低氣壓試驗(yàn)的相關(guān)介紹

低氣壓試驗(yàn)相關(guān)介紹

可靠性與環(huán)境試驗(yàn)

洞朗地區(qū)地圖

2017年8月28日，農(nóng)歷七月初七，七夕節(jié)，歷史70天，印軍從中國領(lǐng)土撤出。這么長時間沒有真正打起來，除了政治的原因，更是由于復(fù)雜惡劣的高海拔氣候環(huán)境讓雙方的行動都十分的謹(jǐn)慎。

零、什么是高海拔？

地球表面有相當(dāng)大的地區(qū)的地勢較高，我國約有50%的面積高于1000m，約有25%的面積高于2000m，約有26.8%的陸地面積在海拔3000米以上，地勢較高的地區(qū)的氣壓較沿海地區(qū)的氣壓要低。

中國民航局在2007年發(fā)布的《航空承運(yùn)人高原機(jī)場運(yùn)行管理規(guī)定》中將高原機(jī)場分為一般高原機(jī)場和高高原機(jī)場。其中，一般高原機(jī)場是指海拔高度在1500米（4921英尺）及以上，但低于2438米的機(jī)場；高高原機(jī)場是指海拔高度在2438米及以上的機(jī)場。因此可見通常高原以海拔1500米為界，海拔2438米再上一個等級。

據(jù)新華社報道，目前全世界共有高高原機(jī)場42個，其中中國有15個，約占世界高高原機(jī)場數(shù)量的36%。2014年，全國高高原機(jī)場旅客吞吐量達(dá)到580萬人次，航班數(shù)量達(dá)到5.9萬架次，分別比2013年增長了18.7%和19.1%，明顯高于中國民航全行業(yè)平均增長水平，已成為促進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要動力。

高海拔地區(qū)環(huán)境的特點(diǎn)：

1）缺氧：空氣主要由大約79.04%的氮?dú)狻?0.93%的氧氣和0.03的二氧化碳組成。隨著海拔的升高，地球引力變小，空氣密度相應(yīng)變小，大氣壓力下降，造成同等體積空氣中的含氧量降低。

2）大氣壓下降：有研究表明，在海拔高度接近5.5km時，大氣壓降低到海平面標(biāo)準(zhǔn)大氣壓的1/2；接近16km處的大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的1/10；接近31km處的大氣壓為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓值的1/100。（高海拔地區(qū)低氣壓環(huán)境對裝備的影響是本文研究的重點(diǎn)。）

3）太陽輻射增強(qiáng)：由于高海拔地區(qū)空氣變得稀薄，陽光到達(dá)地面的距離更近，加上高原降雪，而雪的反射也增強(qiáng)了太陽輻射的強(qiáng)度。

4）低溫：空氣溫度大約隨著海拔每升高150米（490英尺）降低1攝氏度（1.8華氏溫度），海拔越高溫度越低，很容易形成凍土層，造成在高原地區(qū)修筑工事的困難。以上種種情況，對人員和裝備產(chǎn)生不利影響。

一、對人員的影響

有文章認(rèn)為，習(xí)慣平原生活的人不經(jīng)過漸進(jìn)式的訓(xùn)練，快速進(jìn)入3000米以上區(qū)域，一般50%～75%的人出現(xiàn)高原反應(yīng)（一部分適應(yīng)能力強(qiáng)的人不會產(chǎn)生高原反應(yīng)），輕微的高原反應(yīng)無非是頭痛頭暈，惡心嘔吐，一般都能在3～10天后，身體適應(yīng)高原的低氧低壓環(huán)境，癥狀逐漸消失。而比較嚴(yán)重的會產(chǎn)生高原肺水腫和腦水腫，就有致死的危險。

一般的做法是，在中等海拔（2500米）條件下，需要3周左右時間適應(yīng)，而在這高度之上，每增加1970英尺（約合600米），適應(yīng)的時間則需要增加1周。

為了避免出現(xiàn)一些健康上的危險，如急性高原病、高原肺水腫、高原腦水腫，在登山時，應(yīng)該慢速且逐步進(jìn)行，在海拔9840英尺（約合3000米）以上，切忌每天的登高超過984英尺（約合300米）。

二、高原低氣壓對民航飛機(jī)的影響

高原反應(yīng)對于民航客機(jī)也有重要的影響。因?yàn)橐诟呖诊w行的民航客機(jī)比起地上更要考慮艙內(nèi)氣壓的問題。在更為低壓的高空。如果艙內(nèi)保持與地面高壓一致，那內(nèi)部氣壓遠(yuǎn)高于外部，需要花更大的成本加強(qiáng)客機(jī)結(jié)構(gòu)，免得像氣球一般爆開；如果艙內(nèi)保持與外部一致，那艙里的客人也就活不成了。

最終研究發(fā)現(xiàn)在大約海拔8000英尺（2400米）的海拔高度，大多數(shù)人都能適應(yīng)這個高度的大氣氣壓而不產(chǎn)生什么過度的病理反應(yīng)，因此一般民航飛機(jī)的氣密客艙都要求在最大高度飛行的時候，座艙和行李艙保證氣壓高度不超過2400米（也即與2400米高度的氣壓保持一致）。

飛抵拉薩的運(yùn)十

資料顯示，運(yùn)十是第一架飛上“世界屋脊”的我國自行設(shè)計(jì)的大型噴氣客機(jī)。

1980年9月26日首飛，運(yùn)十先后轉(zhuǎn)場北京、合肥、哈爾濱、烏魯木齊、廣州、昆明及成都。到1985年2月，運(yùn)十累計(jì)飛行130架次、170小時。

1983年12月，根據(jù)國家原經(jīng)委要求，運(yùn)十執(zhí)行支援西藏貨運(yùn)任務(wù)。當(dāng)月29日，運(yùn)十從廣州轉(zhuǎn)場至海拔1900米的昆明。那時正值大雪天氣，運(yùn)十經(jīng)受了氣候變化的嚴(yán)峻考驗(yàn)。為確保成功開展運(yùn)行任務(wù)，運(yùn)十于1984年1月21日進(jìn)行了模擬高原飛行和起飛、著陸試飛及進(jìn)場后三發(fā)復(fù)飛等試驗(yàn)。同年1月24日，運(yùn)十由上海大場機(jī)場飛抵成都雙流機(jī)場，1月31日由成都雙流機(jī)場起飛，飛行2小時零5分后在拉薩貢嘎機(jī)場安全著陸。運(yùn)十在機(jī)場停留期間還進(jìn)行了相關(guān)啟動試驗(yàn)。

1984年3月9日，運(yùn)十載著8噸多貨物，從雙流機(jī)場起飛，抵拉薩貢嘎機(jī)場，開始了第二批次援藏貨運(yùn)飛行。此后的3月12日至16日，運(yùn)十又5次進(jìn)藏，為西藏空運(yùn)蔬菜、罐頭、文具等物資共40余噸。

三、低氣壓對民、軍用裝備的影響

標(biāo)準(zhǔn)大氣壓

我國西部地區(qū)多屬原地帶，主要有喜馬拉雅山脈、昆侖山脈和唐古拉山脈三大山脈，平均海拔4000m以上，其中最高點(diǎn)唐古拉山口為5072m。因此，造就了它的特殊氣候特點(diǎn)：空氣稀薄、氣壓低、溫差大等。低氣壓是高原氣候的一個典型特征，對于軍用電工電子產(chǎn)品的影響不可小視。

當(dāng)氣壓減小時空氣絕緣材料的絕緣強(qiáng)度會減弱，易產(chǎn)生電暈放電、介質(zhì)損耗增加和電離等現(xiàn)象，氣壓減小使散熱條件變差，元器件溫度上升，這些因素容易使被試樣品在低氣壓條件下喪失規(guī)定的功能，甚至產(chǎn)生永久性損傷。

在超高真空環(huán)境條件下（如星載產(chǎn)品的宇航使用環(huán)境），產(chǎn)品除了會發(fā)生散熱困難外，某些金屬和高分子材料會發(fā)生蒸發(fā)、升華和分解現(xiàn)象。這種情況下產(chǎn)生的有害氣體，會影響產(chǎn)品的可靠性，尤其對塑封產(chǎn)品的影響會更大。

機(jī)載設(shè)備將承受比高原設(shè)備更為嚴(yán)酷的低氣壓作用。壓力對器材的影響程度取決于壓力梯度或壓力差，壓力梯度產(chǎn)生一個是空氣從較高壓力向較低壓力運(yùn)動所引起的力。這種力能造成泄漏，甚至引起密封容器的爆炸或破裂。壓力梯度越大，壓力改變得越快，器材損壞的機(jī)會就越多。

許多產(chǎn)品的試驗(yàn)報告及實(shí)地考察都反映了氣壓降低對性能的影響。氣壓降低對產(chǎn)品的直接影響主要實(shí)氣壓變化產(chǎn)生的壓差作用。這對于密封產(chǎn)品的外殼會產(chǎn)生一個壓力，在這個壓力的作用下會使密封破壞。然而氣壓降低的主要作用還在于因氣壓降低伴隨著大氣密度的降低及空氣的平均自由程增大，會使產(chǎn)品的性能受到很大影響。

（一）散熱產(chǎn)品的溫升隨大氣壓降低而增加。

所謂散熱產(chǎn)品，是指在自由空氣條件下（沒有強(qiáng)迫空氣流通時）進(jìn)行測量時，實(shí)驗(yàn)樣品溫度達(dá)到穩(wěn)定后，其表面最熱點(diǎn)的溫度仍高于周圍大氣溫度5攝氏度以上時，這種試驗(yàn)樣品叫做散熱產(chǎn)品。

電工電子產(chǎn)品中有相當(dāng)一部分是散熱產(chǎn)品，如電機(jī)、變壓器等，這些產(chǎn)品在使用中要消耗一部分電能，使其變成熱能，使產(chǎn)品溫度升高，散熱產(chǎn)品的溫升隨大氣壓的降低而增加。表1列出了小型三向異步電動機(jī)溫升隨海拔高度的變化。

由表中可以看出：散熱產(chǎn)品的溫升隨海拔高度的增加（大氣壓力的降低）而增加。溫升與海拔高度大致成線性關(guān)系，如圖1所示。其斜率取決于本身結(jié)構(gòu)、散熱情況、環(huán)境溫度等因素。

散熱產(chǎn)品的熱耗散可以分成3種形式：傳導(dǎo)、對流和輻射。大量散熱產(chǎn)品的散熱主要依靠對流，即依靠產(chǎn)品周圍空氣流動來散熱，對流散熱一般又分為強(qiáng)迫通風(fēng)散熱和自然對流散熱。自然對流散熱是依靠產(chǎn)品發(fā)熱產(chǎn)生的溫度場，造成產(chǎn)品周圍空氣的溫度梯度，使空氣流動散熱。強(qiáng)迫通風(fēng)散熱是通過強(qiáng)制措施，迫使空氣流過產(chǎn)品，帶走產(chǎn)品產(chǎn)生的熱量。對強(qiáng)迫對流散熱來說，在體積流不變情況下，隨高度增加，大氣壓將伴隨著空氣密度降低?？諝饷芏冉档蛯⒅苯佑绊憦?qiáng)迫對流散熱的效果。這是由于強(qiáng)迫對流散熱是依靠氣體的流動帶走熱量的。一般電機(jī)用的冷卻風(fēng)扇，是保證流過電機(jī)的體積流量不變，當(dāng)高度增加時，由于空氣密度下降，即使體積流量不變，氣流的質(zhì)量流量將隨之降低。一般可以認(rèn)為空氣的比熱是個常數(shù)，由于質(zhì)量的減少，空氣吸收的熱量也將減少，產(chǎn)品溫度將隨大氣壓力降低而升高。當(dāng)然，隨高度增加，對流散熱減少，輻射散熱增加。高度越高，空氣密度越低，對流散熱耗散的熱量所占的比例越來越大，在相當(dāng)高的高度上，輻射散熱將成為主要的散熱形式。

電工電子產(chǎn)品有相當(dāng)一部分是發(fā)熱產(chǎn)品，如電機(jī)、變壓器、接觸器、電阻器等。這些產(chǎn)品在使用中要消耗一部分電能變成為熱能，這樣產(chǎn)品會發(fā)熱，溫度升高。產(chǎn)品因發(fā)熱而使溫度升高，這溫度升高部分稱之為溫升。散熱產(chǎn)品的溫升隨大氣壓的降低而增加，隨海撥高度的增加而增加。導(dǎo)致產(chǎn)品的性能下降或運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象出現(xiàn)。

（二）低氣壓對密封產(chǎn)品的影響。

低氣壓對密封產(chǎn)品的影響主要是由于大氣壓的變化形成壓差。壓差引起一個從高壓指向低壓的力。在該力作用下，使氣體流動來達(dá)到平衡。而對于密封產(chǎn)品，其外殼將承受此力。此力可以使外殼變形、密封件破裂造成產(chǎn)品失效。

（三）低氣壓對揮發(fā)性物質(zhì)的影響。

壓力的降低，會使液體的沸點(diǎn)降低。對于那些在海平面正常大氣條件下有較高飽和蒸汽壓的液體，低氣壓使其蒸發(fā)甚至沸騰。潤滑油或潤滑脂屬于上述情況。液體中的分子在獲得一定能量后，會脫離液體表面而進(jìn)入到周圍空氣中，這些分子在大氣中將與空氣分子相撞，有一部分將撞回液體表面而被束縛住。這個蒸發(fā)過程是一個平衡過程。當(dāng)大氣壓力降低，空氣密度下降，被撞回液體表面上的可能性大降低。因此，在大氣壓條件下液體揮發(fā)的速度將大大增加。壓力降低會使?jié)櫥停ɑ驖櫥┘铀贀]發(fā)，會造成部件摩擦加劇，使活動部件表面加快磨蝕。

有機(jī)材料中的增塑劑也會因氣壓降低而加速揮發(fā)。增塑劑的揮發(fā)促使有機(jī)材料老化，使其機(jī)械性能或電氣性能發(fā)生變化。揮發(fā)物的揮發(fā)也會污染產(chǎn)品及其周圍物件，導(dǎo)致產(chǎn)品或物件受污染甚至腐蝕破壞。

（四）低氣壓對電性能的影響。

海撥高度增加氣壓降低，對電工電子產(chǎn)品的電氣性能也會產(chǎn)生影響。特別是以空氣作為絕緣介質(zhì)的設(shè)備，低氣壓對設(shè)備的影響更為顯著。在正常大氣條件下，空氣可以是較好的絕緣介質(zhì)，許多電氣產(chǎn)品以空氣為絕緣介質(zhì)。當(dāng)這些產(chǎn)品用于高海撥地區(qū)或作為機(jī)載設(shè)備時，由于大氣壓降低，常常在電場較強(qiáng)的電極附近產(chǎn)生局部放電現(xiàn)象，稱之為電暈。更嚴(yán)重的是，有時會發(fā)生空氣間隙擊穿，這意味著設(shè)備的正常工作狀態(tài)被破壞。

在低氣壓下,特別是伴隨高溫條件時空氣介電強(qiáng)度顯著降低，即電暈起始電壓和擊穿電壓顯著降低，從而使電弧、表面放電或電暈放電的危險性增加。

（五）溫度-低氣壓對產(chǎn)品的綜合影響

1）低溫-低氣壓對產(chǎn)品的影響

A、對處在該環(huán)境中的設(shè)備帶來麻煩。例如，某些產(chǎn)品在低氣壓條件下可能影響密封性和可能造成泄漏。由于低溫的存在，會使液體凍結(jié)、材料收縮、變脆，使產(chǎn)品損壞的危險性增加。

B、燃燒速率伴隨著溫度和壓力的降低而降低。

C、低溫能補(bǔ)償由于低氣壓造成的液體沸點(diǎn)降低，液體易揮發(fā)等影響。

D、低溫能減少在低氣壓條件下電器和電子元器件過熱的傾向。

E、低溫能減少增塑劑和塑料在低氣壓條件下分解物的揮發(fā)。

2）高溫-低氣壓對產(chǎn)品的影響

A、在高溫-低氣壓環(huán)境條件下，空氣電介質(zhì)強(qiáng)度明顯降低，使電暈起始電壓和擊穿電壓明顯降低，從而使飛弧、表面放電或電暈放電的危險性增加。

B、在高溫-低氣壓環(huán)境條件下，降低了空氣熱傳導(dǎo)能力，從而加劇了產(chǎn)品的過熱。

C、高溫-低氣壓環(huán)境增加了流體和潤滑油等的揮發(fā)，從而增加了產(chǎn)品損壞的可能性和易燃?xì)怏w燃爆的危險性。

D、加速了增塑劑和塑料的揮發(fā)和分解，從而加速了產(chǎn)品的老化。

四、低氣壓試驗(yàn)（自然環(huán)境試驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)室模擬）

1、自然環(huán)境

國家材料環(huán)境腐蝕平臺拉薩高原自然環(huán)境試驗(yàn)站

拉薩大氣試驗(yàn)站建成于2007年，隸屬于中國兵器工業(yè)第五九研究所，是“國防科技工業(yè)環(huán)境試驗(yàn)與觀測網(wǎng)”的組成單位，也是科技部“大氣環(huán)境材料腐蝕國家野外科學(xué)觀測研究站”示范站。試驗(yàn)站位于西藏拉薩市以東達(dá)孜縣內(nèi)，318國道的北側(cè)，東經(jīng)91°09′，北緯29°29′，海拔3684m，平均溫度7.5℃，平均相對濕度 46%，年總輻射量7600 MJ/m2，年總?cè)照諘r數(shù)3028 h，年降水總量444.8 mm。拉薩高原環(huán)境試驗(yàn)站是我國新建的大氣環(huán)境試驗(yàn)站之一，具有空氣稀薄、氧含量少、氣壓低、晝夜溫差大、日照長、太陽輻照強(qiáng)、降水稀少等特點(diǎn)，是目前國內(nèi)太陽輻射高值中心區(qū)，填補(bǔ)了我國自然環(huán)境試驗(yàn)在西部高原的空白。

2、實(shí)驗(yàn)室環(huán)境

美國軍方針對高原環(huán)境下的醫(yī)學(xué)研究，USARIEM（The United States Army Research Institute of Environmental Medicine ，USARIEM美國軍方環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所）建有一個大型（6.3×3.0 m）和一個小型低壓艙（3.7×2.7 m），通過氣閥相連接，可以模擬及控制壓力（從海平面到海拔9000米的氣壓）、溫度（-32 到43攝氏度）及對應(yīng)的濕度。

美國軍方環(huán)境醫(yī)學(xué)研究所

國內(nèi)目前主要是通過低氣壓（或高低溫-低氣壓，或高低溫-低氣壓-濕度）試驗(yàn)箱模擬相應(yīng)環(huán)境來實(shí)現(xiàn)。

溫度（濕度）高度（振動）試驗(yàn)箱

五、低氣壓試驗(yàn)的目的

GJB 360B-2009 電子及電氣元件試驗(yàn)方法方法105 低氣壓試驗(yàn) （等效美軍標(biāo)MIL-STD-202F ）

1目的：確定元件和材料在低氣壓下耐電擊穿能力；確定密封元件耐受氣壓差不破壞的能力；檢驗(yàn)低氣壓對元件工作特性的影響及低氣壓下的其他效應(yīng)；有時候可用于確定機(jī)電元件的耐久性。

本方法是常溫條件下的低氣壓試驗(yàn)。若裝置元件的設(shè)備將在低溫低氣壓及高溫低氣壓的綜合條件下貯存和使用，而且能夠斷定高低溫和氣壓的綜合作用是造成失效的主要原因，常溫低氣壓試驗(yàn)不能使用時，則應(yīng)進(jìn)行溫度-氣壓綜合環(huán)境試驗(yàn)。

六、低氣壓相關(guān)試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)

1）GJB 150.2A-2009 《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法第二部分低氣壓（高度）試驗(yàn)》

2）GJB 360B-2009《電子及電氣元件試驗(yàn)方法方法105低氣壓試驗(yàn)》（等效美軍標(biāo)MIL-STD-202F ）

3）GJB 548B-2005《微電子器件試驗(yàn)方法和程序方法1001 低氣壓（高空作業(yè)）》（等效美軍標(biāo)MIL-STD-883D)

4）GB/T 2421-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn) 總則》

5）GB/T 2423.21-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)M低氣壓試驗(yàn)方法》

6）GB/T 2423.25-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)Z/AM 低溫/低氣壓綜合試驗(yàn)方法》

7）GB/T 2423.26-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)Z/BM 高溫/低氣壓綜合試驗(yàn)方法》

8）GB/T 2423.27-2005《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程試驗(yàn)Z/AMD 高溫/低氣壓綜合試驗(yàn)訪求》

9）GB/T 2424.15-2008《電工電子產(chǎn)品基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程》

10）MIL-STD-810F 《環(huán)境工程考慮與實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn) 低氣壓（高度）試驗(yàn)》

11）溫度、壓力、高度關(guān)系GB1920

12）IEC 60068-2-41（1976）《基本環(huán)境試驗(yàn)規(guī)程第二部分試驗(yàn) 試驗(yàn)Z/BM 高溫/低氣壓試驗(yàn)》

七、試驗(yàn)條件：

1、試驗(yàn)氣壓

GJB 150不適用于飛行高度超過30 000m的航天器、飛機(jī)或?qū)椛系难b備，而GJB 360中給出了4 572~200 000m不同高度下對應(yīng)的低氣壓值，GJB 548也給出了4 572~200 000m不同高度下對應(yīng)的低氣壓值。對比GJB 360與GJB 548的低氣壓-高度表，GJB 548共列出了A、B、C、D、E、F、G7個不同條件下的高度氣壓值，并且所給出的試驗(yàn)條件有一定的規(guī)律性，隨著飛行高度由低到高，氣壓值由大變小；GJB 360給出了A、B、C、D、E、F、G、H、I、J 10個不同條件下的高度氣壓值，并且所列的高度-氣壓表中的試驗(yàn)條件由A到試驗(yàn)條件E有一定的規(guī)律性，隨著飛行高度由低到高，氣壓值由大變小，而由試驗(yàn)條件F到試驗(yàn)條件J沒有呈現(xiàn)規(guī)律性。與GJB 548所列的試驗(yàn)條件對比，GJB 360 試驗(yàn)條件增加了條件H到試驗(yàn)條件J，對應(yīng)的氣壓高度條件分別為：H：3 000m 70kPa；J：18 000m，7.6kPa；K：25 000m, 2.5 kPa 。

GJB 360B-2009 表105-1