浅析军用装备自然环境试验与实验室环境试验的关系

孙成，孙灏，陈中青，王超，刘玉石

（1.中国船舶重工集团公司第七二三研究所，扬州 225001；2.中国船舶工业电工电子设备环境与可靠性试验检测中心，扬州 225001）

引言

高低温、湿度、盐雾、太阳辐射、海水电导率、海水盐度、海水溶解氧等环境因素对装备功能性能可能会造成较大的影响，比如引起材料老化、腐蚀、脆化、长霉等[1]。因此，通过环境因素监测来找到装备的失效机理至关重要，环境试验就是这样一种方法。

在军用装备的前期方案论证、早中期工程研制、鉴定定型、批产和使用等不同阶段，环境试验都贯穿其中，发挥着暴露装备设计、选材、制造上的缺陷以及评估装备寿命的作用[2]。环境试验中，主要包括使用环境试验、自然环境试验和实验室环境试验。使用环境试验是指装备在规定的实际使用环境下对装备的考核，常用于装备使用阶段，根据试验的结果能够为设计定型提供改进依据，同时可以暴露出自然环境试验和实验室环境试验难以发现的产品缺陷。

自然环境试验和实验室环境试验从不同的层面获取材料、零部件、分机、整机的环境适应性数据，它们分别以GJB 8893《军用装备自然环境试验方法》和GJB 150A《军用装备实验室环境试验方法》作为权威的标准，全面指导、考核和评价装备全寿命周期的环境适应性水平，进而为装备的改进设计提供科学决策依据。

1 自然环境试验

1.1 定义

自然环境试验在GJB 8893.1-2017中的定义是：将试验样品按预期使用要求放置于自然环境中，考核自然环境对其功能和（或）性能的影响，评价其环境适应性的试验。其中，自然环境主要包括大气环境、水环境、土壤环境、空间环境等[3]，试验样品范围涵盖材料工艺、元器件、零部件、分机乃至整机。

1.2 特点

自然环境试验的特点包括真实性、基础性、不可替代性和公益性：

1）真实性。通过自然环境试验，装备受到温度、盐雾、太阳辐射等多种环境因素的共同作用，能真实地反映装备在服役期内的损伤模式和演变规律，试验结果具有强信服力。

2）基础性。自然环境试验是装备环境工程中最为基础的试验，为环境适应性设计提供基础数据支撑。

3）公益性。自然环境试验广泛应用于军用和民用领域，试验得到的数据也具有通用性。

4）不可替代性。由于地理位置的差异，世界不同国家的大气、海水、土壤环境也不尽相同，在我国领土内进行自然环境试验得到的数据独一无二，具有不可替代性。

1.3 应用

自然环境试验主要应用于前期方案论证、早中期工程研制、鉴定定型、批产和使用等阶段。试验条件是客观存在的自然环境条件，非人为控制，能够真实反映多种因素耦合作用下对样品功性能的影响。

GJB 8893-2017《军用装备自然环境试验方法》提出了户外、棚下、库内三种大气自然环境试验，还有表层、长尺两种海水自然环境试验。通过试验设计合理的剪裁试验项目、条件，科学选择试验方法、试验顺序等，既能可靠复现装备预期环境效应，又可以降低成本，提高装备研制生产过程的费效比。

我国的自然环境试验站选取了典型的大气和海水环境类型，主要有海南万宁试验站-湿热海洋大气环境、云南西双版纳试验站-湿热雨林环境、北京试验站-暖温半乡村环境、黑龙江漠河试验站-寒冷乡村环境、福建厦门试验站-亚热带海洋环境、山东青岛试验站-温带海洋环境等。受试样品在自然环境下贮存的试验时间相对较长，通常是1年至数十年的跨度。

2 实验室环境试验

2.1 定义

实验室环境试验是在实验室内，按照人为规定好的环境条件、负载条件进行的试验，实现了对自然环境极端条件下的模拟。实验室内的主要环境类型包括气候环境、力学环境、化学环境、电磁环境等。

2.2 特点

1）试验周期短。GJB 150A中霉菌试验约28天、盐雾试验11天[4]，均已经是较长的单项试验了，所以实验室环境试验的周期相对自然环境试验较短。

2）条件可控。相比自然环境试验，实验室环境试验的条件是可控的，并且可以做到加严考核。

3）试验应力耦合难以实现。实验室环境试验条件基本是单项环境因素或者2~3项环境因素综合，多应力耦合作用下对装备的影响一直是实验室环境试验的盲区。

2.3 应用

实验室环境试验主要应用于工程研制、鉴定定型、批产和使用等阶段。常用于工程研制阶段发现产品缺陷以改进设计，也可以用来验证装备的环境适应性是否满足研制要求的相关规定，作为产品批生产或出厂验收的依据。

3 区别与联系

利用自然环境试验的成果，即积累的失效数据及暴露出的主要影响因素，可以作为开发更好的实验室环境试验方法的基础。实验室环境试验在一定程度上对自然环境试验进行了延伸与拓展，二者相辅相成。

自然环境条件具有不可控性，而实验室环境试验条件是经过了人为的简化和加严，造成二者之间的等效关系尚不清晰，这就导致了通过严格实验室环境条件考核后的装备在实际使用中仍具有很多环境适应性问题的情况。二者之间的区别主要见表1。

表1 自然环境试验与实验室环境试验的区别

4 结论

自然环境试验条件是客观不可控的，随着季节更替、昼夜轮回会产生变化，能够更为真实地反映多种环境因素综合作用下对装备功性能的影响，这是其与实验室环境试验的本质区别。而且，环境作用机理是一个极其复杂的非线性耦合的过程，综合全部实验室环境试验也未必能等效模拟自然环境试验的效果。但是实验室环境试验可以对单项环境试验条件进行控制，考核能力可以超过自然环境试验对装备的影响。

自然环境试验是实验室环境试验的发展基础，实验室环境试验是自然环境试验的补充延伸，两者之间并行发展，对于装备全寿命周期内的环境工程工作的进行、提高装备环境适应性能力具有重要的意义。