产品的环境适应性设计.doc

产品的环境适应性设计一个产品要成为被广大消费者所接受的商品，一个产品要成为一种招之既来、来之能战、战之能胜的武器，除了它的功能和性能外，就是它对环境的适应性和使用的可靠性。任何产品都处于一定的环境之中，在一定的环境条件下使用、运输和贮存。因此都逃脱不了这些环境的影响。特别恶劣环境条件下工作的产品更是如此。产品环境适应性水平高低的源头是环境适应性设计，因此要研制出一个环境适应性好的产品，首先抓的是环境适应性设计，设计奠定了产品的固有环境适应性。1、环境适应性的设计步骤、明确产品的平台环境条件当前产品的环境适应性设计基本上以标准中的考核条件为设计依据的，其目的是交付，结果是使用中仍然故障不断，究其原因，其中最重要的是：产品实际所经受到的环境条件并不是标准中给出的环境条件（即标准中的试验条件或试验严酷等级）。所以当前国外的最新标准，对整机已不规定具体的试验条件（即试验严酷等级），只给出自然或诱发环境条件的参考量值。可见，作为环境适应性的设计的第一步首先要弄清产品的平台环境条件，特别是大型系统工程，各分系统、子系统、设备、分机所经受到的环境条件又不同于整个系统所经受到的环境条件。、确定产品寿命期的环境剖面一个产品从出厂到报废，除使用过程中的平台环境条件外，还要经受到运输和贮存环境条件；另外还涉及到经受各种环境因素的概率，所谓环境剖面就是产品全寿命期所遇到的各种环境因素及其出现概率。可见作为环境适应性设计的第二步，应知道产品全寿命期的环境剖面，并以此作为设计依据。、制订环境适应性设计准则一个产品通常有许多分机组成，特别是大型系统工程，会更有许多分系统、子系统、设备单元组成，因此要搞好环境适应性设计，必须制定能保证产品环境适应性的统一设计准则，让每一设计师进行环境适应性设计时有统一的依据。环境适应性设计准则应采用先进的、成熟的材料、工艺、结构等，并且有好的费效比。、环境适应性设计评审环境适应性设计评审是对环境适应性设计输入进行的全面、系统审查，从中发现环境适应性设计中的薄弱环节、提出改进意见、完善设计降低设计风险。、环境适应性设计输入验证一个产品完成了环境适应性设计输入后，如果这种设计没有以前试验结果报告证实是可行的，则应进行设计验证试验来证明可行的。2、环境适应性的设计原则进行环境适应性设计时，可按下列原则进行： 、减缓影响产品的环境应力、增强产品自身耐环境应力的能力环境适应性设计首先应综合考虑所设计产品可能经受到的各种环境因素及其应力，采用减缓环境应力的措施、增强自身耐环境应力的能力，即用有效的防护设计、材料、工艺等来达到所设计产品的环境适应性要求。、逐级明确防护对象和防护等级。按从大到小的顺序，即从系统、整机、单元、零部件、模块、元器件到材料逐级明确防护对象和防护等级。、建立有效、合理的防护体系。环境适应性设计应从多方面入手：采用合理的结构设计，正确选择材料，严格进行计算并确定使用应力，选用稳定的加工、装联工艺，建立有效、合理的防护体系。、综合考虑环境因素的不良影响一种环境因素可能产生多种不良影响；一种不良影响往往是多种环境因素协同作用的结果，设计时应予以综合考虑。3、耐高低温设计为提高电子产品的耐高低温性能，其耐高低温设计应列入电子产品总体方案设计范畴。电子产品的耐高低温设计应从下列三方面进行：3.1、采用合理的结构合理的结构是电子产品耐高低温最为重要的保证。、电子产品的结构应综合考虑机箱的功率密度、总功耗、热源分布、热敏感性、热环境等因素，以此来确定电子产品最佳的冷却方法。、电子元器件、模块的最大结温的减额准则应符合有关规定；单个电子器件（如集成器件、分立式半导体器件、大功率器件）应根据温升限值，设置散热器或独立的冷却装置；热敏器件的安置应远离热源；对关键器件、模块的冷却装置应采取冗余设计；互连用的导线、线缆、器材等应考虑温度引起的膨胀、收缩造成的故障。、对于印制板组件：其板上的功率器件，应采取有效的措施降低器件与散热器界面的接触电阻；带导热条的印制板，其夹紧装置、导轨及机箱（或插箱）壁之间应保证有足够的压力和接触面积；采用空气自然对流冷却的印制板，其板之间的间距、板上的最高元器件与插箱壁之间的间距应符合有关规定。、应根据机箱的热耗量和内部阻力的情况，选择合适的通风机，设计合理的空气流通通道，保证需要冷却的各个部位得到其所需的风量，冷却空气应首先流经对热敏感的器件；冷却空气的进口与出口位置应相互错开，不得形成气流短路或开路。、对于机箱中的各个部分，其单元热量分布均匀时，可采用抽风冷却，非均匀热源采用鼓风冷却。对于热耗量大的密封式机箱，应采用多种冷却系统，其冷却通道应专门设计。3.2、正确地选择材料、尽量选择对温度变化不敏感的材料，采用经优选、认证或经多年实践证明可靠的金属和非金属材料。、选择的材料在温度变化范围内，不应发生机械故障或破坏完整性，如机件变形、破裂、强度降低等级、材料发硬变脆、局部尺寸改变等。、选择膨胀系数不一的材料时，应确定其在温度变化范围内不粘结或相互咬死。、选择的润滑剂，应在温度变化范围内能保证其粘度、流动性稳定。3.3、采用稳定的加工、装联工艺、应在高标准的制造和装配环境下进行电子产品的加工、装联。、对于电子产品机箱内各个组件，应采取合适的热安装技术；而对于印制板组件，其板上的电子元器件同样应采取正确的热安装技术。、应采用新型的、经验证的或典型的、可靠的天线、机箱及印制板涂装工艺、金属电镀工艺等，以确保其工艺涂镀层在温度变化范围内不出现不符合标准的保护性及装饰性评价。4、防潮设计4.1、结构设计在不影响设备性能的前提下，应尽可能采用气密密封机箱。4.2、防潮处理、憎水处理通过一定的工艺处理，降低产品的吸水性或改变其亲水性，如用硅有机化合物蒸气处理，可提高产品的憎水能力。、浸渍处理用高强度与绝缘性能好的涂料填充某些绝缘材料、各种线圈中的空隙、小孔、毛细管等。浸渍处理除可以防潮外，还可以提高纤维绝缘材料的击穿强度、热稳定性、化学稳定性以及提高元器件的机械强度等。、灌封用环氧树脂、蜡、沥青、油、不饱和聚酯树脂、硅橡胶等有机绝缘材料加热熔化后，注入元器件本身或元器件与外壳间的空间或引线的空隙，冷却后自行固化封闭。所使用的材料应保证其耐霉性。、密封装置对零部件、模块等采用密封装置，密封分塑料封装和金属封装两种：塑料封装：塑料封装是把零件直接置于注塑模具中与塑料制成一体。金属封装：金属封装是把零件置于不透气的密封盒中，有的还可在盒内注入气体或液体。、表面涂覆用有机绝缘漆涂覆材料表面，提高防潮性能。、使用防潮剂在设备内部放置防潮剂，并定期更换。4.3、材料选择应尽量选用防潮性能好的材料，如铸铁、铸钢、不锈钢、钛合金钢、铝合金等金属材料以及环氧型、聚酯型、有机硅型、聚酰亚胺型等绝缘防护材料等。4.4、防潮包装为防止设备在贮存、运输过程中受潮，应采取防潮包装，并符合GB5048的规定。5、防生物侵害设计5.1、结构设计、在不影响设备性能的前提下，应采用气密式外壳结构，内部空气应干燥清洁，相对湿度小于60%；、对于气密式设备，其内部可填充干燥清洁的惰性气体，相对湿度应小于60%；、气密性外壳的技术要求和检验应符合国家标准与产品规范的有关规定。5.2、材料选择、应选用耐霉性材料。常用耐霉性材料见表1；、金属、陶瓷、石棉等材料不利于霉菌生长，但应经适当的表面处理，以防止其表面污染上霉菌的营养物质；、高分子材料（如塑料、合成橡胶、胶粘剂、涂料等）中的填料、增塑剂的选择，应尽量选用防霉的无机填料及其它耐霉助剂；、热固性塑料应完全固化，以提高其防霉性；、非耐霉材料如天然纤维材料及其制品应尽量避免使用，若难以避免，则必须经过防霉处理之后才能使用。 表1 常用耐霉性材料序号 材料名称1丙烯腈氯乙烯共聚物2石棉3陶瓷4聚氯醚5玻璃6金属7环氧层压、酚醛树脂尼龙纤维层压、有机硅树脂玻璃纤维层压制品8邻苯二甲酸二烯丙酯9聚丙烯腈10聚酰胺11聚碳酸酯12聚乙烯（高分子量）13聚对苯二甲酸乙二醇酯14聚酰亚胺15聚三氟氯乙烯16聚丙烯17聚苯乙烯18聚砜19聚四氟乙烯（PTFE）20聚全氟代乙丙烯（FEP）21聚偏二氯乙烯22硅酮树脂5,3、防霉处理当使用的材料和元器件等耐霉性达不到要求时，必须作防霉处理。、对非耐霉材料（如塑料、橡胶、涂料、胶粘剂等），可在材料的生产工艺过程中直接加入防霉剂；、对由非耐霉材料制成的零部件、元器件，可浸涂、刷涂防霉剂溶液或防霉涂料；、所使用的防霉剂必须满足下列要求：高效、广谱；低毒、安全；性能稳定，便于操作对设备的性能无不良影响。、应根据防霉处理的材料种类、使用环境、要求防霉的时间长短以及主要的霉菌种类等因素，选用合适的防霉剂。常用防霉剂见表2。表2 常用防霉剂序号防霉剂名称应用范围1水杨酰苯胺适用于棉、毛织品、塑料、橡胶、油漆、软木等的防霉2SF501适用于光学仪器、玻璃零件及各种工业产品密封包装的防霉3TBZ适用于漆膜等多种物品的防霉4百菌清适用于漆膜等多种物品的防霉5多菌灵适用于漆膜等多种物品的防霉5.4、包装防霉为防止设备在贮存、运输过程中长霉，应采取防霉包装。、霉菌对设备性能有影响或外观要求较高的设备，应采用密封包装，方法包括：抽真空置换惰性气体密封包装、干燥空气封存包装、除氧封存包装、使用挥发性防霉剂密封包装；、经有效防霉处理的设备，可采用非密封包装，但应先外包防霉纸，然后再包装；、长霉敏感性较低的设备，亦可采用非密封包装，并应在包装箱上开通风窗，以防止和减小由于温度升降在设备上产生凝露。、防霉包装的技术要求和检测应符合GB4768的规定。5.5、防昆虫及其它有害动物的设计要求对于暴露在昆虫及其它有害动物活动地区并受到其危害的设备，应采取防护措施。、防护网罩可在设备的周围和外壳孔洞部位设置金属网罩，防止昆虫和其它有害动物进入。网孔大小应视防护的具体要求而定；、密封外壳密封外壳可用于防止昆虫及其它有害动物进入；、生物杀灭剂和驱赶（除）剂（器）不能采用密封外壳和防护网罩的设备，应定期使用生物杀灭剂（如杀虫剂、杀鼠剂等）。对防霉处理的规定也适用于生物杀灭剂。6、防腐蚀设计电子设备防腐蚀设计的基本要求是应根据产品的使用地区和安装平台的不同而不同：例如机载电子设备在有盐雾的大气环境中应能完全正常地工作，其外观评价满足保护性和装饰性的有关要求。为了提高电子设备环境适应能力，必须采用有效的防腐蚀设计。在设备总体设计阶段，必须同步编制防腐蚀设计大纲，并在设计，制造、贮存、运输、使用等各个阶段予以实施。电子设备具体的防腐蚀设计主要从下列三个方面进行：6.1、结构设计、一般要求采用密封式结构。密封设计优先顺序为：模块单元进行单独密封；插箱、分机局部密封；机箱或插箱整体密封。进行气密式设计时，容器应采用永久性熔焊气密结构，局部采用密封圈密封，密封圈应选用永久变形小的硅橡胶“0”型圈。、对于大容积的构件（如天线箱体、天线罩、高频箱等），应尽量避免气密式设计。、外壳顶部不允许采用凹陷结构,避免积水导致腐蚀;外壳结构应优选无缝隙结构，在采用其它结构时，要确保其密封性和电接触性能；外壳与开关、电缆插头座等部件的连接部位应采取密封措施。、减少积水积污的间隙、死角和空间，易积水的部位应设置足够的排水孔。将内腔和盲孔设计成通孔，便于排水和排除湿气。、避免采用不同类型金属接触，以防电偶腐蚀。必需由两种金属接触时，应选用电位接近的金属。不同金属组成的构件，应设计为阳极面积大于阴极面积，并采用下列一种或几种防护措施：1选用与两者都允许接触的金属或镀层进行调整过渡；2活动部位涂润滑油，不活动部位涂漆；3用惰性材料绝缘；4密封。、在贮存或运输过程中，应保证可靠的包装形式和包装材料，提出贮存和运输的安全防护要求。6.2、材料选择正确地选择材料，是电子设备防腐蚀设计的必要保证。在材料选择时，应选用经过鉴定、认证并经过实际使用可靠的金属和非金属材料，不得使用未经入库检验的材料。非标准件及材料的选用必须经订购方认可和质检方鉴定。、在容易产生腐蚀和不容易维护的部位（如天线、管系等设备），应优选钛合金、不锈钢等高耐蚀性能材料。、选择腐蚀倾向小的材料。、选择杂质含量低的材料：金属材料中杂质的存在，直接影响其抗均匀腐蚀、应力腐蚀的能力，其中高强度钢、铝合金、镁合金等材料的这种倾向尤为严重。、不同金属材料相互接触时，选用电化偶相容材料，在腐蚀介质中的电偶最大电位差不得超过0.25V。、密封机箱中不得采用具有腐蚀气氛源（如ABS、聚氯乙烯、酚醛等）的有机材料。、印制板应优选高绝缘、耐燃、无毒、不易变形、刚度高的环氧玻璃布覆铜板（如FR4型）。、避免使用放气剧烈的材料如聚乙烯、多硫化合物、酚基塑料、纸、木材等；避免使用不相容的材料，如铜、锰与橡胶、纸与铜或银等。6.3、加工与装联工艺电子设备在制造过程中，若成型、机械加工、焊接、热处理等工序条件选择不当，则会使材料产生不同类型的腐蚀倾向，导致设备在使用时由于腐蚀而引起性能失效。因此采用稳定的加工、装联工艺，是设备耐腐蚀的重要保证。、一般拉伸强度大于1960Mpa（200kg/mm2）的高强度钢抗应力腐蚀的性能、疲劳强度和断裂韧性都比较低。采用真空冶炼、真空重熔、多向锻造、真空热处理、喷丸、闪光焊和电子束焊等工艺可改善高强度钢的性能。、机械加工板材和挤压件所有关键表面，即经最后机械加工和热处理后易影响的部位，应进行喷丸或别的方法使其处于无应力状态。、采用冲击或热压配合、螺栓紧固、装配等，都可能在零件上表面产生残余应力，应采用提高成形精度、合理引入衬垫加以控制。在成形、加工、热处理、表面处理等工序中，都会带来残余应力，应进行应力消除热处理、喷丸、滚轧等方法消除残余拉应力或使其产生压应力，以减少应力腐蚀开裂或轻氢脆。、滚轧、热处理、高温成形的钛合金，表面需进行机械加工、化学铣切或酸洗，以消除材料在高温下形成的污染层。7、防尘、防雨和防太阳辐射设计、电子设备的天线罩体和外部装置会受到砂尘、雨、太阳辐射的影响。、天线罩体和外部设备应避免形状过于复杂，结构应简单、光滑且合理。、在结构设计中，天线罩体和外部设备外壳除满足其它要求外，应具备足够的刚度和强度，以承受气流冲击和雨水、冰雹、砂尘的侵蚀。、如果可行，天线罩体和外部装置外壳应优先采用尘密和水密式设计，以防砂尘和雨水渗入。由此带来的散热、凝露、除湿等问题应有效地加以解决。、天线罩体和外部设备应避免水和砂尘的积聚，尽量消除缝隙结构。、太阳辐射导致的热效应和雨水可能带来的温度冲击效应，应在热设计中予以充分考虑。、如果天线罩体和外部设备需要有机涂覆层，则必须选用经过实用或试验验证过的涂覆材料与涂装工艺。涂覆层应具备防砂尘、雨水侵蚀的能力；应具备良好的耐热氧老化的能力和防太阳辐射引起的光老化的能力。、应考虑到天线罩体和外部设备外壳密封一旦失效后可能导致的紧急情况，并采用相应的失效防护设计。8、抗振动与抗冲击设计8.1、基本要求电子设备的抗振动与抗冲击要求主要是指安装平台给它的振动输入，例如机载设备的振动与冲击要求是指载机在起飞、降落、空中飞行过程中机舱底板（电子设备安装处）上的振动与冲击的响应和量值。、振动强度设计要求由于环境适应性考虑的是极限环境，所以振动强度设计要求考虑的是极限振动环境条件，通常考虑的是三个方向上的最大值作为任何一个方向上的设计要求。、抗振性能和疲劳设计要求抗振性能和疲劳设计要求是指经常施加在样品上的振动应力。同时还有一个在长期的空中振动下，任务电子系统不能产生疲劳的问题。满足上述要求的不应是最大包络量值，而应是平均值包络量值（为了加大安全系统，也可采用平均值+1的量值）。、冲击强度设计要求就抗冲击设计来说，通常给出的是冲击脉冲波形或冲击响应谱。下图为冲击脉冲波形及其相应的冲击响应谱。8.2、设计准则、以垂向振动作为设计要求振动一般发生在相互垂直的三个方向上，而且通常是垂向的振动最大，因此可以简化成以垂向振动作为相互垂直三个方向上任一方向上的振动设计要求。、固有频率可设计在3070Hz之间电子系统的机柜（包括显控台）、分箱（包括单元）、组件/模块等各层次结构的固有频率应按二倍频的规则设计。当工程实施确有困难时，可最小不低于1.5。机柜（包括显控台）的固有频率可设计在3070Hz之间，并且尽量往30Hz的低端设计。分箱（包括单元）、组件/模块按二倍频或1.5倍频的固有频率往上设计。、放大因子必须设计成小于3在102000Hz的载机振动频率范围内，用速率1oct/min的正弦扫频时，任何层次的共振频率上的放大因子必须设计成小于3。8 3、隔振缓冲系统设计、振动传递率应小于1电子设设备的隔振缓冲系统应同时具有隔振和缓冲两种功能，即既应是一个好的振动隔离器又是一个好的缓冲器，其振动传递率应小于1、冲击传递率应小于1、平均碰撞传递率小于1。、不出现刚性碰撞去除耦联振动应根据电子设备的质量、尺寸、固有频率、危险频率、允许的振动、冲击量值进行隔振缓冲系统的设计（包括提出隔振缓冲系统的动态特性要求等）。并且要做到具有足够的吸收储存能量的位移空间，保证不出现刚性碰撞。支承平台的刚度中心应于电子设备的质量中心重合，以去除耦联振动的有害影响。、采用背架式隔振缓冲系统机柜（包括显控台）应采用背架式隔振缓冲系统，其中背架隔振器是非承载隔振器，其刚度阻尼特性在水平面内，应对称于原点（平衡位置），并应注意它与底部隔振器的刚度位移量等的匹配。、固有频率偏差应小于10加载后的各隔振器的固有频率与同轴向设计时的理论固有频率的偏差应小于10。8.4、机柜（包括显控台）的设计、固有频率尽量靠近30Hz机柜（包括显控台）的固有频率，应设计在3070Hz之间，并尽量靠近30Hz。、处于可靠的支承状态机柜（包括显控台）应设置电缆固定装置，以减少电缆插座和电连接点所受的振动应力。机柜（包括显控台）应设置安全保障装置，以防隔振系统失效时，设备仍处于可靠的支承状态。8.5、插箱（分箱、单元）插箱（分箱、单元）三轴向与机柜（包括显控台）的连接刚度必须保证插箱（分箱、单元）的一阶固有频率不低于同轴向机柜（包括显控台）一阶固有频率的1.52倍，即符合8.2.2的规定。8.6、组件/模块、组件/模块固有频率不应低于同轴向插箱的1.52倍安装在插箱（分机、单元）上的组件/模块的连接刚度，应保证三轴向的固有频率不应低于同轴向插箱（分机、单元）固有频率的1.52倍。、采用较高固有频率的元器件应尽量采用较高固有频率的元器件。、印制板模块必须采取加固措施印制板模块必须采取加固措施。在插箱中的多块印制板模块之间应有限制基频共振振幅的限位措施。、印制板应采取限位、夹紧装置印制板应采取限位、夹紧装置，限制印制板电连接边受振、受冲击后产生的相对位移和变形。8.7、紧固件、动态载荷在电子系统中，将使用许多不同形式的紧固件，它们对电子设备的可靠性起着重要作用。由于在振动与冲击的动态环境下使用，所以设计时应考虑：、以动态载荷（冲击载荷按15g1.78=26.7g、线性加速度按12g考虑）和结构的几何形状为基础，选择正确的紧固件尺寸和固定位置。、按动态载荷选择紧固件的锁紧装置。、根据动态载荷的要求，选择装配方法，例如螺钉应该用扭矩装置旋紧，该装置可预调到要求的扭矩值。扭矩值应该是扭断螺丝头所需扭矩值的6080。、加固监视器、计算硬盘、光盘驱动器等货架产品必须用紧固件紧固，以提高抗冲击与抗振动的能力。环境试验与环境试验技术1、概述环境试验是将产品（包括材料）暴露在自然或人工模拟环境中，以此来评价产品在实际遇到的运输、贮存、使用环境条件下的性能。通过环境试验，可以提供产品在设计、装配、试验、使用等方面的可靠性与质量信息，是产品可靠性与质量保证的重要手段。1.1、环境试验发展概况环境对产品的影响，真正受到人们重视是在30年代未和第二次世界大战期间。那时，在热带和亚热带地区使用的产品（特别是电子电工产品）遇到了所谓气候劣化问题；特别是第二次世界大战战场上使用的产品，在各种恶劣的环境条件下出现了许多问题。据当时美国空军调查，有52产品的损坏是由环境所引起的，其中温度占21，振动占14，潮湿占10，沙尘盐雾占7。这些环境条件造成了许多产品的失灵、误动作、失效，从而贻误了战机，也造成了很大的经济损失，这就迫使各先进的工业国家不得不从一连串的战争失利中，开始着重解决电子电工产品的环境适应性问题。美国是开展环境试验较早的国家，是从研究热带防护开始的，并由国防部发式。从40年代的现场试验到实验室人工模拟试验，并进行试验方法研究和制订试验规范。50年代未，陆、海、空三军都有了各自的环境试验规范和标准。60年代联合制订出三军通用的环境试验标准MILSTD810D（以下简称810D），紧接着又开始了对宇航环境的研究。这样就形成了从元器件、微电路到设备，从陆地、海洋到空中的完整环境试验军标体系。从60年代到现在，美国的环境试验军标经过多次修改和补充，已发展到810F，成为许多国家军品采用的重要环境标准。国际电工委员会IEC是1948年开始考虑环境问题的，当时是TC40和TC12下设的分技术委员会。随着电子电工产品环境试验问题的日益突出，1961年成立了TC50“环境试验技术委员会”专门从事环境试验机理、试验技术和试验程序的研究。1973年又成立了TC75“环境条件技术委员会”，专门从事环境条件分类和分级的研究。TC50和TC75的文件和标准吸收了各国的经验，集中了各国专家的智慧，故具有体系完整、结构严谨、技术先进、使用方便等一系列优点，已成为当今世界公认的科学技术交流和国际贸易的准则。IEC标准已被各国广泛采用，成为国际贸易中消除技术壁垒的重要基础之一，且在世界电子电工产品的生产、贸易、法律等方面发挥着权威性的作用。我国的环境试验工作是1955年正式开始的，首先在广州、上海、海南建立天然暴露试验站，与东欧六国共同合作探索热带、亚热带、工业气体等对电子电工产品的影响。我国的环境试验经历了从开始学习、搬用苏联标准，到逐步建立我国自己的环境试验体系这一发展过程。随着我国改革开放的不断扩大，为了加速四化建设，与国际标准接轨，提高我国电子电工产品的质量与可靠性，提高国际市场的竞争能力，国家已决定以IEC标准和美国军用标准为基础来制订我国的民用和军用产品的环境试验标准。国军标150就是参照美军标810制订的，在军品的环境试验中发挥了重要的作用。1.2、环境试验的类型环境试验大致可以分成两类，一类是天然（自然）暴露试验；一类是人工模拟试验。1.2.1、天然（自然）暴露试验天然暴露试验是将样品（产品或材料）在天然环境条件下进行暴露和测试。天然暴露试验可分为无气候防护和有气候防护两种。无气候防护是指在室外暴露，样品直接受气候影响。有气候防护又可分为完全气候防护和部分气候防护。完全气候防护是指在空调和半空调室内暴露，能保护样品免受气候直接影响。部分气候防护是指在棚下、掩蔽所内暴露，仅能部分保护产品免受气候直接影响。天然暴露试验，可在静止状态下进行，也可以在定期运行或满负荷状态下进行，视试验的要求而定。1.2.2、人工模拟产品在运输、贮存、使用过程中所经受的环境条件是多种多样、错综复杂的。按对影响产品的因素可分为：a、气候条件：高低温、湿度、气压、风雨、冰霜等b、机械条件：冲击、振动、摇摆、噪声、恒加速度等c、生物条件：霉菌、有害动物、海洋生物等d、辐射条件：太阳辐射、电磁辐射、核辐射等e、化学活性物质：硫化氢、二氧化硫、盐雾等f、机械活性物质：沙粒、尘埃等人工模拟试验就是将上述环境因素在试验室内重现出来。然而，这不是一件简单的事情，特别是上述这些因素对产品的作用往往不是单一的，而经常是多种因素同时作用在产品上。人们通过不断的实践，总结出了两种人工模拟方法，a、重视现场的环境条件b、重现现场环境的影响前者指实验室的环境条件及其变化和现场环境条件尽量保持一致；后者是指实验室人工模拟试验结果与现场环境条件对产品影响的结果等效。由于重现环境条件在技术、经费、时间上往往存在一些问题，有时甚至无这种必要。所以，当前大多数人工模拟试验都采用重视现场环境的影响，即根据影响模拟的原理来制订试验方法。目前模拟环境试验基本上是按上述方法制订的。2、环境试验总要求2.1、试验条件任何环境试验都应规定试验条件及其容许误差（包括温度试验时温度稳定原则）。2.2、试验进行试验进行又为条件试验、试验在线，它主要规定了试验过程中的检（监）测、试验记录、失效判据等与试验有关的因素，2.3、试验设备及仪器对试验设备及测试仪器的要求，主要是为了保证施加给试验样品的试验应力控制在标准规定的误差范围内，不产生欠试验与过试验，实现试验的再现性。2.4、试验顺序主要考虑了各项试验间的相互影响，实际所遇到的环境因素顺序，试验信息的收集，推荐了一个试验顺序。3、温度试验温度试验有三种方法：即低温、高温、温度冲击。现以GJB150中的温度试验方法为例来叙述：3.1、温度试验条件及试验方法GJB150中三种温度试验的试验条件和试验方法见表3-4表3-1 GJB150中的温度试验条件及方法试验项目试验条件试验方法（温度控制曲线）温度持续时间温度变化速率低温贮存试验5055温度稳定后再保持24小时或按有关技术文件规定升降温变变化速率不大于10/min见图3-1高温贮存试验657048小时，此时相对湿度不大于15%升降温变变化速率不大于10/min见图3-2低温工作试验按有关标准或技术文件规定试验样品在不工作状态达到温度稳定所需的时间加上启动工作后达到温度稳定所需的时间或按有关标准或技术文件规定升降温变变化速率不大于10/min见图3-1高温工作试验按有关标准或技术文件规定试验样品在不工作状态达到温度稳定所需的时间加上启动工作后达到温度稳定所需的时间或按有关标准或技术文件规定升降温变变化速率不大于10/min见图3-2温度冲击试验高温：+70低温：-55高低温保持时间为1小时或试验样品达到温度稳定所需时间，以长者为准。循环次数为3次。高温箱和低温箱之间转换时间为5分钟见图4-33.1.1 温度试验条件3.1.1.1 试验温度试验温度主要分为贮存温度和工作温度。贮存温度是指产品在不工作状态遇到的最高和最低温度。这一温度主要取决于自然气候环境温度，这种温度一般在一年中的最热或最冷的季节中在某些地域中出现，通常称为温度极值。温度极值包括记录极值，工作极值和承受极值。除记录极值外，工作极值和承受极值通常以一定的风险率给出。贮存试验温度除取决于自然大环境温度外，还取决于产品载体金属壳体的散热和致冷辐射效应，根据我国对飞机机场停放时温度实测结果，机内温度在热天要比外界自然环境温度高1020，冷天要比外界温度低35。由于不管机载设备装于何种飞机上，飞机都要在地面停留存放。因此，其高、低温贮存试验温度在中国范围一般均取-50和70。如果要进入北极区，低温贮存温度降到-62。如果要在非洲沙漠停放，高温贮存温度要升到85。温度冲击温度上下限通常选用高低温贮存温度。工作温度主要受微气候环境的影响，它取决于载体种类和热源，相邻设备发热情况，产品周围通风和传热情况和产品本身冷却方式等。因此通用标准中不了解对工作温度作统一规定，要根据产品具体情况确定。3.1.1.2 试验持续时间温度试验持续时间主要取决于在贮存或工作温度下的停留时间。标准中对贮存试验的高低温保温时间作了定量规定，即高温时为48h，而低温为24h加上产品在此温度下达到稳定的时间。标准中对工作试验的高低温保温时间只规定为产品达到温度稳定的时间，有关温度稳定时间的确定方法在本章5.5节中专门说明。对于温度冲击试验，一般规定为1h，或者是温度达到稳定的时间，当温度稳定时间超过1h时，应使用温度稳定时间，当温度稳定时间小于等于1h时，应使用1h。3.1.1.3 温度变化速率对于高低温贮存试验和工作试验来说，由于主要考虑温度持续作用的影响，温度变化速率不是标准要求的试验条件，这一速率不宜过大，变化过大不仅会延长温度达到稳定的时间，还会引入快速温变失效机理，变化过小又会影响试验效率，因此，一般规定为试验箱最大可能变化速率，但不超过10/min。对于温度冲击试验，则要求产品在高低温箱之间快速转换，时间小于等于5min。3.1.1.4 循环次数循环次数仅适用于温度冲击，一般规定3次。3.2 试验方法温度试验按GJB150总则规定的通用试验程序进行，包括初始检测，试验，恢复和最终检测四大部分。低温贮存和工作、高温贮存和工作、温度冲击三个试验分别按图3-1，图3-2和图3-3的温度控制曲线进行。-55低温工作温度温度 工作状态工作不工作工作不工作工作性能检测检测不检测检测不检测检测条件说明正常试验大气条件小于10/min达到温度稳定24h小于10/min达到温度稳定达到温度稳定检测用时间小于10/min达到温度稳定正常试验大气条件试验步骤12345678试验阶段初始检测试 验恢复最终检测图3-1 低温贮存和工作试验控制曲线高温工作温度70室温温度工作状态工作不 工 作工 作不工作工作性能检测检测不 检 测检测不检测检测条件说明正常试验大气条件小于10/min48hRH15%小于10/min达到温度稳定达到温度稳定检测用时间小于10/min达到温度稳定正常试验大气条件试验步骤1234567试验阶段初始检测试 验恢复最终检测低温箱温度-5570高温箱温度工作状态工作不工作工作性能检测检测不检测性能检测条件说明正常试验大气条件升温速率不规定4小时或达到温度稳定的时间。长者为准小于5min4小时或达到温度稳定的时间。长者为准小于5min重复2步条件重复2.3步条件升温速率未规定达到温度稳定正常试验大气条件试验步骤1234恢复试验阶段初始检测试 验最终检测图3-3 温度冲击试验控制曲线图3-2 高温贮存和工作试验控制曲线3.3 对试验设备的要求GJB150三项温度标准对温度试验箱的要求见表3-2。温度试验箱的设计应满足表中的要求。新购置的试验箱应进行验收鉴定；试验箱使用中，也应定期检定，以确认其能否满足试验要求。GB5170已规定了温度试验箱的检定方法。对于技术性能较差的大型试验箱（室）若检定表明其有效容积内某一区域能满足容差要求且有足够大的容积，也可用此试验箱（室）的该区域进行试验，不必要求箱内各区都满足要求。表3-2 GJB150温度试验对温度箱的要求项目箱 别要 求监测要求低温箱高温箱温度冲击箱试验箱内应装有传感器，用于监测试验条件风速低温箱高温箱温度冲击箱试验箱内应有强迫空气循环。以保证达到试验条件和箱内温度均匀，但风速不超过1.7m/s温度容差低温箱高温箱温度冲击箱试验样品附近测量系统测得的温度应在试验温度的2以内，其温度梯度不超过1/m，或总的最大值为2.2（试验样品不工作）湿度低温箱无明确要求高温箱绝对湿度不超过20g/m3，（相对于温度35，相对湿度50）温度冲击箱无明确要求热辐射低温箱箱内壁温度与试验温度之差不超过8%（绝对温度）高温箱箱内壁温度与试验温度之差不超过3%（绝对温度）温度冲击箱分别同高、低温箱箱温恢复能力温度冲击箱试验样品放入后，箱温恢复时间不超过高、低温规定保持时间的10%3.4 试验技术为了保证试验结果准确且具有再现性，必须严格控制试验过程中的每一环节，既保证试验条件控制在规定范围内，又不给产品引入附加的故障。3.4.1 试验箱的选择 为保证试验正常进行，试验样品和试验箱的有效容积之间要保持合理的比例，对于发热试验样品，其体积不大于试验箱有效容积的十分之一；对于不发热试验样品，其体积不大于试验箱有效容积的五分之一。3.4.2 试验样品安装试验样品应放置在试验箱内搁架或专门制造的样品架上。除支点外，试验样品应被自由空气包围。严禁将试验样品置于箱底或实心垫板上。样品的任何部分均应位于试验箱有效容积内，不得伸入靠近箱壁的非有效容积内，因为非有效容积内不能保证试验条件。多台试验样品安装时，要注意试验样品之间留适当间隔，并与试验箱内空气流动方向协调，不能阻止气流的正确流动。3.4.3 温度监测在可能情况下，应在试验样品周围。试验样品内关键部位，以及在试验箱内进气口和回风口处安装温度传感器，以监测温度和进行控制，保证试验箱提供符合要求的温度，且掌握关键部位温度，保证这些部位达到温度稳定和防止受到过应力。仅观察试验箱指标温度往往得不到准确的信息。3.4.4 试验箱温度设定点的设置试验箱温度设定点应是试验条件确定的温度。不能将温度条件容差范围看作设定点可选择范围。温度容差范围是检定试验箱是否符合标准要求的依据和限定指标。设定点偏离规定温度会导致箱内实际温度超出容差范围。3.4.5 试验样品温度稳定温度试验中有关在试验温度下的持续时间的确定常常以试验样品在该温度下达到温度稳定为准。由于产品结构和材料千差万别，不同产品在同一温度下达到温度稳定的时间是不同的。温度稳定所需时间还与试验箱的能力和试验温度相关，因此不可能提供一个统一的温度稳定时间。也不能简单地按重量给出此时间，而应进行实际测量。在工程上要保证试验样品温度和试验箱内空气温度完全一致是不现实的，至少花费的时间太长，因此GJB150和HB6167中都对温度稳定进行了定义，作为确定温度稳定的依据，HB6167中还对无法测量温度稳定的试验样品规定了所需最短时间，具体见表3-3。表3-3 GJB150和HB6167中温度稳定的定义状态标准定 义备 注不工作状态GJB150试验样品中热容量最大的部件的温度与规定的温度相差2以内时，则认为该试验样品达到了温度稳定任何一个关键部件（如发动机起动蓄电池电介液）应在1范围内，结构件或无源件不考虑温度稳定HB6167设备内部最大质量处的温度达到规定温度的3范围以内时，认为其达到了温度稳定无法测量时，温度稳定最短时间为3h工作状态GJB150试验样品中热容量最大的部件每小时温度变化不大于2时，则认为试验样品达到了温度稳定HB6167试验内部最大质量处的温度每小时变化不超过2时，认为其达到了温度稳定无法测量时，温度稳定最短时间为2h关于温度稳定确定方法，除了按上述定义进行直接测量外，还有一些其他方法。典型的方法是重量法和时间常数法，这二个方法对于军用设备来说都不如直接测量合理。说明如下：（1） 重量法这一方法是按受试产品的重量来决定高低温的保持时间，目前采用此方法的标准有MIL-STD-202F电子及电气元件试验方法，航标HB6-71-76飞机电机电器环境试验方法等。很明显，对于军用设备来说，其结构复杂，部件材料各不相同，且内部还有微气候存在，认为保温时间与重量成正比是不合理的。因此，国内外一些先进的标准都不采用这一方法。如美国军标MIL-STD-810。英国军用标准DEF 07-55军用器材的环境试验，3G100飞机设备通用要求，美国民机标准RTCA D0160机载设备环境条件及试验方法以及苏联民用航空要求附录8.1机载设备环境条件及试验方法。事实上，对一些试验样品用直接测量法找出的温度稳定时间与重量法计算的时间差别很大如表3-4所示。这也充分说明重量法不适用。对于仪表一类试验样品，曾利用最难热透（冷透）的线包组合件电阻值变化来确定整个仪表热透（冷透）所需时间。结果表明，金属外壳且结构紧凑的试验样品，保温时间与重量法一致，但对于金属外壳，内部结构不紧凑，并有塑料件的试验样品，时间要差一倍多，证明仪表也不宜采取重量法。（2） 时间常数法这是国际电工协会（IEC）采用的方法，方法是在试验前直接用热电偶或其他传感器测量样品热容量最大部位的温度。当此温度升到试验温度的0.632倍时即停止测量。将这段升温所需时间作为该试验样品的热时间常数，并把该常数的4倍作为温度稳定时间。鉴于这种方法也要通过实测确定，不如测量到得出温度稳定时间，因为这在工程上已不困难。表3-4 重量法确定的时间与直接测量法确定的时间比较试验样品名称重量法重量kg时间h高温下时间低温下时间低温贮存时间LD-C2型导航雷达12042h12min(50)3h(-10)3h(-40)回声-3型声纳站23883h(50)5h(-10)18h(-40)YP-1型甚低频超短波导航接收机5542h45min(50)3h(1-10)15h(-40)FDH1-74型发射机12045h(50)5h(-10)8h20 min (-40)SDH2-74型接收机5544h(50)5h(-10)8h20 min (-40)302型导航系统显示器5.821h(60)4h(-57)DMW-1型瞄准具显示器1220.5h(55)3.6h(-57)FKJ-A型磁放大器820.5h(55)3.6h(-57)TQZ-A全姿态组合陀螺1122.2h(60)2.5h(-57)由此可见，GJB150采用直接测量法是合理的。直接测量法也会遇到一些问题，如传感器无法插入试样内部，要确定热容量最大部位或找出最关键部位等。有些标准如表4-6中的HB6167为了方便，直接规定了温度稳定时间。3.4.6 温度冲击试验的起始冲击温度温度冲击试验方法中，规定是从常温先进入高温箱，然后从高温箱转入低温箱，按照这一做法，三个循环后，产品正处于低温箱内。此时产品出箱至室温，由于产品本身温度低于环境空气温度，往往在其内外表面产生凝露水，因此按照环境试验一般程序需放入到50左右高温箱中恢复，消除凝露水后再回到常温等温度稳定后测性能，从而使试验周期加长。因此建议改为先进入低温箱开始温度冲击循环，使第三个循环结果在高温段，从而免去上述必做的恢复步骤。美国军标810E也作了灵活的规定，即“允许从低温开始，而后按次序在两个极值之间循环”。5 太阳辐射试验太阳辐射试验主要用于在其寿命期内有可能在热带露天暴露于太阳辐射之下的产品，它通常不适合用于模拟由封闭的或复盖的贮藏条件下引起的加热效应，GJB150中的太阳辐射试验就是这样的。5.1 GJB150.7中的太阳辐射试验的主要内容GJB150.7包括两个试验程序：程序循环热效应试验 程序稳态长期光学效应试验。5.1.2 循环热效应试验a. 总辐射强度：112010%W/m2，其谱能分布及容差见表5-1。 总辐射强度112010%W/m2是国际电工委员会（IEC）为了试验的目的，根据国际照明委员会（CIE）第22技术委员会的推荐，当太阳在天顶时，地球表面从太阳和天空接收到的总辐射强度。b. 温度：在总辐射强度为112010%W/m2不变情况下，提供了两个高温日循环。第一个循环（干热）的峰值温度为49，代表最热条件。当设备要求在世界范围内满意地工作时，用这个循环。第二个循环（基本干热）最高空气温度为44，用于在世界许多地区正常工作且性能不变坏的设备。用在中国、美国、墨西哥、澳大利亚、西班牙南部等地区。表5-1 谱能分布及容差光谱区特性紫外光可见光红外线波长m0.280.320.320.400.400.780.783.00辐射强度W/ m2563560492容差%35251020c. 日循环：24h为一个日循环，详见图5-1。d. 试验时间：最少为连续三个循环，最长持续时间为七个循环。5.1.3 稳态长期光化学效应试验a. 总辐射强度：112047w/m2b. 温度：44（相对湿