低氣壓試驗的相關介紹

低氣壓試驗相關介紹

可靠性與環境試驗

洞朗地區地圖

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

零、什么是高海拔？

地球表面有相當大的地區的地勢較高，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，地勢較高的地區的氣壓較沿海地區的氣壓要低。

中國民航局在2007年發布的《航空承運人高原機場運行管理規定》中將高原機場分為一般高原機場和高高原機場。其中，一般高原機場是指海拔高度在1500米（4921英尺）及以上，但低于2438米的機場；高高原機場是指海拔高度在2438米及以上的機場。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。

據新華社報道，目前全世界共有高高原機場42個，其中中國有15個，約占世界高高原機場數量的36%。2014年，全國高高原機場旅客吞吐量達到580萬人次，航班數量達到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平均增長水平，已成為促進地方經濟發展的重要動力。

高海拔地區環境的特點：

1）缺氧：空氣主要由大約79.04%的氮氣、20.93%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準大氣壓的1/2；接近16km處的大氣壓為標準大氣壓值的1/10；接近31km處的大氣壓為標準大氣壓值的1/100。（高海拔地區低氣壓環境對裝備的影響是本文研究的重點。）

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

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，造成在高原地區修筑工事的困難。以上種種情況，對人員和裝備產生不利影響。

一、對人員的影響

有文章認為，習慣平原生活的人不經過漸進式的訓練，快速進入3000米以上區域，一般50%～75%的人出現高原反應（一部分適應能力強的人不會產生高原反應），輕微的高原反應無非是頭痛頭暈，惡心嘔吐，一般都能在3～10天后，身體適應高原的低氧低壓環境，癥狀逐漸消失。而比較嚴重的會產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，而在這高度之上，每增加1970英尺（約合600米），適應的時間則需要增加1周。

為了避免出現一些健康上的危險，如急性高原病、高原肺水腫、高原腦水腫，在登山時，應該慢速且逐步進行，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的影響

高原反應對于民航客機也有重要的影響。因為要在高空飛行的民航客機比起地上更要考慮艙內氣壓的問題。在更為低壓的高空。如果艙內保持與地面高壓一致，那內部氣壓遠高于外部，需要花更大的成本加強客機結構，免得像氣球一般爆開；如果艙內保持與外部一致，那艙里的客人也就活不成了。

最終研究發現在大約海拔8000英尺（2400米）的海拔高度，大多數人都能適應這個高度的大氣氣壓而不產生什么過度的病理反應，因此一般民航飛機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）。

飛抵拉薩的運十

資料顯示，運十是第一架飛上“世界屋脊”的我國自行設計的大型噴氣客機。

1980年9月26日首飛，運十先后轉場北京、合肥、哈爾濱、烏魯木齊、廣州、昆明及成都。到1985年2月，運十累計飛行130架次、170小時。

1983年12月，根據國家原經委要求，運十執行支援西藏貨運任務。當月29日，運十從廣州轉場至海拔1900米的昆明。那時正值大雪天氣，運十經受了氣候變化的嚴峻考驗。為確保成功開展運行任務，運十于1984年1月21日進行了模擬高原飛行和起飛、著陸試飛及進場后三發復飛等試驗。同年1月24日，運十由上海大場機場飛抵成都雙流機場，1月31日由成都雙流機場起飛，飛行2小時零5分后在拉薩貢嘎機場安全著陸。運十在機場停留期間還進行了相關啟動試驗。

1984年3月9日，運十載著8噸多貨物，從雙流機場起飛，抵拉薩貢嘎機場，開始了第二批次援藏貨運飛行。此后的3月12日至16日，運十又5次進藏，為西藏空運蔬菜、罐頭、文具等物資共40余噸。

三、低氣壓對民、軍用裝備的影響

標準大氣壓

我國西部地區多屬原地帶，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，其中最高點唐古拉山口為5072m。因此，造就了它的特殊氣候特點：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品的影響不可小視。

當氣壓減小時空氣絕緣材料的絕緣強度會減弱，易產生電暈放電、介質損耗增加和電離等現象，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定的功能，甚至產生永久性損傷。

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

機載設備將承受比高原設備更為嚴酷的低氣壓作用。壓力對器材的影響程度取決于壓力梯度或壓力差，壓力梯度產生一個是空氣從較高壓力向較低壓力運動所引起的力。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，器材損壞的機會就越多。

許多產品的試驗報告及實地考察都反映了氣壓降低對性能的影響。氣壓降低對產品的直接影響主要實氣壓變化產生的壓差作用。這對于密封產品的外殼會產生一個壓力，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，會使產品的性能受到很大影響。

（一）散熱產品的溫升隨大氣壓降低而增加。

所謂散熱產品，是指在自由空氣條件下（沒有強迫空氣流通時）進行測量時，實驗樣品溫度達到穩定后，其表面最熱點的溫度仍高于周圍大氣溫度5攝氏度以上時，這種試驗樣品叫做散熱產品。

電工電子產品中有相當一部分是散熱產品，如電機、變壓器等，這些產品在使用中要消耗一部分電能，使其變成熱能，使產品溫度升高，散熱產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溫升隨海拔高度的變化。

由表中可以看出：散熱產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系，如圖1所示。其斜率取決于本身結構、散熱情況、環境溫度等因素。

散熱產品的熱耗散可以分成3種形式：傳導、對流和輻射。大量散熱產品的散熱主要依靠對流，即依靠產品周圍空氣流動來散熱，對流散熱一般又分為強迫通風散熱和自然對流散熱。自然對流散熱是依靠產品發熱產生的溫度場，造成產品周圍空氣的溫度梯度，使空氣流動散熱。強迫通風散熱是通過強制措施，迫使空氣流過產品，帶走產品產生的熱量。對強迫對流散熱來說，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。空氣密度降低將直接影響強迫對流散熱的效果。這是由于強迫對流散熱是依靠氣體的流動帶走熱量的。一般電機用的冷卻風扇，是保證流過電機的體積流量不變，當高度增加時，由于空氣密度下降，即使體積流量不變，氣流的質量流量將隨之降低。一般可以認為空氣的比熱是個常數，由于質量的減少，空氣吸收的熱量也將減少，產品溫度將隨大氣壓力降低而升高。當然，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，在相當高的高度上，輻射散熱將成為主要的散熱形式。

電工電子產品有相當一部分是發熱產品，如電機、變壓器、接觸器、電阻器等。這些產品在使用中要消耗一部分電能變成為熱能，這樣產品會發熱，溫度升高。產品因發熱而使溫度升高，這溫度升高部分稱之為溫升。散熱產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。導致產品的性能下降或運行不穩定等現象出現。

（二）低氣壓對密封產品的影響。

低氣壓對密封產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，使氣體流動來達到平衡。而對于密封產品，其外殼將承受此力。此力可以使外殼變形、密封件破裂造成產品失效。

（三）低氣壓對揮發性物質的影響。

壓力的降低，會使液體的沸點降低。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。這個蒸發過程是一個平衡過程。當大氣壓力降低，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的速度將大大增加。壓力降低會使潤滑油（或潤滑脂）加速揮發，會造成部件摩擦加劇，使活動部件表面加快磨蝕。

有機材料中的增塑劑也會因氣壓降低而加速揮發。增塑劑的揮發促使有機材料老化，使其機械性能或電氣性能發生變化。揮發物的揮發也會污染產品及其周圍物件，導致產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，對電工電子產品的電氣性能也會產生影響。特別是以空氣作為絕緣介質的設備，低氣壓對設備的影響更為顯著。在正常大氣條件下，空氣可以是較好的絕緣介質，許多電氣產品以空氣為絕緣介質。當這些產品用于高海撥地區或作為機載設備時，由于大氣壓降低，常常在電場較強的電極附近產生局部放電現象，稱之為電暈。更嚴重的是，有時會發生空氣間隙擊穿，這意味著設備的正常工作狀態被破壞。

在低氣壓下,特別是伴隨高溫條件時空氣介電強度顯著降低，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-低氣壓對產品的綜合影響

1）低溫-低氣壓對產品的影響

A、對處在該環境中的設備帶來麻煩。例如，某些產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、材料收縮、變脆，使產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、低溫能補償由于低氣壓造成的液體沸點降低，液體易揮發等影響。

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。

2）高溫-低氣壓對產品的影響

A、在高溫-低氣壓環境條件下，空氣電介質強度明顯降低，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-低氣壓環境條件下，降低了空氣熱傳導能力，從而加劇了產品的過熱。

C、高溫-低氣壓環境增加了流體和潤滑油等的揮發，從而增加了產品損壞的可能性和易燃氣體燃爆的危險性。

D、加速了增塑劑和塑料的揮發和分解，從而加速了產品的老化。

四、低氣壓試驗（自然環境試驗、實驗室模擬）

1、自然環境

國家材料環境腐蝕平臺拉薩高原自然環境試驗站

拉薩大氣試驗站建成于2007年，隸屬于中國兵器工業第五九研究所，是“國防科技工業環境試驗與觀測網”的組成單位，也是科技部“大氣環境材料腐蝕國家野外科學觀測研究站”示范站。試驗站位于西藏拉薩市以東達孜縣內，318國道的北側，東經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，年總日照時數3028 h，年降水總量444.8 mm。拉薩高原環境試驗站是我國新建的大氣環境試驗站之一，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、降水稀少等特點，是目前國內太陽輻射高值中心區，填補了我國自然環境試驗在西部高原的空白。

2、實驗室環境

美國軍方針對高原環境下的醫學研究，USARIEM（The United States Army Research Institute of Environmental Medicine ，USARIEM美國軍方環境醫學研究所）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）及對應的濕度。

美國軍方環境醫學研究所

國內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）試驗箱模擬相應環境來實現。

溫度（濕度）高度（振動）試驗箱

五、低氣壓試驗的目的

GJB 360B-2009 電子及電氣元件試驗方法方法105 低氣壓試驗（等效美軍標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；檢驗低氣壓對元件工作特性的影響及低氣壓下的其他效應；有時候可用于確定機電元件的耐久性。

本方法是常溫條件下的低氣壓試驗。若裝置元件的設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，常溫低氣壓試驗不能使用時，則應進行溫度-氣壓綜合環境試驗。

六、低氣壓相關試驗標準

1）GJB 150.2A-2009 《軍用裝備實驗室環境試驗方法第二部分低氣壓（高度）試驗》

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

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

4）GB/T 2421-2008《電工電子產品基本環境試驗總則》

5）GB/T 2423.21-2008《電工電子產品基本環境試驗規程試驗M低氣壓試驗方法》

6）GB/T 2423.25-2008《電工電子產品基本環境試驗規程試驗Z/AM 低溫/低氣壓綜合試驗方法》

7）GB/T 2423.26-2008《電工電子產品基本環境試驗規程試驗Z/BM 高溫/低氣壓綜合試驗方法》

8）GB/T 2423.27-2005《電工電子產品基本環境試驗規程試驗Z/AMD 高溫/低氣壓綜合試驗訪求》

9）GB/T 2424.15-2008《電工電子產品基本環境試驗規程》

10）MIL-STD-810F 《環境工程考慮與實驗室試驗低氣壓（高度）試驗》

11）溫度、壓力、高度關系GB1920

12）IEC 60068-2-41（1976）《基本環境試驗規程第二部分試驗試驗Z/BM 高溫/低氣壓試驗》

七、試驗條件：

1、試驗氣壓

GJB 150不適用于飛行高度超過30 000m的航天器、飛機或導彈上的裝備，而GJB 360中給出了4 572~200 000m不同高度下對應的低氣壓值，GJB 548也給出了4 572~200 000m不同高度下對應的低氣壓值。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，并且所給出的試驗條件有一定的規律性，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-氣壓表中的試驗條件由A到試驗條件E有一定的規律性，隨著飛行高度由低到高，氣壓值由大變小，而由試驗條件F到試驗條件J沒有呈現規律性。與GJB 548所列的試驗條件對比，GJB 360 試驗條件增加了條件H到試驗條件J，對應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