流體污染試驗(yàn)實(shí)施方法研究

梁衛(wèi)航 ， 溫天山

（1. 工業(yè)和信息化部電子第五研究所, 廣東 廣州 510610；2. 廣東省電子信息產(chǎn)品可靠性技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510610；3. 廣東省工業(yè)機(jī)器人可靠性工程實(shí)驗(yàn)室, 廣東 廣州 510610）

0 引言

常用的流體污染試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)包括美軍標(biāo)MILSTD-810G “Environmental engineering considerations and laboratory test[1]”、 民機(jī)適航標(biāo)準(zhǔn)RTCA/D0-160G “Environmental conditions and test procedures for airborne equipment[2]” 和國軍標(biāo)GJB 150.26-2009 《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法 第26 部分:流體污染試驗(yàn)》[3]。

GJB 150.26-2009 于2009 年5 月由中國人民解放軍總裝備部發(fā)布并施行, 隨著其頒布、 宣貫和實(shí)施, 以及對其方法概述的理解、 流程的充實(shí),其已在軍用航空器的流體污染試驗(yàn)中, 在激發(fā)裝備潛在的失效方面, 取得了良好的效果。

RTCA/D0-160G 是民機(jī)適航試驗(yàn)依據(jù)的主要環(huán)境試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。 例如: C919 民用飛機(jī)、 海鷗-300 水陸兩棲飛機(jī)和AG600 “鯤龍” 水上飛機(jī)的研發(fā)、量產(chǎn), 以及評價(jià)其國際適航性所用的標(biāo)準(zhǔn)都是RTCA/DO-160G。 該標(biāo)準(zhǔn)流體敏感性試驗(yàn)的實(shí)施目標(biāo)對象明確, 試驗(yàn)流程簡單； 但實(shí)施細(xì)節(jié)的描述不清, 參數(shù)的定義容易產(chǎn)生歧義。 其在環(huán)境適應(yīng)性工程領(lǐng)域中應(yīng)用時(shí)需解決試驗(yàn)流程實(shí)施細(xì)節(jié)描述模糊抽象、 參數(shù)規(guī)定不清晰等問題, 因此參照該標(biāo)準(zhǔn)在工程實(shí)踐中開展流體敏感性試驗(yàn)還具有一定的局限性。

因此, 本文通過梳理GJB 150.26—2009 流體污染試驗(yàn)實(shí)施方法, 對RTCA/DO-160G 標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)流程進(jìn)行了完善, 對于RTCA/DO-160G 標(biāo)準(zhǔn)的適航準(zhǔn)入試驗(yàn)的開展, 以及將環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)和評價(jià)方法拓展至無人機(jī)領(lǐng)域具有重要的意義。

1 實(shí)驗(yàn)室開展流體污染試驗(yàn)的現(xiàn)狀

1.1 參照GJB 150.26-2009 開展試驗(yàn)的現(xiàn)狀

GJB 150.26—2009 標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定該試驗(yàn)方法適用于在貯存與工作狀態(tài)中的軍用裝備。 按照軍用裝備的類型、 貯存與工作環(huán)境的差異或污染性流體的種類, 明確適用范圍, 獲取其歷經(jīng)流體污染環(huán)境應(yīng)力的場合[4]。

在工作環(huán)境中, 裝備不可避免地會受到各種流體污染。 例如: 軍用航空器的機(jī)械結(jié)構(gòu), 以及轉(zhuǎn)動部件、 作動部件和減振器等都會接觸潤滑油,液壓系統(tǒng)工作時(shí)始終要傳遞液壓油, 動力系統(tǒng)要靠輸入燃油產(chǎn)生驅(qū)動力, 液冷設(shè)備需用冷卻液給高溫設(shè)備降溫。

在貯存環(huán)境中, 裝備也會接觸到各種污染流體。 例如: 航空器的表面在寒環(huán)境冷中需要噴涂除冰劑, 其精密航電設(shè)備需要噴灑殺蟲劑來防止生物損傷； 閃點(diǎn)低、 隔熱效果差的塑料材料貯存在高溫干燥環(huán)境中時(shí)需要涂覆滅火劑等。

目前, 實(shí)驗(yàn)室通常是按裝備歷經(jīng)環(huán)境應(yīng)力的場合來開展試驗(yàn)的, 包括以下幾個(gè)階段。

a） 試驗(yàn)參數(shù)的選取。

b） 溫度（樣品溫度、 流體溫度） 穩(wěn)定階段。

c） 流體噴淋（浸漬于流體） 階段: 將試件放置在試驗(yàn)箱內(nèi), 將試驗(yàn)流體以浸漬、 噴霧、 濺射和沖刷的形式施加于試件上。

d） 瀝干保持階段。

e） 外觀與功能、 性能的檢測。

f） 依據(jù)判定標(biāo)準(zhǔn), 判定流體污染試驗(yàn)通過與否。

GJB 150.26—2009 的試驗(yàn)流程通過以上步驟實(shí)施, 標(biāo)準(zhǔn)對參數(shù)的定義較為清晰； 工程實(shí)踐應(yīng)用中也已摸索、 探究了實(shí)施流程的各個(gè)要素并完善了其定義。

1.2 參照RTCA/D0-160G 開展試驗(yàn)的現(xiàn)狀

民用航空器的工作環(huán)境與軍用航空器基本一致。 RTCA/DO-160G 的流體敏感性試驗(yàn)規(guī)定需按設(shè)備分類實(shí)施。 按試驗(yàn)程序開展噴淋試驗(yàn)和浸漬試驗(yàn)。

按已分類的設(shè)備技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn), 選取一個(gè)試驗(yàn)程序開展流體敏感性試驗(yàn)。 其實(shí)施試驗(yàn)的各個(gè)要素（例如: 時(shí)間、 溫度和試驗(yàn)流體施加） 都未明確清晰地給出, 概念易出現(xiàn)歧義。 因此, 以下將對應(yīng)GJB 150.26—2009 的試驗(yàn)流程的步驟, 完善RTCA/DO-160G 的試驗(yàn)程序的細(xì)節(jié), 并定義其各個(gè)要素。

2 軍民航空器標(biāo)準(zhǔn)體系的應(yīng)用

2.1 GJB 150.26-2009 的應(yīng)用

GJB 150.26-2009 的主要構(gòu)型和基本內(nèi)容是完全等效采用美軍標(biāo)MIL-STD-810G 版本, 作為剪裁標(biāo)準(zhǔn), GJB 150.26-2009 具有很大的靈活性； 而標(biāo)準(zhǔn)的靈活性, 能夠使其流體污染試驗(yàn)中各個(gè)要素的描述及實(shí)施得到更好的貫徹。 GJB 150.26-2009 對各個(gè)要素的定義有如下規(guī)定。

a） 暴露時(shí)間

暴露時(shí)間應(yīng)考慮以下3 種情況, 并按照相關(guān)規(guī)定進(jìn)行確定。

1） 偶然性污染: 裝備1 年內(nèi)僅可能出現(xiàn)1～2次的污染。

2） 間斷性污染: 正常工作條件下有規(guī)律性地發(fā)生或在裝備的整個(gè)壽命期間內(nèi)季節(jié)性發(fā)生的流體污染。

3） 長期性污染: 裝備長期完全暴露的污染。b） 保持時(shí)間

保持時(shí)間一般不短于8 h, 以“8 h 瀝干時(shí)間+16 h 靜置保持時(shí)間” 作為整體的保持時(shí)間。

c） 污染流體的種類、 試驗(yàn)流體和試驗(yàn)流體的組合

1） 污染流體的種類: GJB 150.26—2009 附錄A 中給出了試驗(yàn)中要求的典型污染流體和溫度。

2） 試驗(yàn)流體: 其壽命周期內(nèi)通常會遇到的污染流體。

3） 試驗(yàn)流體的組合: 試驗(yàn)實(shí)施時(shí)流體的施加方式, 包括單獨(dú)施加、 多種流體混合施加和多種流體按順序連續(xù)施加。

其中, 污染流體種類的選取依照軍用航空器研制和使用部門提供的設(shè)備技術(shù)性能規(guī)范, 結(jié)合其壽命周期合理地選擇[5]。 試驗(yàn)流體施加方式則應(yīng)考慮所有施加的污染性流體相互耦合作用下的破壞性影響以及對試驗(yàn)結(jié)果評價(jià)的干擾性影響,例如: 應(yīng)考慮污染流體之間因化學(xué)作用導(dǎo)致本身特性失效的情況。

d） 試驗(yàn)溫度

1） 試件溫度: 暴露于流體污染時(shí)裝備的溫度。

2） 流體溫度: 裝備工作在極端條件下的溫度。

3） 試驗(yàn)保持溫度: 流體施加后將受試產(chǎn)品置于試驗(yàn)箱中按保持時(shí)間瀝干狀態(tài)下的環(huán)境溫度。

因而除污染效應(yīng)外, 施加污染流體還會給試件帶來熱沖擊。 高溫下的污染性流體對裝備表面或內(nèi)部的劣化作用最為明顯, 其嚴(yán)酷度較高。

2.2 RTCA/D0-160G 的應(yīng)用

RTCA/DO-160G 標(biāo)準(zhǔn)中流體敏感性試驗(yàn)的目標(biāo)對象包括: 傳動閥、 減振器、 液壓馬達(dá)、 傳感器、 防火切斷閥、 著陸燈/滑行燈、 接收/發(fā)射天線、 無線通信單元和電子控制器, 以及USB 微控制器等民機(jī)適航準(zhǔn)入設(shè)備, 其更新?lián)Q代快、 正在向人工智能化方向發(fā)展, 是客戶獲取適航準(zhǔn)入的需求。 RTCA/DO-160G 有如下規(guī)定:

按設(shè)備技術(shù)規(guī)范對設(shè)備進(jìn)行機(jī)械和電氣連接,在試驗(yàn)期間設(shè)備不要求工作, 試驗(yàn)在試驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行。

a） 噴淋試驗(yàn)

用適當(dāng)?shù)牧黧w對設(shè)備進(jìn)行噴淋, 每天進(jìn)行一次或多次噴淋以使設(shè)備處于濕潤狀態(tài), 時(shí)間不少于24 h。 如果保持潤濕條件有困難, 而且設(shè)備技術(shù)規(guī)范要求必做噴淋試驗(yàn)而不做浸入試驗(yàn), 則可每隔4 h 就充分噴淋一次設(shè)備。 噴淋呈細(xì)霧狀, 保持一個(gè)規(guī)定的溫度并噴向受試件的每一個(gè)主要表面、 密封接頭, 使樣品處于濕潤狀態(tài)8 h, 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則繼續(xù)在保持溫度下保持16 h； 完成一個(gè)循環(huán)。 繼續(xù)試驗(yàn)2 個(gè)循環(huán), 共完成3 個(gè)24 h 的循環(huán)試驗(yàn)； 目視檢查劣化程度,如無劣化, 則對樣品進(jìn)行性能檢測。

b） 浸漬試驗(yàn)

1） 按照設(shè)備技術(shù)規(guī)范的規(guī)定對設(shè)備進(jìn)行電氣和機(jī)械連接[6]。 試驗(yàn)在環(huán)境溫度下進(jìn)行, 試驗(yàn)期間設(shè)備不工作。 2） 把設(shè)備浸入適當(dāng)?shù)牧黧w中至少24 h, 流體的溫度保持在表1 中的規(guī)定值。 3） 24 h之后, 將設(shè)備至少工作10 min, 此時(shí)設(shè)備仍全部浸在流體中。 4） 這一階段結(jié)束后, 取出試件, 放在試驗(yàn)箱中保持恒溫+65 ℃, 時(shí)間至少為160 h。結(jié)束后, 將試件的溫度降至室溫并使其再工作至少2 h[6-7]。

從以上內(nèi)容中可以看出, RTCA/D0-160G 對時(shí)間、 溫度和污染流體施加等要素, 未有進(jìn)一步的描述, 各個(gè)要素的概念模糊抽象、 參數(shù)規(guī)定原則不清晰。 因此, 以下將用GJB 150.26—2009 的試驗(yàn)流程的步驟, 明確RTCA/D0-160G 流體敏感性試驗(yàn)中各個(gè)要素的定義, 并完善試驗(yàn)實(shí)施細(xì)節(jié)。

RTCA/DO-160G 標(biāo)準(zhǔn)中給出的部分試驗(yàn)中要求的污染流體和溫度如表1 所示。

3 試驗(yàn)程序

RTCA/DO-160 標(biāo)準(zhǔn)的流體敏感性試驗(yàn), 可借鑒GJB 150.26—2009 的試驗(yàn)流程, 定義相關(guān)試驗(yàn)參數(shù), 對其試驗(yàn)流程進(jìn)行詳細(xì)的解釋和說明。

a） 噴淋試驗(yàn)

將樣品按要求連接或安裝, 放置在試驗(yàn)箱內(nèi)；試驗(yàn)前, 按規(guī)定的試件溫度穩(wěn)定樣品； 在試驗(yàn)期間設(shè)備不要求工作, 試驗(yàn)在試驗(yàn)室環(huán)境操作下進(jìn)行[9]。

1） 偶然性污染

在被試品表面噴淋施加流體, 試驗(yàn)程序要求僅施加噴淋1 次； 保持8 h 濕潤時(shí)間, 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則按試驗(yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)16 h； 目視檢查劣化情況, 如無劣化, 則將試件在保持溫度下保持8 h 試驗(yàn)后, 目視檢查試件的劣化情況, 如無劣化, 則按試驗(yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行16 h 試驗(yàn), 完成一個(gè)循環(huán)； 重復(fù)一個(gè)循環(huán), 共完成2 個(gè)24 h 的循環(huán)試驗(yàn)。 完成功能性能檢測, 判定完成流體敏感性試驗(yàn)。

2） 間斷性污染

進(jìn)行3 個(gè)循環(huán)的試驗(yàn), 每個(gè)循環(huán)包括8 h 保持濕潤時(shí)間和16 h 瀝干時(shí)間； 其中, 瀝干時(shí)試驗(yàn)箱內(nèi)的溫度規(guī)定為試件溫度, 期間不允許振動和擦干受試樣品。 重復(fù)步驟: 被試品在保持溫度下保持8 h 濕潤時(shí)間和16 h 瀝干時(shí)間； 共完成3 個(gè)24 h的循環(huán)試驗(yàn)。 目視檢查試件的劣化情況,如無劣化情況, 則將試件在保持溫度下保持8 h 試驗(yàn)后, 目視檢查試件的劣化情況,如無劣化情況, 則按試驗(yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行16 h試驗(yàn), 完成一個(gè)循環(huán)； 重復(fù)一個(gè)循環(huán), 共完成2 個(gè)24 h 的循環(huán)試驗(yàn)。 目視檢查劣化情況, 如被試品出現(xiàn)表面結(jié)構(gòu)材料劣化,則試驗(yàn)不合格, 需進(jìn)行故障分析流程。 恢復(fù)常溫, 檢查被試品的外觀和功能性能,如出現(xiàn)外觀和功能性能方面的故障, 則試驗(yàn)不合格, 需進(jìn)行故障分析流程。 如被試品外觀正常, 并且能夠正常工作, 則判定完成流體敏感性試驗(yàn)。

b） 浸漬試驗(yàn)

長期性污染——將樣品完全浸入流體內(nèi), 以規(guī)定的流體溫度保持24 h, 流體的溫度保持在裝備（設(shè)備） 工作在極端條件下的溫度的規(guī)定值。 流體要完全覆蓋設(shè)備。 24 h 之后, 設(shè)備至少工作10 min, 此時(shí)設(shè)備仍全部浸在流體中。

這一階段結(jié)束后, 取出樣品, 放在試驗(yàn)箱中保持恒溫+65～+85 ℃, 時(shí)間至少為160 h, 結(jié)束后將試件的溫度降至室溫并使其工作至少2 h。 2 h 過后, 目視檢查試件的劣化情況, 確定設(shè)備的內(nèi)部或外部器件有無損傷；完成功能和性能檢測, 確定試件是否符合設(shè)備技術(shù)性能標(biāo)準(zhǔn)。

4 實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)程序的應(yīng)用實(shí)例

現(xiàn)有一款液壓馬達(dá)產(chǎn)品依據(jù)其鑒定試驗(yàn)大綱（已批復(fù)）、 技術(shù)協(xié)議和產(chǎn)品規(guī)范文件, 對設(shè)備分類為F 類, 其典型工況任務(wù)剖面的工作環(huán)境溫度是80 ℃, 試驗(yàn)流體是15 號航空液壓油。 在其壽命周期內(nèi)受到偶然性污染和長期性污染的環(huán)境應(yīng)力作用, 針對其受到的偶然性污染和長期性污染,分別開展噴淋試驗(yàn)和浸漬試驗(yàn), 具體的試驗(yàn)過程如下所述[8]。

a） 噴淋試驗(yàn): 偶然性污染

樣品不工作, 用80 ℃的15 號航空液壓油對樣品每一個(gè)主要表面、 密封接頭進(jìn)行噴淋, 使樣品處于濕潤狀態(tài)8 h, 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則按試驗(yàn)條件繼續(xù)進(jìn)行試驗(yàn)16 h, 完成1 個(gè)循環(huán)。 24 h 結(jié)束后使樣品工作至少10 min。 此后樣品不工作, 不清除多余的流體, 將樣品放置于65 ℃的恒溫環(huán)境中至少160 h。 放置結(jié)束后, 樣品在室溫下工作至少2 h； 目視檢查劣化程度, 如無劣化, 則繼續(xù)浸漬試驗(yàn)。

b） 浸漬試驗(yàn): 長期性污染

樣品不工作, 將樣品完全浸入在80 ℃的15 號航空液壓油中, 時(shí)間不少于24 h。 24 h 結(jié)束后,使完全浸入15 號航空液壓油中的樣品工作至少10 min。 此后樣品不工作, 將樣品放置于65 ℃的恒溫環(huán)境中至少160 h。 放置結(jié)束后, 樣品在室溫下工作至少2 h。 對樣品外部進(jìn)行目檢, 完成樣品的功能和性能檢測。 試驗(yàn)后樣品的外部沒有結(jié)構(gòu)性損壞, 復(fù)測功能和性能符合其要求, 按照其合格判定準(zhǔn)則, 試驗(yàn)合格。

以上是RTCA/DO-160 標(biāo)準(zhǔn)的流體敏感性試驗(yàn), 按其技術(shù)協(xié)議和產(chǎn)品規(guī)范文件, 并借鑒GJB 150.26—2009 標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施流程, 明確RTCA/DO-160G 標(biāo)準(zhǔn)的流體敏感性試驗(yàn)的各個(gè)要素的涵義,側(cè)重于試驗(yàn)實(shí)施的流程研究。

5 結(jié)束語

文中通過對GJB 150.26—2009 流體污染試驗(yàn)的實(shí)施過程進(jìn)行研究, 參照GJB 150.26—2009 標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)流程, 探索了RTCA/D0-160G 流體敏感性試驗(yàn)的實(shí)施方法, 完善了其試驗(yàn)流程。 并通過一個(gè)工程應(yīng)用實(shí)例說明了完善后的流體敏感性試驗(yàn)的具體實(shí)施過程, 對于促進(jìn)流體污染試驗(yàn)方法的不斷改進(jìn), 提高產(chǎn)品的可靠性具有重要的意義。