暴露狀態(tài)為樣品的耐環(huán)境能力提供了準(zhǔn)確豐富的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，為后續(xù)樣品的設(shè)計更改等提供了依據(jù)。自然試驗多用于材料和工藝的環(huán)境試驗考核。此階段還應(yīng)進(jìn)行環(huán)境響應(yīng)特性調(diào)查試驗，通過環(huán)境試驗對產(chǎn)品的溫度響應(yīng)、振動響應(yīng)等特性進(jìn)行調(diào)查，為后續(xù)試驗提供參考和依據(jù)，也為產(chǎn)品的使用和保障等提供信息。

在定型階段，應(yīng)進(jìn)行環(huán)境鑒定試驗，考核裝備是否達(dá)到了規(guī)定的環(huán)境適應(yīng)性要求，為裝備定型提供依據(jù)。為得到公平客觀的考核結(jié)果，首選由獨立有資質(zhì)的第三方試驗機(jī)構(gòu)組織進(jìn)行試驗，其次可選擇在有資質(zhì)第三方試驗機(jī)構(gòu)的監(jiān)督下，在廠家的實驗室進(jìn)行試驗。

軍用地面雷達(dá)有固定式、機(jī)動式等種類，一般組成復(fù)雜、體積龐大，包括天線陣面和數(shù)個機(jī)柜或方艙等。目前國內(nèi)試驗設(shè)備還難以滿足雷達(dá)整機(jī)進(jìn)行環(huán)境試驗的要求，因此鑒定試驗一般采用實驗室試驗和外場使用試驗相結(jié)合的方式進(jìn)行，通過內(nèi)外場試驗綜合評定雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性。其中，實驗室試驗對象是對雷達(dá)功能性能起關(guān)鍵作用的組件和設(shè)備，而外場使用試驗對象是雷達(dá)整機(jī)，結(jié)合雷達(dá)定型前的部隊試用試驗和其他外場試驗一并進(jìn)行。GJB 1362A—2007對試驗順序有明確要求[3]，即先部件、后整機(jī)試驗，先室內(nèi)、后外場試驗，只有室內(nèi)部件試驗合格后方可轉(zhuǎn)入外場使用試驗，以此減少外場試驗雷達(dá)不合格的風(fēng)險。

實驗室試驗?zāi)苣M大部分自然環(huán)境應(yīng)力和誘發(fā)環(huán)境應(yīng)力，具有試驗應(yīng)力可控、試驗結(jié)果可復(fù)現(xiàn)、試驗條件可對比等優(yōu)點。一般情況下，優(yōu)先考慮實驗室試驗，但試驗設(shè)備限制了試驗樣品的體積不能太大。按目前國內(nèi)試驗設(shè)備的一般水平，溫度、濕度類的氣候試驗可以進(jìn)行方艙級樣品的試驗，振動、沖擊類力學(xué)試驗可以進(jìn)行機(jī)柜級樣品的試驗，其他的低氣壓、太陽輻射、砂塵等項目只能進(jìn)行設(shè)備級或組件級樣品的試驗。

外場使用環(huán)境試驗是真實使用環(huán)境下的雷達(dá)整機(jī)環(huán)境試驗，是實驗室模擬試驗無法替代的試驗。它考核雷達(dá)整機(jī)的環(huán)境適應(yīng)性，同時考核其各分系統(tǒng)、各組件之間的匹配特性、交聯(lián)特性，為雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性評價提供更豐富更準(zhǔn)確的信息。使用環(huán)境試驗的環(huán)境應(yīng)力應(yīng)能充分代表雷達(dá)在其壽命期中可能遇到的典型環(huán)境，如熱天的高溫、北方的嚴(yán)寒、沿海的高鹽大氣、沙漠地區(qū)的風(fēng)沙等。較為典型的外場使用環(huán)境試驗是機(jī)動式雷達(dá)的跑車試驗，雷達(dá)整機(jī)在道路試驗場或在路況較差的路面進(jìn)行一定里程的跑車，以考核雷達(dá)整機(jī)對轉(zhuǎn)場或行軍過程中運輸振動環(huán)境的適應(yīng)性。需要注意的是，進(jìn)行跑車試驗時，雷達(dá)應(yīng)處于實際的運輸或行軍狀態(tài)，不得附加與實際狀態(tài)不一致的緊固或捆扎。外場使用環(huán)境試驗中應(yīng)收集雷達(dá)使用時經(jīng)歷的溫度、濕度、砂塵、降雨、日照輻射、風(fēng)等環(huán)境條件，最終結(jié)合實驗室環(huán)境試驗結(jié)果對雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性作總體評價。

在生產(chǎn)階段，由于大部分雷達(dá)通常屬于小批量生產(chǎn)的武器裝備，因此未進(jìn)行生產(chǎn)定型。應(yīng)開展必要的環(huán)境驗收試驗和環(huán)境例行試驗，以考核裝備生產(chǎn)過程和質(zhì)量控制過程的穩(wěn)定性與一致性，以確認(rèn)批生產(chǎn)的裝備是否符合定型時的技術(shù)狀態(tài)要求，為批生產(chǎn)裝備的驗收提供依據(jù)。

在使用階段，應(yīng)注重收集記錄雷達(dá)所經(jīng)歷的環(huán)境條件及所處的狀態(tài)，尤其是當(dāng)雷達(dá)發(fā)生故障時，應(yīng)詳細(xì)記錄雷達(dá)的技術(shù)狀態(tài)、故障現(xiàn)象、所處環(huán)境條件等信息。通過對使用過程中的環(huán)境條件與雷達(dá)狀態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，可對雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性作出實際驗證和評價，另一方面，發(fā)生故障的相關(guān)數(shù)據(jù)可為雷達(dá)的進(jìn)一步改進(jìn)或其它雷達(dá)的研制等提供相當(dāng)有價值的信息。

2 存在的問題和改進(jìn)建議

2.1 對環(huán)境工程不夠重視

目前，國內(nèi)大多數(shù)雷達(dá)生產(chǎn)廠家把更多精力投入到雷達(dá)裝備的性能研制工作中，對環(huán)境工程不夠重視，未能把環(huán)境工程作為一項系統(tǒng)性工作來抓。廠家未能在雷達(dá)研制早期制定環(huán)境工程的頂層文件，因此不能對雷達(dá)環(huán)境工程進(jìn)行系統(tǒng)性的管理，不能對環(huán)境工程的各項工作進(jìn)行詳細(xì)的計劃和要求，不能有效指導(dǎo)和規(guī)范環(huán)境工程各項工作有序合理的逐步開展。其次，廠家實施環(huán)境工程的各環(huán)節(jié)中缺少環(huán)境工程專家的參與，或是雖有環(huán)境工程專家，卻不能發(fā)揮主導(dǎo)作用，由此，容易導(dǎo)致在制定文件、擬制計劃、試驗實施等方面出現(xiàn)偏差。例如，對裝備的壽命剖面分析和環(huán)境分析不夠系統(tǒng)深入，則制定的試驗剖面容易出現(xiàn)偏差，使得裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求頂層文件不夠合理。如果環(huán)境適應(yīng)性要求較實際的環(huán)境應(yīng)力低，那么按此設(shè)計的裝備則可能在實際的壽命周期中出現(xiàn)因惡劣環(huán)境導(dǎo)致故障頻發(fā)、過早報廢等情況。再例如，在裝備工程研制階段進(jìn)行環(huán)境試驗時，環(huán)境工程專家的缺失容易導(dǎo)致環(huán)境試驗條件的不合理選擇或剪裁，引起對樣品的欠試驗或過試驗。欠試驗不能有效激發(fā)和暴露樣品缺陷，使裝備的環(huán)境適應(yīng)性存在天生缺陷，而過試驗提高了樣品的耐環(huán)境要求，可能造成投入額外的裝備研制人力、物力的結(jié)果，形成極大的浪費。綜上所述，廠家應(yīng)把環(huán)境工程和裝備性能作為同等重要的系統(tǒng)工作來抓，并且讓環(huán)境工程專家發(fā)揮專業(yè)技術(shù)優(yōu)勢享有主導(dǎo)權(quán)，認(rèn)真貫徹GJB 4239的要求，規(guī)范有序開展每一項任務(wù)和工作，如此才能有效保證雷達(dá)裝備具備良好的環(huán)境適應(yīng)性。

2.2 雷達(dá)裝備定型階段的使用試驗不夠充分

GJB 1362A中明確要求武器裝備的部隊使用試驗至少經(jīng)歷一年四季，使武器裝備經(jīng)歷典型的自然環(huán)境，以充分考核其環(huán)境適應(yīng)性是否滿足使用要求。目前國內(nèi)雷達(dá)裝備在定型時，由于周期緊張，且受部隊試驗地點的限制，雷達(dá)未能經(jīng)歷預(yù)期的全部典型環(huán)境條件，不能全面考核雷達(dá)裝備的環(huán)境適應(yīng)性。目前部隊試驗時間一般為4個月左右，不能涵蓋一年四季的典型自然環(huán)境條件，夏天使用的雷達(dá)可能不會經(jīng)歷寒冷、冰雪等環(huán)境，冬天使用則可能不會經(jīng)歷高溫、濕熱等環(huán)境。在地域上，東南地區(qū)使用的雷達(dá)可能不會經(jīng)歷砂塵等環(huán)境，而西北地區(qū)使用則可能不會經(jīng)歷濕熱、鹽霧等環(huán)境。要使雷達(dá)經(jīng)歷全部典型的環(huán)境條件，可以在試驗時間和空間上加以擴(kuò)展延伸，延長使用時間或改變試驗地點把雷達(dá)置于典型環(huán)境條件之下對雷達(dá)進(jìn)行全面的考核。例如，目前雷達(dá)的部隊試驗中較少經(jīng)歷砂塵環(huán)境，可以把雷達(dá)轉(zhuǎn)移至西北沙漠附近，在沙塵天氣時進(jìn)行開機(jī)試驗，完成砂塵環(huán)境試驗的考核。另外，也可以建造能容納雷達(dá)裝備整機(jī)或方艙的大型多應(yīng)力試驗設(shè)備，人工模擬溫度、雨、雪、太陽輻射等自然環(huán)境條件，使試驗的環(huán)境應(yīng)力可控，雷達(dá)的環(huán)境適應(yīng)性考核定量化、規(guī)范化。在加拿大有大型多應(yīng)力試驗室，可以模擬雨、雪、冰、霧、日照等條件，基本包括了四季典型的極端惡劣環(huán)境，試驗箱內(nèi)部空間寬6 m、高6 m、長達(dá)30 m，可以容納大部分地面運輸工具包括雷達(dá)方艙。此類試驗設(shè)備可較全面地考核雷達(dá)整機(jī)環(huán)境適應(yīng)性，但目前國內(nèi)尚缺。

3 結(jié)語

在軍用地面雷達(dá)的研制、生產(chǎn)及使用中，應(yīng)按GJB 4239的要求嚴(yán)格規(guī)范地執(zhí)行裝備環(huán)境工程的各項任務(wù)。包括制定具體詳細(xì)的總體計劃，認(rèn)真仔細(xì)地進(jìn)行環(huán)境分析，有針對性地實施環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計，全面合理地開展環(huán)境試驗與評價，在試驗與評價過程中及時有效地做到持續(xù)改進(jìn)，以此得到良好環(huán)境適應(yīng)性的雷達(dá)裝備，保證其效能有效發(fā)揮。

[1]GJB 4239—2001，裝備環(huán)境工程通用要求[S].GJB 4239—2001，General Requirement of Materiel Environmental Engineering[S].

[2] MIL-STD-810G，Environmental Engineering Consideration and Laboratory Tests[S].

[3]GJB 1362A—2007，軍工產(chǎn)品定型程序和要求[S].GJB 1362A—2007，Procedure and Requirements for Finalization of Military Products[S].

Discussion on Environmental Engineering of Military Ground Radar

YANG Jun，ZHAO Shu-ping，LI Jin-guo，XIN Wen-bo
（Radar&Electronic Warfare Institute of Equipment Academy Air Force，Beijing 100085，China）

ObjectiveToimprovetheenvironmentalworthinessofmilitarygroundradar.MethodsEnvironmental engineering of radar was carried out according to the requirements of GJB 4239.Each task and implementation methods of environmental engineering of radar were briefly introduced,the environment of radar’s life cycle and the environmental qualification test methods in radar design finalization stage were analyzed.ResultsFinally,existing problems in current environmental engineering of radar and proposals were put forward.ConclusionImplementation of tasks of environmental engineering according to the requirements of GJB 4239 could improve the environmental worthiness of military ground radar.

military ground radar；environmental worthiness；equipment environmental engineering

2014-12-15；

2015-03-10

羊軍（1983—），男，四川三臺人，碩士，工程師，主要研究方向為環(huán)境與可靠性試驗技術(shù)。

Biography：YANG Jun（1983—），Male，from Santai，Sichuan，Master，Engineer，Research focus：environment and reliability test technology.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.020

TJ06；TN959.71

A

1672－9242（2015）02－0095-04

2014-12-15；

2015-03-10