军用装备实验室环境试验方法

第7部分：太阳辐射试验 

1  范围

本部分规定了军用装备实验室太阳辐射试验的目的与应用、剪裁指南、信息要求、试验要求、试验过程和结果分析等内容。

本部分适用于对军用装备进行太阳辐射试验。

2  引用文件

下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单(不包含勘误的内容)或修订版均不适用于本部分，然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。

GJB150. 1A-2009   军用装备实验室环境试验方法 第1部分：通用要求

GJB150.3A-2009   军用装备实验室环境试验方法 第3部分：高温试验

GJB4239   装备环境工程通用要求

3 目的与应用

3.1  目的

本试验的目的：

a)    确定太阳直接辐射对装备产生的热效应；

b)    确定太阳直接辐射对装备产生的光化学效应。

3.2  应用

本试验用于评价寿命期炎热季节直接暴露于太阳辐射环境中的装备耐受太阳辐射产生的热效应或 光化学作用的能力。

如果使用的辐射灯与不同地区和海拔高度的白然太阳辐射量值具有合理的对比关系，那么本试验程序Ⅱ(见4.2.1)也可用于模拟不同地区和海拔高度的太阳紫外辐射效应。

3.3  限制

本试验需要注意以下儿点：

a)     由于本试验不能模拟所有的白然气候环境条件(见附录A.7),因此在条件允许的情况下，最好在合适的自然场地对装备进行自然环境试验；

b)    如果试验需要剪裁或关注特殊波长的光，则辐射灯的光谱可以偏离表1,但应说明偏离的详细理由；

c)    本试验不适用于封闭环境内均匀热效应的模拟，也不适用于遮蔽风域内和遮盖贮存条件下非直接热效应(见GJB 150.3A-2009)的模拟；

d)    由于辐照度不同，本试验不适用于空间环境。

4 剪裁指南

4.1 选择试验方法

4.1.1 概述

分析有关技术文件的要求，应用装备(产品)订购过程中实施GJB4239得出的结果，确定装备寿命

GJB150.7A-2009

期内太阳辐射环境出现的阶段，根据下列环境效应确定是否需要进行本试验。当确定需要进行本试验，且本试验与其他环境试验使用同一试件时，还需确定本试验与其他试验的先后顺序。

4.1.2  环境效应

4.1.2.1  热效应

与高温产生的热效应不同，太阳辐射的热效应具有方向性，并产生热梯度。在太阳辐射试验中，热量的吸收或反射主要取决于被辐射表面的粗糙度和颜色。太阳辐照度的变化导致不同材料和部件以不同速率膨胀或收缩，从而产生严酷的应力并破坏结构的完整性。

为有助于确定本试验是否适用于受试装备，除考虑GJB150.3A-2009指出的效应外，还应考虑下列典型效应：

a)    活动部件卡死或松动；

b)    焊接和胶粘部位的强度降低；

c)    强度和弹性发生变化；

d)    联动装置不能校准或失灵；

e)    密封完整性破坏；

f)    电气或电子部件发生变化；

g)    电触点过早动作；

h)    合成橡胶和聚合物性能发生变化；

i)    涂层、合成材料和采用粘合剂胶粘的表面层压材料(如雷达波吸收材料)起泡、脱落和分层；

j)   封装化合物软化；

k)    压力变化；

1) 合成材料和炸药热析；

m)    装备操作困难。

注：以上所列并未包括所有的效应。

4.1.2.2  光化学效应

除产生热效应外，太阳辐射(尤其是其中的紫外线)还会产生光化学效应。由于光化学反应的速率一 般随温度升高而加快，因此应使用全光谱充分模拟太阳辐射的光化学效应。下列为光化学效应导致劣化的例子，但所列并不全面。

a)    织物和塑料颜色变色；

b)    涂层开裂、粉化和变色：

c)     较短波长辐射引起的光化学反应导致天然橡胶、合成橡胶和聚合物劣化。

4.1.3  选择试验顺序

4.1.3.1  一般要求

见GJB 150 . 1A - 2009 中的3.6。

4.1.3.2  特殊要求

太阳辐射试验在试验顺序中一般不作限制，但高温或光化学效应可能影响材料的强度或尺寸，以致影响后续试验(如振动试验)的结果，对此宜予以考虑。

4.2 选择试验程序

4.2.1  概述

本试验包含两个试验程序：程序I——循环试验和程序Ⅱ—-稳态试验。确定要使用的试验程序。两个程序都可用丁确定光化学效应，但程序Ⅱ所需试验持续时间较短。

4.2.2  选择试验程序考虑的因素

选择试验程序应考虑下列因素：

a)  装备的使用目的。装备的使用目的决定了评价试件在试验期间和试验后的性能所需要的功能模式和试验数据。

b)    预期的部署区域。

c)    装备的技术状态。

d)    预期的暴露环境(使用、运输、贮存等)。

e)    预期暴露于太阳辐射环境的持续时间。

f)    预计试件出现问题的部位。

4.2.3 各程序的差别

两个程序都是将试件暴露于模拟的太阳辐射环境中，但由于考虑的重点不同，所用的太阳辐射载荷和加载的时间不同。

程序I着重于太阳辐射产生的热效应，它将试件暴露于模拟世界实际最人量级的太阳辐射中，24h为一个循环。

程序Ⅱ着重于加速太阳辐射产生的光化学效应，它是将试件暴露于强化的太阳辐射载荷中(约为正常量级的2.5倍),也是24h为一个循环。每个循环包含4h无辐射期，以加速实现在正常太阳辐射载荷下需要较长时间才能积累起来的光化学效应。实际产生的加速速率与材料的特性有关，2.5倍于自然太阳辐射载荷的暴露不一定能提供2.5倍的加速结果，但如果该试验产生的失效机理与真实环境中预期出 现的失效机理相同，则该程序是一种更快速的试验。

两个程序的差异如下：

a)     程序1——循环试验(热效应)。当装备暴露于户外炎热的气候环境并期望在暴露期间和暴露后不降低性能时，应使用程序I检测装备对太阳辐射的响应温度。当装备受到非均匀加热的影响 (见4.1.2.1),或太阳辐射导致的加热量级或加热机理不清楚时，最好采用太阳辐射试验而不用 GJB150.3A-2009规定的高温试验。程序1可使用单一发热的红外辐射灯，若采用全光谱灯源，则还可对光化学效应进行有限的评价。仅当构成装备的材料颜色和各部分结构相同或相似时，才使用红外辐射灯进行试验。由于玻璃会削弱太阳光谱中的红外部分，因此当玻璃是装备结构的一部分，或所关心的组成部分暴露于透过玻璃的太阳辐射时，则应使用全光谱辐射灯，除非证实使用红外辐射灯时红外透射不受影响。

b)    程序Ⅱ    稳态试验(光化学效应)。程序ⅡI用于检测长期太阳辐射对装备产生的影响。光化 学效应通常在装备表面接收大量阳光照射(还有热和湿气)后才会产生，而采用程序1需要儿个月时间才能达到此目的，因此采用重复正常太阳辐射量的长期循环(见程序1)来产生光化学效应是不经济的。程序Ⅱ是一种加速试验方法，以缩短再现长期暴晒累积效应的时间。每24h循环中的4h无辐射期是为了使试件的物理和化学状态回到无辐射条件下的“正常状态”,在此期间试件还会经受一定程度的热应力。

4.3 确定试验条件

4.3.1 概述

选定本试验和相应程序后，还应根据有关文件的规定和为该程序提供的僧息，选定该程序所用的试验条件和试验技术。应确定日循环、试验持续时间、相对湿度、光谱分布、温度等试验参数和试件的技术状态，确定时应考虑4.3.2～4.3.8的内容。

4.3.2 日循环

4.3.2.1 程序I包括3种高温日循环，图1给出了对应于程序1的A1～A3类别的温度和太阳辐射日循环。根据装备预期经受的气候环境或装备实测数据以及下列内容来选抒试验条件：

a)     循环A1的峰值条件为1120W/m?和49℃,代表了世界范围内的最热条作，在最热地区最热月份中出现和超过这一条件的小时数不超过1%,这些最严酷地风具有十分高的温度并伴随高强度太阳辐射，例如中国新疆的沙漠地区、北非炎热与干燥的沙漠地区、中东的部分地区、印度北部和美国的西南部地区；

GJB     150.7A-2009

b)    循环A2的峰值条件为1120W/m?和44℃,代表了较不严酷的条件，其所在地区具有高温和中等偏低的湿度并伴随高强度太阳辐射，例如中国大部分地区、欧洲最南部地区、澳洲大陆的大部分地区、中南亚、非洲的北部和东部地区、北非的沿海地区、美国的南部和墨西哥的大部分 地区：

c)     循环A3的峰值条件为1120W/m?和39℃,代表了更不严酷的条件，其所在地区在一年中至少部分时间经历中等偏高温和中等偏低湿度条件，特别代表了欧洲最南部以外的地区、加拿大、北美和澳洲大陆的南部地区。

4.3.2.2 程序Ⅱ包括3种循环，其相应的温度和太阳辐射量值见图2,试验条件的选择见4.3.2.1。

4.3.3 试验持续时间

4.3.3.1 程序I

至少进行3次循环，最多进行7次循环。每次循环时间为24h,按图1所示或按技术文件的规定对太阳辐射和干球温度加以控制。

至少进行3次循环的理由是大多数情况下，在其他试验条件确定的情况下，试件经历3次循环就可以达到最高响应温度(即末次循环达到的响应温度峰值与前一次循环达到的响应温度峰值之差在2℃以内)。

若在3次循环期间没有达到最高响应温度，则进行更多次循环，直到试件达到最高响应温度为止，但最多不宜超过7次循环，这是因为对于选定的气候地区高温峰值在极端热的月份大约出现7h。若需要更精确的模拟，则应查询需要考虑的特殊地区的气象数据，详细说明理由和提出充分证据，以此可调整试验的持续时间。若可能的话还应说明纬度、海拔、预期暴露的月份或其他因素(例如某个产品专门 在北方使用或专门在冬天使用)。

在保证每次循环太阳辐射总能量保持不变的前提下，该程序每次循环的上升段和下降段可以分别采用至少4个量值(8个量值更好)来分段或连续改变辐照度。

4.3.3.2 程序II

就试件接收到的总能量而言，程序Ⅱ的1次24h循环(图2所示)提供的能量约为1次24h自然太阳辐射日循环的2.5倍。程序Ⅱ的每次循环含有4h无照射期，以使热应力和所谓的“黑暗”过程交替 出现。

为了模拟10d的自然暴露，可以按图2所示进行4次循环。

对于偶然在户外使用的装备，如便携式装备等，建议进行10次循环。

对于连续暴露在户外条件的装备，建议至少进行56次循环。

由于有过热危险，不要使辐照度超过规定的量值。目前还无证据表明这种加速试验的结果与装备在 自然太阳辐射条件下得到的结果之间的相关性。

4.3.4  湿度

在白然环境中相对湿度的量值各不相同，在很多情形下湿度、温度和太阳辐射综合对装备造成有害影响。若已知或认为装备对相对湿度敏感，则在程序I的试验要求中应包括湿度条件。湿度条件由实测 值来确定，也可参考有关标准确定。

4.3.5 光谱的分布——海平面与高海拔地区

建议一般使用表1所示的国际公认光谱进行试验，该光谱更接近于海平面以上4km～5km的实际环境。与海平面相比，高海拔地区的太阳辐射含有更大比例的有害紫外辐射。如果使用表1所示的光谱 评价海平面太阳辐射对试件的影响效应，则在试验期间试件预期的劣化速度可能比使用海平面相应光谱 产生的劣化速度要快，此时宜对试验持续时间作相应调整。

4.3.6  风速

保持适当的风速是应用程序1和程序Ⅱ的关键。应控制风速，以免试件产生不符合自然条件下的响 应温度。因此进行本试验前应确定装备在自然条件下将经受的最高响应温度。最高响应温度可采用现场或平台数据，根据确定的