我國環(huán)境模擬技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展
2017/8/26 10:23:42 點擊：
1 環(huán)境模擬技術(shù)是新的綜合性工程技術(shù)
社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，要求人的生存和工作空間不斷擴大，對各類產(chǎn)品的數(shù)目和質(zhì)量的要求不斷進步，相應(yīng)地，對人的環(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，需要進行各種類型的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性試驗，對所有產(chǎn)品(電子及電工產(chǎn)品，常規(guī)及非常規(guī)兵器，飛行器、艦船及機動車輛等)都制定相應(yīng)的環(huán)境試驗規(guī)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(jù)此，各國先后建立了各種類型、不同規(guī)模的環(huán)境模擬試驗設(shè)備，在這些設(shè)備中再現(xiàn)各種環(huán)境條件，進行環(huán)境適應(yīng)性及可靠性試驗。最新的進展是進行各類人機系統(tǒng)的綜合環(huán)境動態(tài)試驗。
我國自20世紀60年代以來，為了滿足兵器、飛機、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，建成了一些達到國際先進水平、具有自己特色的環(huán)模設(shè)備，如“重武器環(huán)境室”、“某試驗場常規(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。在國外，50年代以來，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，如英國皇家陸軍科學(xué)研究院車輛環(huán)境實驗室、維也納國際車輛研究試驗中心的機車和車廂靜動態(tài)環(huán)境試驗設(shè)備、美國阿伯丁試驗場兵器環(huán)境試驗設(shè)備、法國圖魯茲航空研究中心高空模擬設(shè)備、美國格魯門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(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)境試驗技術(shù)的發(fā)展，在實踐和解決理論題目的過程中，吸收了多門學(xué)科(熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和光學(xué)等)和多項技術(shù)(制冷、真空、空調(diào)、自動控制、計量等)的相關(guān)理論和方法，形成了一個獨立的技術(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)境下的試驗技術(shù)。環(huán)境模擬設(shè)備和環(huán)境試驗技術(shù)經(jīng)歷了由單參數(shù)模擬到多參數(shù)模擬，從靜態(tài)模擬到動態(tài)模擬，從產(chǎn)品試驗到人機系統(tǒng)環(huán)境試驗的發(fā)展過程。它當(dāng)前的發(fā)展方向是：建立整機多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬設(shè)備，進行多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境試驗和人機系統(tǒng)綜合環(huán)境動態(tài)試驗，以及進行虛擬試驗技術(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(shè)備進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，分析其對人類生活和工作，以及對產(chǎn)品造成的影響有極其重大的現(xiàn)實意義。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)境和太陽輻照環(huán)境以及多參數(shù)綜合環(huán)境�？臻g環(huán)境是個特殊的環(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及機載使用，傳統(tǒng)的地面兵器空中使用時可能會遭遇特殊環(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(dāng)前地面環(huán)境模擬的主要發(fā)展方向是多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬。美國最新的MIL-STD-810F軍標規(guī)定了溫度、濕度、低氣壓、振動四綜合環(huán)境試驗；英國皇家陸軍科學(xué)研究院的車輛環(huán)境實驗室答應(yīng)882.6kW的裝甲車在開車狀態(tài)下模擬低氣壓、溫度環(huán)境；美國陸軍阿伯丁靶場的兵器環(huán)境試驗設(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。
社會的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進步，要求人的生存和工作空間不斷擴大，對各類產(chǎn)品的數(shù)目和質(zhì)量的要求不斷進步，相應(yīng)地，對人的環(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，需要進行各種類型的環(huán)境適應(yīng)性及可靠性試驗，對所有產(chǎn)品(電子及電工產(chǎn)品，常規(guī)及非常規(guī)兵器，飛行器、艦船及機動車輛等)都制定相應(yīng)的環(huán)境試驗規(guī)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(jù)此，各國先后建立了各種類型、不同規(guī)模的環(huán)境模擬試驗設(shè)備，在這些設(shè)備中再現(xiàn)各種環(huán)境條件，進行環(huán)境適應(yīng)性及可靠性試驗。最新的進展是進行各類人機系統(tǒng)的綜合環(huán)境動態(tài)試驗。
我國自20世紀60年代以來，為了滿足兵器、飛機、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，建成了一些達到國際先進水平、具有自己特色的環(huán)模設(shè)備，如“重武器環(huán)境室”、“某試驗場常規(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。在國外，50年代以來，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，如英國皇家陸軍科學(xué)研究院車輛環(huán)境實驗室、維也納國際車輛研究試驗中心的機車和車廂靜動態(tài)環(huán)境試驗設(shè)備、美國阿伯丁試驗場兵器環(huán)境試驗設(shè)備、法國圖魯茲航空研究中心高空模擬設(shè)備、美國格魯門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(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)境試驗技術(shù)的發(fā)展，在實踐和解決理論題目的過程中，吸收了多門學(xué)科(熱學(xué)、力學(xué)、電學(xué)、生物學(xué)、醫(yī)學(xué)和光學(xué)等)和多項技術(shù)(制冷、真空、空調(diào)、自動控制、計量等)的相關(guān)理論和方法，形成了一個獨立的技術(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)境下的試驗技術(shù)。環(huán)境模擬設(shè)備和環(huán)境試驗技術(shù)經(jīng)歷了由單參數(shù)模擬到多參數(shù)模擬，從靜態(tài)模擬到動態(tài)模擬，從產(chǎn)品試驗到人機系統(tǒng)環(huán)境試驗的發(fā)展過程。它當(dāng)前的發(fā)展方向是：建立整機多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬設(shè)備，進行多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境試驗和人機系統(tǒng)綜合環(huán)境動態(tài)試驗，以及進行虛擬試驗技術(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(shè)備進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，分析其對人類生活和工作，以及對產(chǎn)品造成的影響有極其重大的現(xiàn)實意義。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)境和太陽輻照環(huán)境以及多參數(shù)綜合環(huán)境�？臻g環(huán)境是個特殊的環(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及機載使用，傳統(tǒng)的地面兵器空中使用時可能會遭遇特殊環(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(dāng)前地面環(huán)境模擬的主要發(fā)展方向是多參數(shù)綜合動態(tài)環(huán)境模擬。美國最新的MIL-STD-810F軍標規(guī)定了溫度、濕度、低氣壓、振動四綜合環(huán)境試驗；英國皇家陸軍科學(xué)研究院的車輛環(huán)境實驗室答應(yīng)882.6kW的裝甲車在開車狀態(tài)下模擬低氣壓、溫度環(huán)境；美國陸軍阿伯丁靶場的兵器環(huán)境試驗設(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。
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