常猛，付樹明，焦昶，姜震，閆嘉碩

（1.北京東方計(jì)量測(cè)試研究所，北京 100080；2.北京空間機(jī)電研究所，北京 100094）

隨著軍用裝備的使用性能不斷向?qū)崙?zhàn)化看齊，越來(lái)越多的裝備型號(hào)更加重視實(shí)戰(zhàn)前的試驗(yàn)考核工作。實(shí)驗(yàn)室開展的模擬試驗(yàn)作為裝備試驗(yàn)的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，在裝備的研發(fā)、鑒定、驗(yàn)收等階段發(fā)揮了重要的作用。當(dāng)前，許多應(yīng)用在戶外或其它有水環(huán)境的電子產(chǎn)品，工作或貯存時(shí)都將會(huì)受到各種水環(huán)境不同程度的影響。例如，暴雨會(huì)干擾雷達(dá)信號(hào)的傳播，損害無(wú)線電通訊，降低或削弱光學(xué)監(jiān)視；雨滴能侵蝕高速飛行的飛機(jī)的表面，降低材料的強(qiáng)度，促使金屬腐蝕，損壞表面涂層；雨水能滲透到設(shè)備內(nèi)部，使電氣或電子裝置絕緣下降，工作失常甚至失效損壞?？梢?，降雨對(duì)產(chǎn)品的影響是不容忽視的。本文將針對(duì)軍用電子產(chǎn)品經(jīng)常開展的淋雨試驗(yàn)方法開展研究，并提出中小型產(chǎn)品開展淋雨試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案，為中小型軍用電子產(chǎn)品開展淋雨試驗(yàn)提供有效的參考和依據(jù)。

1 淋雨試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)概述

淋雨試驗(yàn)主要用于檢驗(yàn)武器裝備在淋雨條件下，其外殼防止雨水滲透的能力和遭到淋雨時(shí)或之后的工作效能。淋雨試驗(yàn)可以考核軍用電子產(chǎn)品保護(hù)罩、殼體和密封墊圈等零部件防止水滲入的有效性，考核裝備暴露于水中時(shí)以及暴露之后滿足其規(guī)定性能、功能要求的能力等，進(jìn)而提高裝備的安全性、可靠性和環(huán)境適應(yīng)性等。淋雨試驗(yàn)涉及的國(guó)內(nèi)主要標(biāo)準(zhǔn)見表1。

其中GJB 150.8A-2009、GJB 150.8-1986 主要針對(duì)軍用電子設(shè)備，GB/T 2423.38-2008 針對(duì)一般的民用電子產(chǎn)品設(shè)備。當(dāng)前開展淋雨試驗(yàn)的軍用電子產(chǎn)品種類繁多、規(guī)格大小不一，絕大部分產(chǎn)品選用GJB 150.8A-2009 中的試驗(yàn)方法，本文將對(duì)該試驗(yàn)方法開展研究，并制定試驗(yàn)設(shè)備的設(shè)計(jì)方案（如表1）。

表1 標(biāo)準(zhǔn)中淋雨試驗(yàn)的條件

2 淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)現(xiàn)狀

淋雨試驗(yàn)是許多電子產(chǎn)品都需要開展的一項(xiàng)試驗(yàn)，尤其是在汽車、航海、航空等領(lǐng)域。不同的行業(yè)開展淋雨試驗(yàn)依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，試驗(yàn)開展條件也不一樣，因此，淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)也有所區(qū)別。淋雨試驗(yàn)是一項(xiàng)常規(guī)試驗(yàn)，國(guó)內(nèi)外很早就對(duì)淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)開始了研究。

2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀

20 世紀(jì)60 年代初，美國(guó)制定了美軍標(biāo)810 系列標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了開展淋雨試驗(yàn)的方法，當(dāng)前美國(guó)主要的軍用淋雨試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)為MIL-STD-810G-2008。早期的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能都相對(duì)比較簡(jiǎn)單，可靠性比較低，隨著科技的發(fā)展，淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能性能都有了很大程度的提升。當(dāng)前，國(guó)外淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)普遍采用電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化、計(jì)算機(jī)輔助制造、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試、數(shù)字信號(hào)處理、專用集成電路、表面貼裝技術(shù)等技術(shù)，系統(tǒng)主要包括電氣系統(tǒng)、水循環(huán)系統(tǒng)、噴淋系統(tǒng)、機(jī)械結(jié)構(gòu)等部分。進(jìn)行系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，首先采用科學(xué)推算的方式，綜合考慮試驗(yàn)成本和試驗(yàn)效果，利用仿真軟件設(shè)計(jì)出最佳方案；其次，搭建與試驗(yàn)實(shí)際參數(shù)一致的可視化模擬窗口，方便用戶及時(shí)獲取試驗(yàn)信息；最后，根據(jù)產(chǎn)品受試面的大小，智能化調(diào)節(jié)噴淋面積，實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)成本和試驗(yàn)效果的有機(jī)統(tǒng)一。

國(guó)外當(dāng)前的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)已經(jīng)發(fā)展相對(duì)成熟，在設(shè)備自動(dòng)化、智能化、可靠性方面已經(jīng)取得了顯著的成果，為國(guó)內(nèi)淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)的發(fā)展指明了方向。

2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)內(nèi)最初開展淋雨試驗(yàn)的對(duì)象主要為汽車，前期的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)比較簡(jiǎn)單，主要由水泵、調(diào)壓閥、管路、噴頭等組成。隨著國(guó)防軍事的需要，越來(lái)越多的軍品需要進(jìn)行淋雨試驗(yàn)，20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，我國(guó)也制定了一些與上述國(guó)外及國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)等效的淋雨試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)，具體參見表1。當(dāng)前我國(guó)的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案與國(guó)外趨于一致，試驗(yàn)系統(tǒng)搭建也基本以及成型，一些核心部件已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，系統(tǒng)性能也達(dá)到了國(guó)際水準(zhǔn)。隨著軍用裝備系統(tǒng)級(jí)、整機(jī)級(jí)鑒定/驗(yàn)收試驗(yàn)需求的不斷增多，淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)需要適應(yīng)不同大小的軍用產(chǎn)品。當(dāng)前的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)出現(xiàn)了兩級(jí)化發(fā)展，不能有效開展中型產(chǎn)品的檢測(cè)需求。未來(lái)一段時(shí)間，淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)將朝著解決中型產(chǎn)品開展試驗(yàn)的方向發(fā)展。

3 淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

3.1 系統(tǒng)組成

GJB 150.8A-2009 中包括三個(gè)試驗(yàn)程序，分別為程序I 降雨和吹雨、程序II 強(qiáng)化、程序III 滴水。降雨和吹雨、滴水試驗(yàn)項(xiàng)目中，雨滴直徑、水滴末速度要求一致，降雨和吹雨沒(méi)有降水強(qiáng)度要求，因此，這兩個(gè)項(xiàng)目的降水可以通過(guò)同一個(gè)滴水結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)，通過(guò)側(cè)向吹風(fēng)即可實(shí)現(xiàn)降雨和吹雨；強(qiáng)化試驗(yàn)有壓強(qiáng)要求，因此只能通過(guò)建設(shè)單獨(dú)的管路系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)。

3.2 硬件系統(tǒng)

淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)中硬件設(shè)計(jì)主要包括箱體、滴水裝置、強(qiáng)化裝置、風(fēng)機(jī)系統(tǒng)、供水系統(tǒng)。硬件設(shè)計(jì)的原則是在滿足標(biāo)準(zhǔn)要求的條件下降低成本、結(jié)構(gòu)合理、操作方便。

（1）箱體設(shè)計(jì)。按標(biāo)準(zhǔn)要求，滴水高度應(yīng)確保水滴的最終速度均為9m/s，忽略空氣阻力情況下自由落體公式為：

根據(jù)上述公式可得高度H=4.13m。如樣品最大規(guī)格為1m×1m×1m，滴水盤下端距樣品安裝平臺(tái)應(yīng)為5.13m?？紤]到滴水盤厚度、樣品安裝平臺(tái)的高度等，箱體內(nèi)壁高約5.8m，外壁高約6m。程序Ⅱ要求在每0.56m2接受淋雨的表面范圍內(nèi)，需在距試件表面48cm 處有一個(gè)噴嘴。考慮到大型樣品需要“地?！边\(yùn)輸才能進(jìn)出箱體，需要留出一定的操作空間，故淋雨箱內(nèi)壁寬為3.2m，深為2m，位置安排見圖1。為了避免風(fēng)道占用箱體內(nèi)空間，將風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)在箱體外。樣品放置的平臺(tái)為網(wǎng)格結(jié)構(gòu)，確保樣品表面流下來(lái)的水經(jīng)網(wǎng)格流入排水裝置，避免將樣品底部泡于水中。箱體主要分為箱架、內(nèi)壁、外壁、箱壁夾層，先焊接淋雨箱架構(gòu)，再將內(nèi)壁與外壁焊接到到箱體架構(gòu)上，夾層需選用保溫材料。

圖1 淋雨箱俯視位置圖

（2）滴水裝置。標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定了滴水盤的結(jié)構(gòu)，滴水盤和滴水針頭采用不銹鋼材料，滴水盤內(nèi)與大氣連通，不進(jìn)行加壓設(shè)計(jì)，如圖2 所示。滴水盤升降結(jié)構(gòu)包括支架、絲杠、滑杠、電機(jī)、限位開關(guān)、托軸器、推力軸承等。支架采用成品鋁合金型材，無(wú)須特殊加工；絲杠、滑杠為不銹鋼材料，絲杠直徑足夠大，保證絲杠受力強(qiáng)度。電機(jī)選擇減速電機(jī)，根據(jù)力矩確定電機(jī)型號(hào)。

圖2 滴水盤示意圖

（3）強(qiáng)化裝置。程序Ⅱ規(guī)定噴水壓強(qiáng)不小于276kPa，雨滴直徑范圍為0.5 ～4.5mm，噴淋區(qū)域?yàn)榉礁駠娏芫W(wǎng)陣或其他形式的交錯(cuò)水網(wǎng)陣，最大程度地增加噴水覆蓋區(qū)域。根據(jù)上述要求，將噴水裝置做成水管形式，噴嘴間距710mm，頂部和側(cè)面噴水裝置見圖3，其中圓形位置為噴嘴。噴嘴選用不銹鋼針頭，水管選用PVC 塑料管。噴水裝置在箱體的后側(cè)和右側(cè)，噴嘴與樣品側(cè)面距離可以通過(guò)移動(dòng)樣品位置調(diào)節(jié)，噴嘴與受試品頂部的距離通過(guò)調(diào)解噴水管高度實(shí)現(xiàn)，一次試驗(yàn)可同時(shí)考核樣品的3 個(gè)面。壓力通過(guò)壓力傳感器、水泵、流量計(jì)和電磁閥控制。

圖3 強(qiáng)化試驗(yàn)裝置噴嘴位置

（4）風(fēng)機(jī)系統(tǒng)。程序Ⅰ要求根據(jù)受試品來(lái)布置風(fēng)源位置，使雨水具有水平方向到45°的變化，并均勻地?fù)浯蛟谠嚰粋?cè)面，且水平風(fēng)速應(yīng)不小于18m/s。風(fēng)機(jī)系統(tǒng)主要包括風(fēng)機(jī)、風(fēng)速傳感器等。由于風(fēng)機(jī)的位置不易移動(dòng)，所以用調(diào)節(jié)樣品的位置來(lái)保證被試品開展試驗(yàn)的要求。風(fēng)機(jī)安裝在箱體外部，箱體側(cè)面開小孔，使吹入箱體的風(fēng)從小孔中流出，以保證吹雨的風(fēng)向。

（5）供水系統(tǒng)。供水系統(tǒng)包括儲(chǔ)水罐、供水管路、水泵、流量計(jì)、滴水盤、噴水管、排水裝置等，供水系統(tǒng)流程如圖4 所示。儲(chǔ)水罐選購(gòu)現(xiàn)有成品，流量計(jì)選用普通電磁流量計(jì)。水泵的大小需根據(jù)水壓選擇，供水管路采用普通PVC 管，在廠房外的部分做防凍處理。

圖4 供水系統(tǒng)流程圖

3.3 軟件系統(tǒng)

軟件采用PLC 語(yǔ)言編程。開機(jī)后進(jìn)行系統(tǒng)初始化設(shè)置，進(jìn)入人機(jī)交互界面，可以選擇不同的試驗(yàn)程序，隨后輸入具體的試驗(yàn)條件，如風(fēng)速、試驗(yàn)時(shí)間等，待輸入完成后可以開始試驗(yàn)，試驗(yàn)過(guò)程中交互界面將實(shí)時(shí)顯示當(dāng)前的參數(shù)值，如風(fēng)速、壓強(qiáng)等，待達(dá)到設(shè)定的時(shí)間試驗(yàn)程序自動(dòng)結(jié)束，如試驗(yàn)過(guò)程中設(shè)備有異常情況將會(huì)有報(bào)警提示，并中斷試驗(yàn)。軟件流程圖如圖5 所示。

圖5 軟件流程圖

3.4 電氣系統(tǒng)

本設(shè)計(jì)方案中涉及到的水泵、風(fēng)機(jī)、控制器、顯示屏等用電設(shè)備都統(tǒng)一接到控制柜上的電氣系統(tǒng)上，再集中從外部引電，且電氣系統(tǒng)須有漏電保護(hù)、缺相及相序保護(hù)等。漏電保護(hù)可保護(hù)線路或電動(dòng)機(jī)的過(guò)載和短路；缺相及相序保護(hù)能自動(dòng)判別相序，避免電源相序接反導(dǎo)致事故或設(shè)備損壞。

4 結(jié)語(yǔ)

本文對(duì)電子產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及方法進(jìn)行了對(duì)比及研究，并對(duì)國(guó)內(nèi)外的淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)發(fā)展情況進(jìn)行了介紹。結(jié)合國(guó)內(nèi)開展中小型軍工電子產(chǎn)品淋雨試驗(yàn)的需求，從硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等方面對(duì)中小型淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，為中小型淋雨試驗(yàn)系統(tǒng)建設(shè)提供了參考。