淺談“國際模擬環境試驗設備發展趨勢”

環境試驗設備經歷了由單一環境因素模擬向多環境因素模擬，從靜態模擬到動態模擬，由簡單控制到微機全自動控制的發展過程。目前的發展方向是“更快、更好、更省”，并呈現以下特點

（1）試件尺寸：從小尺寸向大尺寸、全尺寸方向發展，試樣從材料向構件、整機發展；

（2）提高環境因素模擬精度：如目前模擬太陽輻射的光源主要是氙燈，盡管氙燈的光譜與太陽光譜接近，但光譜上某些點段相差較大。實踐表明這些差別對有些材料樣品的試驗結果有影響，國外一些廠家在積極尋找新的光源。另外對氙燈光強的控制正在由點段控制向全光譜段控制方向發展。

（3）自然環境試驗從典型環境向嚴酷與極端環境發展，向自然環境加速試驗發展，向實驗室模擬自然環境加速試驗發展，并開始應用計算機數字仿真技術。

（4）采用新的控制技術：大量采用計算機領域內的新技術，如顯示觸摸屏技術、PLC技術、現場總線技術等。試驗過程的檢監測技術已向現場連續觀察與檢測方向發展，并對觀察與檢測結果實現遠程傳輸。

（5）更接近于實際環境的綜合箱：如振動試驗箱已經發展成為三綜合（溫度、濕度、振動）、四綜合（溫度、濕度、低氣壓、振動）試驗箱，并且出現了多維振動試驗箱；腐蝕試驗箱由單一腐蝕試驗向循環腐蝕試驗（腐蝕－濕熱－干燥－腐蝕）箱方向發展。

（6）大型綜合專用設備：為適應各行各業的需要，研發制作大型綜合專用的環境試驗設施，如美國陸軍阿伯丁靶場的兵器環境試驗設備能讓車輛在行駛道路條件下，模擬低溫、高溫、濕熱、低氣壓等多參數組合環境。該設備有1000m3、145m3和45m3三個環境試驗室，采用一套空氣制冷系統和各自獨立的電加熱設備。在大型環模設備中首次成功采用了空氣制冷。該設備最大試驗室空間尺寸為16m×8m×8m（長×寬×高），溫度范圍為常溫~50℃，相對濕度可到85×(1±0.05)%RH（≤40℃），模擬的最大太陽輻射強度為1kW/m2，模擬的最大風速為35m/s。

（7）重視各種試驗數據的管理和應用：發達國家以數據庫、數據手冊、標準規范等集成性成果作為其共享與保護的手段，同時為研究、設計和技術改進提供了科學依據，避免了設計的盲目性。美軍在自然環境試驗中，經過長期系統的環境試驗數據積累，出版了腐蝕手冊，開發了新的耐候材料和產品，并制定了大量的材料生產、產品設計、工程設計等一系列標準和規范。美國制定的各類環境試驗方法標準，為世界各國普遍采用，其中不少已成為國際標準。如美國著名的《尤利格腐蝕手冊》、《軍工材料與構件環境適應性數據匯編》等集成性成果已在全世界推廣應用，形成了一種獨立的知識產權，實現了材料與產品環境試驗數據面向全社會的共享與服務。日本也十分重視自然環境適應性數據共享與保護。他們大約有40個大氣環境試驗站，并形成網絡體系，通過對原始數據的分析處理，建立共享服務數據庫，面向社會為國家重點工程、項目研究、材料生產與應用部門提供數據服務。英國共有各類大氣暴露場40個左右，僅鋼鐵研究協會就有8個，其中最大的是卡林頓暴露場。對于各試驗站產生的環境試驗數據，他們通過環境數據采集自動化、測試數據數字化和數據匯交格式標準化，建立完善的國家試驗站網計算機網絡。以關鍵材料、通用零部件、核心元器件等基礎產品為對象，系統積累它們在各類環境中的環境因素及環境適應性數據，研究其與這些環境相互作用、性能演變及失效機理。為環境嚴酷度評估、裝備產品環境適應性評價、實驗室加速試驗方法研究、環境試驗標準制定、數據共享等提供技術支撐和服務。如英國皇家化學會數據庫（RCS）等，都通過大型數據庫實現數據資源的有償使用，有力促進了數據資源的推廣與應用。

1.1. 氣候試驗設備發展趨勢

1.1.1. 提高加速性和相關性

加速性和相關性本身是相互矛盾的，提高加速性一般會犧牲相關性。從試驗技術的角度來看，提高加速性并不難，難就難在同時提高加速性和相關性。不管從客戶要求或技術發展方面看，提高加速性和相關性是氣候環境試驗技術的重要發展方向。

1.1.2. 開發多因素綜合試驗

由于材料在自然環境中受到多種復雜因素的綜合作用，因而要更真實地再現材料在自然環境中的腐蝕和老化，必須盡可能綜合考慮多種自然環境因素。近幾年，模擬海洋性氣候環境的加速試驗方法向多因素試驗方向發展。多因素模擬加速試驗方法分為多因素組合循環模擬加速試驗方法和多因素模擬加速試驗方法。多因素模擬加速試驗方法由于考慮兩個或兩個以上主要環境因素的同時作用，能更真實地模擬多種環境因素的協同效應。

1.1.3. 開發環境適應性仿真

1992年7月，美國國防部研究與工程署在《美國國防部核心技術計劃》中，將“環境影響”列為112項核心技術之一，2005年的技術目標是對大氣、海洋、地球和空間環境在自然和人工平臺（如飛機、導彈、艦船等）兩方面的影響進行研究、建模和仿真。在建模和仿真的研究方面，美國陸軍在阿伯丁試驗場、紅石試驗中心、達格威試驗場和尤馬試驗場，開展自然環境和誘發環境對裝備及其材料性能影響的虛擬試驗場研究。在環境適應性規律分析和建立數學模型方面，我國學者創造了灰色理論，并在環境影響規律方面得到成功的應用；神經網絡仿真模型理論被成功地應用于環境行為規律的建模和仿真。在積累大量可靠基礎數據的基礎上，實現對裝備環境適應性進行仿真是裝備環境工程的發展方向和目標。