DO-160G 与GJB 150A 冲击试验对比分析

龚伟建，张海英，于明明

（中国航空工业集团公司金城南京机电液压工程研究中心，南京 211106）

引言

目前，我国某些机型的机载设备有兼顾军机民用的需求，这些设备的环境试验大纲要求按照GJB 150A-2009《军用装备实验室环境试验方法》与RTCA/DO-160G《机载设备环境条件和试验方法》两个标准进行试验，然而GJB 150A 与DO-160G 对冲击试验有着不同的试验标准要求。基于此现状，探讨GJB 150.18A 与RTCA/DO-160G 第7 章冲击试验的差异，深入分析冲击试验的两个标准的各自特点和实施细则，对于指导军机民用机载设备设计具有十分重要的现实意义。

1 军机与民机的环境试验标准介绍

环境试验是人们进行科学研究和产品研制、生产及评价时应用的众多试验中的一种[1]。冲击试验它是指在极其短暂的时间内给被试产品施加一个高量级的外力脉冲，从而评估其在储存、运输、使用的寿命周期内对冲击环境的适应性和耐受程度。对于机载产品而言，冲击试验是验证其性能指标的重要手段之一，作为环境试验中的重要一环，不同的标准对冲击试验的规定也各不相同。

就军机的机载产品而言，冲击试验环境试验标准主要依据GJB 150A《军用装备实验室环境试验方法》。该标准是我国军品研制生产中最重要、应用最为广泛的试验标准。

对于民机的机载产品而言，环境试验标准主要依据RTCA/DO-160G《机载设备环境条件和试验方法》。

2 GJB 150A 与DO-160G 冲击试验差异性分析

军机冲击试验环境试验标准为：GJB 150.18A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第18 部分：冲击试验》，下面简称GJB 150.18A；民机冲击环境试验标准为：RTCA/DO-160G《机载设备环境条件和试验程序 第7 章 工作冲击和坠撞安全》，下面简称DO-160G 第7 章。GJB 150.18A 包含八个试验程序，它们分别是功能性能冲击、需包装的装备、易损性、运输跌落、坠撞安全、工作台操作、铁路撞击和弹射起飞和拦阻着陆。DO-160G 第7 章包含工作冲击和坠撞安全。本篇文章仅对两个标准的相同部分进行对比分析。即GJB 150.18A 的功能性能冲击与DO-160G 第7 章的工作冲击两两对比，GJB 150.18A 的坠撞安全冲击与DO-160G 第7 章的坠撞冲击两两对比。

2.1 标准内容分析

GJB 150.18A 中给予了两种冲击选择，一是使用冲击响应谱进行试验，这也是推荐的冲击方法，另外一种是使用经典冲击脉冲进行试验。选择经典冲击脉冲的要求为：其实测数据在经典冲击脉冲的允差之内，否则不予采用[2]。而DO-160G 第7 章中同样给予了两种冲击选择，分别是冲击响应谱和经典冲击脉冲。两者具体异同详见表1、表2[2,3]。

表1 GJB 150.18A 与DO-160G 第7 章经典冲击脉冲对比

表2 GJB 150.18A 与DO-160G 第7 章冲击响应谱SRS 对比

DO-160G 第7 章中规定：如果要进行坠撞安全试验，那么冲击试验程序和持续载荷试验程序都应进行[3]。这是跟GJB 150.18A 又一不同之处。

此外GJB 150.18A 中没有类似DO-160G 第7 章中持续载荷的内容。因此将DO-160G 第7 章中持续载荷的内容与GJB 150.15A 的加速度作对比，两者的异同点可以见表3[2,3]。

表3 GJB 150.15A 坠撞安全加速度与DO-160G 第7 章持续载荷

对比试验标准，民机的持续载荷与军机的坠撞安全加速度类似，两者最大的差异一是体现在加速度方向的不同，DO-160G 中规定试验量级方向为载荷方向，是飞机的主正交轴方向，若使用离心机进行持续载荷试验，则安装的方向为沿径向远离离心机的旋转轴心，载荷方向是与加速度方向为两个不同的概念。GJB 150.15A 中加速度方向是沿径向指向离心机的旋转轴心，即载荷方向向外，加速度方向指向离心机中心。

第二点是试验时长不同，民机标准要求至少3 s，军机标准要求至少1min。这是两个标准的又一显著差异之处。

2.2 差异总结

总的来说，两标准区别如下：

1）试验程序选择优先级不同

军机标准优先使用实测数据确定试验条件，没有实测数据时，优先选用标准推荐的冲击响应谱作为试验条件。军机标准对使用经典冲击脉冲有着严格要求，即：如果不能证明外场冲击环境近似于经典冲击脉冲，一般不可使用经典冲击脉冲[2]。

相对比之下，民机标准直接给出经典冲击脉冲要求，虽然民机标准亦有可使用等效的冲击响应谱进行试验的描述，但他对冲击响应谱并无详细说明，并不像GJB 150.18A 中给出推荐的冲击响应谱。

2）经典冲击脉冲区别

在经典冲击脉冲试验中两个标准在1、脉冲持续时间2、试验量值3、坠撞安全冲击次数等三个方面有很大差异。两者最显著的差异就是在脉冲持续时间上。在2.3节我们将会做详细分析。

3）坠撞安全试验区别

民机标准规定了坠撞安全试验中冲击试验程序和持续载荷试验程序必须同时进行。而军机标准在坠撞安全试验中只需要进行冲击试验程序。

2.3 军民机冲击试验中经典冲击脉冲宽度分析

对比两者标准，民机标准对脉冲持续时间有着详细的分类标准，即通过产品的最低共振频率来确定，根据物体的固有频率计算公式：

式中：

k—物体的刚度系数；

m—物体的重量，当产品的刚度系数一定时，产品重量越大，其固有频率越低。

又根据频率与周期之间的关系式：

得到固有频率高的产品，适合选用脉冲宽度短的试验条件，因此就不难理解160 G 中所规定的脉冲持续时间：按最低共振频率确定，标准脉冲11 ms，另外一个为低频20 ms 的脉冲，对于最低共振频率低于100 Hz 的设备，选用持续时间为100 ms 的脉宽。

在军机标准中，对于飞行器设备，只给了一个脉冲宽度11 ms，这是因为大多数产品一阶固有频率均在49 Hz 左右，根据环境试验的极值原理，故取11 ms。

但随着现阶段军机产品结构愈加复杂，一阶固有频率是否在49 Hz 左右则需要进行验证，因此军机标准中的11 ms 脉冲宽度可能不适用于某些特殊产品，因此带来此脉冲宽度不能模拟机上实际情况的问题。笔者认为能否在即将颁布的GJB 150B 中提出GJB 150.18A 中经典冲击脉冲宽度只有11 ms 的问题。

对比这两种标准，各有优劣。民机的标准中，由于脉冲带宽需要根据产品的最低共振频率来确定，更具科学性。军机的标准中，脉冲带宽只有一种选择，在可操作性上来讲，比民机标准更有优势。

现阶段在进行民机的冲击试验时，有的产品最低共振频率小于100 Hz，根据标准要求，此时就需要选择100 ms 的脉冲宽度进行试验，但是目前国内没有能够进行100 ms 的冲击试验设备，此时提出一种解决思路，能否使用其他脉冲的脉冲宽度，脉冲量值来替换100 ms 的冲击呢？

3 展望

1）针对民机标准中要求：最低共振频率小于100 Hz时需要选择100 ms 的脉冲宽度进行冲击试验，提出两种解决思路：①利用等效技术即：将大的脉冲宽度转换成小的脉冲宽度进行试验。由于试验样品的损伤及故障与它受激励下产生的最大应力直接相关，在试验室对试验样品进行冲击试验时，应使试验样品造成的损伤及故障与冲击环境的影响相当，称之为等效损伤模拟[4]。因此，可以以冲击响应谱作为冲击试验依据，用最大相应加速度相等来实现的等效关系。该方法是否可以通过仿真分析加试验验证的手段去进行评价②研发新型的冲击试验设备，尽可能满足试件的高量值大脉宽冲击试验，这是今后的又一解决办法。

2）对于军机民用的机载产品，就冲击试验而言，笔者认为需要分以下几种情况去安排补充试验：

①对于最低共振频率为低频的产品：目前试验室对民机标准中低频段的定义为（100~500）Hz，即对于最低共振频率为（100~500）Hz 的产品，按20 ms 冲击宽度进行试验；

②对于最低共振频率大于500 Hz 的产品：直接采信军机试验结果，若有坠撞安全试验，则增加持续载荷试验即可；

③对于最低共振频率小于100 Hz 的产品：若有实测数据，可使用等效的冲击响应谱进行试验，若无实测数据，则需要利用等效技术进行试验。

4 总结

本文总结了军机、民机标准的冲击试验中的具体差异，对军民机标准中规定的脉冲带宽作了分析，并对机载产品军转民用提供了思路。对于目前越来越多的军机民用产品，应尽快将军机、民机标准试验方法作差异总结，为相关从业人员提供参考和指导。