GJB 150.7A-2009《太阳辐射试验方法分析与实践》解读

GJB 150.7A-2009《太阳辐射试验方法分析与实践》解读

摘要：介绍了太阳辐射试验的基本原理和试验技术及GJB 150.7A《军用装备实验室环境试验方法第7部分：太阳辐射试验》试验程序、试验条件和试验顺序及其剪裁过程。最后以某产品为例，通过对其应用太阳辐射试验方法过程的剪裁，为实验室应用太阳辐射试验提供了示例。

关键词：太阳辐射；辐照度；热效应；光化学效应

概述

早在五十年代，国外就开始了模拟太阳辐射试验的研究，并相继制订了试验方法和研制了相应的试验设备。时至今日，国外太阳辐射试验技术已经较为成熟。我国对太阳辐射试验的研究起步较晚，最初直接引用苏联和美国标准，如今，我国已制订了自己的标准，如GJB 150-86、GB 4797-1989和GB/T 2423-1995等标准中都有对太阳辐射试验方法的应用。

太阳辐射是太阳向地球传输能量的一种电磁波，由紫外线、可见光和红外线组成。当它照射在地球表面的物体上时，一般会产生两种效应—热效应和光化学效应。热效应主要是由太阳辐射能中红外光谱部分引起的，它使物体温度升高和局部过热，会造成温度敏感的元器件失效，器材结构破坏和绝缘材料过热损坏等现象；光化学效应主要是由太阳辐射能中紫外光谱部分引起的，当足够能量的紫外线照射到物体上时，便会把物体的分子离解成原子、较简单的分子或自由基，从而导致材料老化变质，使织物塑料变色；涂层开裂、粉化和变色等。

太阳辐射试验是一种人工模拟环境试验，用以评定户外无遮蔽使用和贮存的装备经受太阳辐射热和光化学作用的能力。在自然环境中，装备不仅受太阳辐射影响，

其往往同时还经受着温度、湿度和风的作用。所以在进行该试验时，还需要模拟经受的自然环境空气温度，同时也要考虑湿度和风速的影响并对其进行监测与控制。

太阳辐射试验光的辐照度量值和它的光谱分布决定了太阳辐射对装备的影响。GJB 150.7A-2009规定用最大量值为1 120 W/m2的辐照度来进行模拟，这是太阳天顶角为0时到达地球表面的总辐射量。即：水平面太阳直接辐射与天空辐射之和。

1 太阳辐射试验剪裁

进行太阳辐射试验的目的是确定太阳辐射的热效应和光化学效应对装备产生的影响。下面对GJB 150.7A-2009作简要介绍并分析应用太阳辐射试验时如何对试验程序、试验顺序以及试验条件进行剪裁。

1.1 试验项目剪裁

太阳辐射试验方法适用于在其寿命期内有可能暴露于阳光照射下的装备。处于太阳直接照射的封闭壳体内或遮盖物下的装备也会诱发出高温热效应，但这种热效应是不一样的。与太阳辐射引起的高温热效应相比，太阳辐射的热效应具有方向性，并产生热梯度。其梯度是由装备不同位置（如迎光面和背光面）吸收太阳光谱能量不同造成的。前面已经提到，太阳辐射除了会产生热效应外，还会产生光化学效应。根据装备寿命周期内是否会暴露于太阳辐射环境中，这两种效应对装备可能产生的影响等，便可以确定标准是否需要选择该试验方法。

1.2 试验程序剪裁

试验方法确定后，就要对GJB 150.7A-2009中给出的试验程序进行选择。该标准包含两个试验程序：程序Ⅰ-循环试验和程序Ⅱ-稳态试验。选择试验程序时一般应考虑下列一些因素[1]：

1）试验程序的目的；

2）产品的结构特点和热效应特点；

3）产品材料和表面的涂镀层颜色；

4）预期暴露于太阳辐射环境的持续时间；

5）预计试件出现问题的部位。

根据以上几点因素，我们便可以选择出适合特定装备的太阳辐射试验程序。见表1：

表1 太阳辐射试验程序的区别

1.3 试验条件剪裁

选定具体试验方法和相应的程序后，便可以根据有关技术文件的规定和为该程序提供的信息，确定该程序所对应的试验条件了。太阳辐射试验条件包括日循环、试验持续时间或循环数和光谱分布，还要适当考虑相对湿度和风速及试件的技术结构状态，最终得到确定的试验条件。GJB 150.7A-2009两个试验程序的试验条件如表2所示。

1.3.1 光谱分布和太阳辐照度

光谱分布和太阳辐射辐照度及其变化是固定的，一般不考虑剪裁。

1.3.2 温度日循环

根据装备寿命期中部署的地域（即所属气候类别）选择温度条件A1、A2和A3，具体如下[1]：

1）循环A1的峰值条件为1 120 W/m2和49 ℃，代表了世界范围内的最热条件，在最热地区最热月份中出现和超过这一条件的小时数不超过1 %，这些最严酷地区具有十分高的温度并伴随高强度太阳辐射，例如中国新疆的沙漠地区、北非炎热与干燥的沙漠地区、中东的部分地区、印度北部和美国的西南部地区。

2）循环A2的峰值条件为1 120 W/m2和44 ℃，代表了较不严酷的条件，其所在地区具有高温和中等偏低的湿度并伴随高强度太阳辐射，例如中国大部分地区、欧洲最南部地区、澳洲大陆的大部分地区、中南亚、非洲的北部和东部地区、北非的沿海地区、美国的南部和墨西哥的大部分地区。

3）循环A3的峰值条件为1 120W/m2和39 ℃，代表了更不严酷的条件，其所在地区在一年中至少部分时间经历中等偏高温和中等偏低湿度条件，特别代表了欧洲最南部以外的地区、加拿大、北美和澳洲大陆的南部地区。

1.3.3 试验持续时间或循环数

1）模拟热效应的太阳辐射试验应该根据受试产品达到最高响应温度所需的天数确定试验持续时间，一般为3～7个循环。即：不得少于3个循环，也不必大于7个循环。

2）模拟光化学效应试验见表2中的选择原则。

表2 程序Ⅰ-循环试验和程序Ⅱ-稳态试验确定试验条件对照表

1.4 试验顺序剪裁

若用一个试验样品进行多项环境试验，需考虑不同的试验项目排序对装备造成的影响。

通常太阳辐射试验的热效应或光化学效应可能影响材料的强度或结构，从而对后续考核装备强度或结构的环境试验造成影响；装备表面的粗糙度和颜色的改变，由于影响试验样品吸热和反射的效果，对太阳辐射试验效果也会产生影响。

GJB 150.1A-2009在确定试验顺序时也提出了两个通常情况下需要考虑的因素：

1）利用预期寿命期事件的顺序作为通用的试验顺序；

2）建立装备性能和耐久性的累积效应与试验顺序的相互关系，该试验顺序是装备按照其任务剖面经受相应应力的顺序。

在试验顺序剪裁时，应根据在一个试验样品上将进行的试验项目及其项目之间的相互影响进行综合分析确定。