本文根据高原高寒地区的环境特点，采用某型直升机实际使用的橡胶和密封剂材料，编制直升机高原高寒加速腐蚀老化试验环境谱，进行实验室加速环境试验和自然环境试验，对所编制的加速腐蚀老化试验环境谱进行验证，为其在直升机高原高寒环境适应性考核中的应用提供技术支撑。

在考核直升机环境适应性能力时，为了缩短周期、减少费用、提高时效性，有些国家采用加速试验的方法来进行研究。20世纪80年代，北大西洋公约组织（NATO）开展了相关的腐蚀疲劳试验研究 。而美国国防部制定了涂层加速试验环境谱及试验程序（CASS谱），并阐述其加速试验环境谱的编制方法。国内一些学者也对直升机加速试验环境谱开展了相关研，但是研究主要集中在对海洋腐蚀环境的分析及加速环境谱的构建，而针对高原高寒环境的加速试验方法研究较少。直升机在高原高寒地区服役时，将暴露于低温、高紫外的严酷环境中，对非金属材料的性能会产生很大的影响。尤其是橡胶、密封剂等材料在高原高寒环境下的性能，对直升机密封、隔离效果起着重要的作用。本文针对直升机非金属材料高原高寒加速腐蚀老化试验进行研究。

加速腐蚀老化试验环境谱设计

01 试验对象的环境失效模式

橡胶、密封剂、有机涂层、胶粘剂等均属于有机高分子材料，它们在自然大气环境中的损伤主要是由太阳辐射、高温、低温、湿热以及机械作用等引起的老化，高分子材料的化学组成和结构会发生一系列变化，物理性能也会相应变差，如发硬、发黏、变脆、变色、失去强度等。

02 加速腐蚀老化试验谱的谱块结构

虽然完全模拟直升机停放、飞行顺序中的环境、载荷历程的实验室试验方法是最可信的，但在技术上无法实现。通过对实际温度、湿度、紫外辐照、载荷等的时间历程分别进行加速而得到温湿度、紫外老化、加载等环境谱块，则可以较为容易地解释和评定各个谱块试验结果以及各个谱块的叠加效果，从而实现对研究对象的有效评价。

最早提出环境谱概念的是美国海军航空兵，编制了针对F-18飞机带涂层结构的加速试验环境谱（简称CASS谱）。该谱主要模拟F-18在亚热带沿海地区服役的环境，1个加速试验周期包含湿热暴露、紫外照射、热冲击、低温疲劳、盐雾等5个环境谱块，可认为一个试验周期可当量外场使用1年。其作用顺序与使用情况基本相符，主要反映了飞机停放时，早晚多受高湿、盐雾作用，白天受紫外辐射、热冲击及载荷作用的实际情况。在编制直升机高原高寒加速试验环境谱时，参考了CASS谱，并根据直升机的高原高寒环境特点和环境效应特点进行相应调整，以建立适用于直升机典型非金属材料的实验室加速试验环境谱，具体谱块构成如下图1所示。

图1 直升机高原高寒加速腐蚀老化试验环境谱的谱块结构

加速腐蚀老化试验环境谱编制

01 低温试验谱块

典型高原、高寒环境的年平均最低温度为-14.7℃，且在12月、1月、2月等三个月月平均最低温度达到了-35℃以下，历史数据中，漠河地区出现极寒天气时的温度更达到了-52.3℃，考虑到诱发效应，本项目取整在-55℃下进行低温试验。由典型非金属材料的老化机理环境失效模式可知，对于典型橡胶、密封剂和连接件来说，它们的低温环境效应并不具备显著的累积效应，因此，参考GJB 150.4A-2009中的相关规定，选择进行72h（3天）的低温贮存试验。

02 湿热暴露试验谱块

由实际环境参数可知，典型高原、高寒环境地面停放环境谱的月平均温度仅在4月份至10月份期间略在10℃以上，湿热环境效应才起作用，因此，取4月份至10月份期间的平均温度13.8℃和平均相对湿度61.3%作为典型高原、高寒环境的平均温度和平均相对湿度。

对于金属来说，目前多以温度T=40℃、湿度R.H.=95%的潮湿空气作为标准潮湿空气，然后依据电化学腐蚀反应中腐蚀电量Q相等的准则，引入基于腐蚀电流比较的折算系数概念，计算不同温度和湿度潮湿空气之间的折算系数；而本项目加速腐蚀老化试验谱主要针对典型非金属材料及连接件的自然老化效应进行再现，因此对于橡胶、密封剂、复合材料、防护涂层、胶接结构等聚合物来说，主要根据不同湿热环境下的吸湿扩散速率或不同湿热环境下的湿热效应试验给出加速吸湿（老化）的经验公式来计算加速因子，见下式（1），这种方法对本项目的研究对象来说较为适用。

取实际暴露的温度T1为典型高原、高寒环境的平均温度13.8℃，取实际暴露的相对湿度φ1为典型高原、高寒环境的年平均相对湿度为61.3% R.H.，根据经验选择加速环境温度T2=38℃、加速环境相对湿度φ2 =85% R.H.的湿热暴露试验条件，则根据式（1）计算得到的时间加速系数K=55.8，即：在典型高原、高寒环境中暴露7个月（4月份至10月份期间，t1 =5136h）的湿热环境效应需要通过温度为30℃、相对湿度为95%R.H.，加速湿热试验t2= t1 /K=5136h/55.8=92h来进行再现，出于加严考虑，实际进行湿热试验时可将92h取整为4天。

03 紫外照射试验谱块

典型高原、高寒环境年平均太阳总辐照量为7459.1MJ/m2，在全国各地区中处于较高水平，按拉萨地区年平均紫外辐射量占太阳总辐射量的比例η=4%计算，典型高原、高寒环境的年平均紫外辐射量Qz=7459.1MJ/m2×4%=298.4MJ/m2。假设每次飞行所接受的太阳辐射量占全天太阳辐射量的二分之一，那么在典型高原、高寒环境中暴露1年的紫外辐射效应需要通过辐照强度为60W/m2的紫外照射试验Qz×106/(60×3600) ×150/365×1/2=284h（约12天）来进行再现。

04 加速腐蚀老化试验环境谱

根据以上分析，最终编制的直升机高原高寒加速腐蚀老化试验环境谱如下图2所示。

图2 直升机高原高寒加速腐蚀老化试验环境谱

引用

季佳，高蒙，崔腾飞，张晓娟，孙志华.直升机非金属材料高原高寒加速腐蚀老化试验研究[J].环境技术，2021，229(1):36-41.