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我國(guó)環(huán)境模擬技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

2017/8/26 10:23:42      點(diǎn)擊:
1 環(huán)境模擬技術(shù)是新的綜合性工程技術(shù) 


社會(huì)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步,要求人的生存和工作空間不斷擴(kuò)大,對(duì)各類產(chǎn)品的數(shù)目和質(zhì)量的要求不斷進(jìn)步,相應(yīng)地,對(duì)人的環(huán)境適應(yīng)性和產(chǎn)品的環(huán)境可靠性也提出了更高的要求。為此,需要進(jìn)行各種類型的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性試驗(yàn),對(duì)所有產(chǎn)品(電子及電工產(chǎn)品,常規(guī)及非常規(guī)兵器,飛行器、艦船及機(jī)動(dòng)車輛等)都制定相應(yīng)的環(huán)境試驗(yàn)規(guī)范,并不斷地修訂和更新。美國(guó)2000年元旦正式頒布的新軍標(biāo)MIL-STD-810F代表了目前最新的環(huán)境試驗(yàn)要求,據(jù)此,各國(guó)先后建立了各種類型、不同規(guī)模的環(huán)境模擬試驗(yàn)設(shè)備,在這些設(shè)備中再現(xiàn)各種環(huán)境條件,進(jìn)行環(huán)境適應(yīng)性及可靠性試驗(yàn)。最新的進(jìn)展是進(jìn)行各類人機(jī)系統(tǒng)的綜合環(huán)境動(dòng)態(tài)試驗(yàn)。 


我國(guó)自20世紀(jì)60年代以來(lái),為了滿足兵器、飛機(jī)、人造衛(wèi)星、火車和汽車等的研究、研制和生產(chǎn)的需要,自主生產(chǎn)了相當(dāng)數(shù)目的各類不同規(guī)模的環(huán)境模擬設(shè)備。近十幾年來(lái),建成了一些達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平、具有自己特色的環(huán)模設(shè)備,如“重武器環(huán)境室”、“某試驗(yàn)場(chǎng)常規(guī)兵器大型環(huán)模設(shè)備”和“KM6大型空間環(huán)模設(shè)備”等地面、空中和空間環(huán)模設(shè)備。在國(guó)外,50年代以來(lái),為了適應(yīng)兵器、航空和航天產(chǎn)品的發(fā)展,亦先后建立了各類不同規(guī)模的環(huán)境模擬設(shè)備,如英國(guó)皇家陸軍科學(xué)研究院車輛環(huán)境實(shí)驗(yàn)室、維也納國(guó)際車輛研究試驗(yàn)中心的機(jī)車和車廂靜動(dòng)態(tài)環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備、美國(guó)阿伯丁試驗(yàn)場(chǎng)兵器環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備、法國(guó)圖魯茲航空研究中心高空模擬設(shè)備、美國(guó)格魯門(mén)公司及波音公司的高空試驗(yàn)艙、美國(guó)NASA約翰遜空間中心的大型空間環(huán)模設(shè)備和日本筑波空間環(huán)模艙等。 


伴隨著環(huán)模設(shè)備和環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)的發(fā)展,在實(shí)踐和解決理論題目的過(guò)程中,吸收了多門(mén)學(xué)科(熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和光學(xué)等)和多項(xiàng)技術(shù)(制冷、真空、空調(diào)、自動(dòng)控制、計(jì)量等)的相關(guān)理論和方法,形成了一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)理論體系——環(huán)境模擬技術(shù)。環(huán)境模擬技術(shù)是一門(mén)新的邊沿技術(shù),主要研究各種自然環(huán)境及誘發(fā)環(huán)境的人工再現(xiàn)技術(shù)和在模擬環(huán)境下的試驗(yàn)技術(shù)。環(huán)境模擬設(shè)備和環(huán)境試驗(yàn)技術(shù)經(jīng)歷了由單參數(shù)模擬到多參數(shù)模擬,從靜態(tài)模擬到動(dòng)態(tài)模擬,從產(chǎn)品試驗(yàn)到人機(jī)系統(tǒng)環(huán)境試驗(yàn)的發(fā)展過(guò)程。它當(dāng)前的發(fā)展方向是:建立整機(jī)多參數(shù)綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬設(shè)備,進(jìn)行多參數(shù)綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境試驗(yàn)和人機(jī)系統(tǒng)綜合環(huán)境動(dòng)態(tài)試驗(yàn),以及進(jìn)行虛擬試驗(yàn)技術(shù)的研究和應(yīng)用。 


2 環(huán)境模擬分類 


人類生活和工作在極其復(fù)雜的自然和人工環(huán)境中,環(huán)境因素對(duì)人的生存和工作,以及對(duì)產(chǎn)品的可靠性都有重要影響。1971年美國(guó)對(duì)機(jī)載電子設(shè)備進(jìn)行全年故障率分析后得出結(jié)論:由于環(huán)境因素造成的占50%以上。因此,研究各種環(huán)境的性質(zhì)和特點(diǎn),分析其對(duì)人類生活和工作,以及對(duì)產(chǎn)品造成的影響有極其重大的現(xiàn)實(shí)意義。環(huán)境種類通常分為天氣環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、電磁環(huán)境和復(fù)合環(huán)境。 


天氣環(huán)境又可分為地面環(huán)境、空中環(huán)境和空間環(huán)境。由于地面環(huán)境和空中環(huán)境的交融,通常按環(huán)境參數(shù)分為溫度環(huán)境、壓力環(huán)境、濕熱環(huán)境、砂塵環(huán)境、煙霧環(huán)境、雨環(huán)境、霉菌環(huán)境和太陽(yáng)輻照環(huán)境以及多參數(shù)綜合環(huán)境?臻g環(huán)境是個(gè)特殊的環(huán)境,相對(duì)獨(dú)立,通常包括高真空環(huán)境、冷黑環(huán)境、微重力環(huán)境、高能帶電粒子環(huán)境、弱磁場(chǎng)環(huán)境、原子氧環(huán)境、微流星環(huán)境、空間碎片環(huán)境、等離子體環(huán)境和磁層亞爆環(huán)境等。力學(xué)環(huán)境包括加速度環(huán)境、振動(dòng)環(huán)境 
、沖擊環(huán)境和噪聲環(huán)境。 


3 環(huán)境模擬設(shè)備 


3.1 地面環(huán)境模擬設(shè)備 


地面環(huán)境模擬設(shè)備主要有低溫環(huán)境模擬、高溫環(huán)境模擬、濕熱環(huán)境模擬、太陽(yáng)輻照環(huán)境模擬、砂塵環(huán)境模擬、雨環(huán)境模擬、浸漬環(huán)境模擬、酸性環(huán)境模擬、爆炸性大氣環(huán)境模擬、積冰/凍雨環(huán)境模擬和霉菌環(huán)境模擬等設(shè)備。 


由于地面兵器的空運(yùn)及機(jī)載使用,傳統(tǒng)的地面兵器空中使用時(shí)可能會(huì)遭遇特殊環(huán)境,如快速溫度變化、溫度沖擊和溫壓環(huán)境。對(duì)于整機(jī),這些環(huán)境的模擬在技術(shù)上有一定的難度。 


當(dāng)前地面環(huán)境模擬的主要發(fā)展方向是多參數(shù)綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬。美國(guó)最新的MIL-STD-810F軍標(biāo)規(guī)定了溫度、濕度、低氣壓、振動(dòng)四綜合環(huán)境試驗(yàn);英國(guó)皇家陸軍科學(xué)研究院的車輛環(huán)境實(shí)驗(yàn)室答應(yīng)882.6kW的裝甲車在開(kāi)車狀態(tài)下模擬低氣壓、溫度環(huán)境;美國(guó)陸軍阿伯丁靶場(chǎng)的兵器環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備能讓車輛在行駛道路條件下模擬低溫、高溫、濕熱、低氣壓等單參數(shù)環(huán)境和多參數(shù)組合環(huán)境。