我國環(huán)境模擬技術(shù)現狀與發(fā)展

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大，對各類(lèi)產(chǎn)品的數量和質(zhì)量的要求不斷提高，相應地，對人的環(huán)境適應性和產(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(lèi)型的環(huán)境適應性及可靠性試驗，對所有產(chǎn)品(電子及電工產(chǎn)品，常規及非常規兵器，飛行器、艦船及機動(dòng)車(chē)輛等)都制定相應的環(huán)境試驗規范，并不斷地修訂和更新。美國2000年元旦正式頒布的新軍標MIL-STD-810F代表了目前最新的環(huán)境試驗要求，據此，各國先后建立了各種類(lèi)型、不同規模的環(huán)境模擬試驗設備，在這些設備中再現各種環(huán)境條件，進(jìn)行環(huán)境適應性及可靠性試驗。最新的進(jìn)展是進(jìn)行各類(lèi)人機系統的綜合環(huán)境動(dòng)態(tài)試驗。

       我國自20世紀60年代以來(lái)，為了滿(mǎn)足兵器、飛機、人造衛星、火車(chē)和汽車(chē)等的研究、研制和生產(chǎn)的需要，自主生產(chǎn)了相當數量的各類(lèi)不同規模的環(huán)境模擬設備。近十幾年來(lái)，建成了一些達到國際先進(jìn)水平、具有自己特色的環(huán)模設備，如“重武器環(huán)境室”、“某試驗場(chǎng)常規兵器大型環(huán)模設備”和“KM6大型空間環(huán)模設備”等地面、空中和空間環(huán)模設備。在國外，50年代以來(lái)，為了適應兵器、航空和航天產(chǎn)品的發(fā)展，亦先后建立了各類(lèi)不同規模的環(huán)境模擬設備，如英國皇家陸軍科學(xué)研究院車(chē)輛環(huán)境實(shí)驗室、維也納國際車(chē)輛研究試驗中心的機車(chē)和車(chē)廂靜動(dòng)態(tài)環(huán)境試驗設備、美國阿伯丁試驗場(chǎng)兵器環(huán)境試驗設備、法國圖魯茲航空研究中心高空模擬設備、美國格魯門(mén)公司及波音公司的高空試驗艙、美國NASA約翰遜空間中心的大型空間環(huán)模設備和日本筑波空間環(huán)模艙等。

       伴隨著(zhù)環(huán)模設備和環(huán)境試驗技術(shù)的發(fā)展，在實(shí)踐和解決理論問(wèn)題的過(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)、醫學(xué)和光學(xué)等)和多項技術(shù)(制冷、真空、空調、自動(dòng)控制、計量等)的相關(guān)理論和方法，形成了一個(gè)獨立的技術(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)新的邊緣技術(shù)，主要研究各種自然環(huán)境及誘發(fā)環(huán)境的人工再現技術(shù)和在模擬環(huán)境下的試驗技術(shù)。環(huán)境模擬設備和環(huán)境試驗技術(shù)經(jīng)歷了由單參數模擬到多參數模擬，從靜態(tài)模擬到動(dòng)態(tài)模擬，從產(chǎn)品試驗到人機系統環(huán)境試驗的發(fā)展過(guò)程。它當前的發(fā)展方向是：建立整機多參數綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬設備，進(jìn)行多參數綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境試驗和人機系統綜合環(huán)境動(dòng)態(tài)試驗，以及進(jìn)行虛擬試驗技術(shù)的研究和應用。

2 環(huán)境模擬分類(lèi)

       人類(lèi)生活和工作在極其復雜的自然和人工環(huán)境中，環(huán)境因素對人的生存和工作，以及對產(chǎn)品的可靠性都有重要影響。1971年美國對機載電子設備進(jìn)行全年故障率分析后得出結論：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)，分析其對人類(lèi)生活和工作，以及對產(chǎn)品造成的影響有極其重大的現實(shí)意義。環(huán)境種類(lèi)通常分為氣候環(huán)境、力學(xué)環(huán)境、電磁環(huán)境和復合環(huán)境。

       氣候環(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)境以及多參數綜合環(huán)境�？臻g環(huán)境是個(gè)特殊的環(huán)境，相對獨立，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)境模擬設備

3.1 地面環(huán)境模擬設備

       地面環(huán)境模擬設備主要有低溫環(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)境模擬等設備。

        由于地面兵器的空運及機載使用，傳統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。對于整機，這些環(huán)境的模擬在技術(shù)上有一定的難度。

       當前地面環(huán)境模擬的主要發(fā)展方向是多參數綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬。美國最新的MIL-STD-810F軍標規定了溫度、濕度、低氣壓、振動(dòng)四綜合環(huán)境試驗；英國皇家陸軍科學(xué)研究院的車(chē)輛環(huán)境實(shí)驗室 允許882.6kW的坦克車(chē)在開(kāi)車(chē)狀態(tài)下模擬低氣壓、溫度環(huán)境；美國陸軍阿伯丁靶場(chǎng)的兵器環(huán)境試驗設備能讓車(chē)輛在行駛道路條件下模擬低溫、高溫、濕熱、低氣壓等單參數環(huán)境和多參數組合環(huán)境。

       該設備有1000m3、145m3和45m3 3個(gè)環(huán)境室，采用1套空氣制冷系統和各自獨立的電加熱設備，低溫可達到-100℃，高溫可達80℃，于1984年建成并經(jīng)國家驗收，在大型環(huán)模設備中首次成功采用了空氣制冷。該設備試驗間尺寸為16m×8m×8m(長(cháng)×寬×高)，溫度范圍為常溫～50℃，濕度可到85×(1±0��05) RH(≤40℃)，太陽(yáng)輻射強度最大1kW/m2，模擬的最大風(fēng)速為35m/s。

3.2 空中環(huán)境模擬設備

       目前，空中環(huán)境模擬試驗主要有飛機環(huán)境控制系統空中環(huán)境模擬試驗和飛機發(fā)動(dòng)機高空性能試驗。

       (1)飛機環(huán)控系統空中環(huán)境模擬試驗。這類(lèi)試驗模擬空中飛行時(shí)的外界大氣壓力和溫度(蒙皮熱附面層恢復溫度)，以及發(fā)動(dòng)機壓氣機引氣參數和沖壓空氣參數(溫度、壓力和流量)。主要的環(huán)境試驗有部件(附件)試驗、環(huán)控系統試驗和環(huán)控系統聯(lián)合(包括座艙和設備艙)試驗。

      (2)發(fā)動(dòng)機高空性能試驗。發(fā)動(dòng)機高空性能試驗在發(fā)動(dòng)機高空性能試驗臺上進(jìn)行。

       當前，空中環(huán)境模擬的發(fā)展方向是：模擬飛行器，特別是高速飛行器飛行任務(wù)包線(xiàn)確定的氣壓和溫度變化環(huán)境；模擬由飛行任務(wù)包線(xiàn)與發(fā)動(dòng)機工作狀態(tài)變化共同確定的壓氣機引氣參數變化和沖壓空氣參數變化(流量、壓力和溫度變化)。這是多參數綜合的動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬。

       (3)空間環(huán)境模擬�？臻g環(huán)境模擬試驗主要有：熱平衡試驗(載人及無(wú)人航天器)，熱真空試驗(載人及無(wú)人航天器)，載人航天器人機組合艙外活動(dòng)的空間環(huán)境試驗，微重力試驗，空間輻照環(huán)境試驗，空間高能粒子輻照試驗，電子、質(zhì)子、紫外線(xiàn)綜合輻照試驗，原子氧、紫外線(xiàn)綜合輻照試驗，空間碎片及微流星環(huán)境試驗，空間防污染環(huán)境試驗，磁環(huán)境試驗等。目前常用熱真空試驗、熱平衡試驗、艙外活動(dòng)試驗和微重力試驗。

       它的主容器(立式)直徑12m，高22.4m，主輔容器總容積3200m3，可以完成載人航天器和大型衛星的熱真空及熱平衡試驗、宇航員艙外活動(dòng)環(huán)境試驗和航天器系統及部件試驗，已承擔“神州號飛船”及我國多種人造衛星的空間環(huán)境試驗。其規模及技術(shù)總體水平排在美國、俄羅斯和歐共體之后，日本及印度之前，居世界第4位。

       美國最近計劃開(kāi)始新的大型受控生態(tài)生保地面模擬試驗——“行星受控生態(tài)生保系統聯(lián)合試驗”(BIO�睵lex)。它是一個(gè)大型的綜合性模擬試驗基地，除能進(jìn)行受控生態(tài)生保永久基地地面模擬試驗外，還可以模擬行星景觀(guān)、機械活動(dòng)、出艙活動(dòng)和運輸車(chē)工作等復雜的艙外航天任務(wù)。另外，在這些試驗艙內可以模擬類(lèi)似火星和月球表面的光照情況。這也是將來(lái)我國在深空探測載人航天環(huán)境模擬方面的發(fā)展趨勢電表| 功率計| 精表| 漏電開(kāi)關(guān)測試儀| 適配器/增能器| 高壓棒| 電力諧波分析儀| 電力計/電力分析儀| 鉗形電流表| 鉗形電壓表| 光功率計。

4 結束語(yǔ)

       綜上所述，環(huán)境模擬設備和環(huán)境試驗技術(shù)經(jīng)歷了由單參數模擬到多參數模擬，從靜態(tài)模擬到動(dòng)態(tài)模擬的發(fā)展過(guò)程。發(fā)展方向是建立整機多參數綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬設備和進(jìn)行多參數綜合動(dòng)態(tài)環(huán)境模擬試驗及人機系統綜合環(huán)境模擬試驗。該項技術(shù)可以在環(huán)模設備中再現各種環(huán)境條件，進(jìn)行產(chǎn)品的環(huán)境適應性和環(huán)境可靠性試驗，以及人的環(huán)境適應性和人機工效等方面的試驗。

       應當加快我國的環(huán)境模擬技術(shù)研究和設備建設，以達到國際先進(jìn)水平，為國防建設和國民經(jīng)濟的發(fā)展做出貢獻。