電子產品淋雨試驗系統設計方法研究

常猛，付樹明，焦昶，姜震，閆嘉碩

（1.北京東方計量測試研究所，北京 100080；2.北京空間機電研究所，北京 100094）

隨著軍用裝備的使用性能不斷向實戰化看齊，越來越多的裝備型號更加重視實戰前的試驗考核工作。實驗室開展的模擬試驗作為裝備試驗的一個重要環節，在裝備的研發、鑒定、驗收等階段發揮了重要的作用。當前，許多應用在戶外或其它有水環境的電子產品，工作或貯存時都將會受到各種水環境不同程度的影響。例如，暴雨會干擾雷達信號的傳播，損害無線電通訊，降低或削弱光學監視；雨滴能侵蝕高速飛行的飛機的表面，降低材料的強度，促使金屬腐蝕，損壞表面涂層；雨水能滲透到設備內部，使電氣或電子裝置絕緣下降，工作失常甚至失效損壞?？梢?，降雨對產品的影響是不容忽視的。本文將針對軍用電子產品經常開展的淋雨試驗方法開展研究，并提出中小型產品開展淋雨試驗設備的設計方案，為中小型軍用電子產品開展淋雨試驗提供有效的參考和依據。

1 淋雨試驗標準概述

淋雨試驗主要用于檢驗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或之后的工作效能。淋雨試驗可以考核軍用電子產品保護罩、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以及暴露之后滿足其規定性能、功能要求的能力等，進而提高裝備的安全性、可靠性和環境適應性等。淋雨試驗涉及的國內主要標準見表1。

其中GJB 150.8A-2009、GJB 150.8-1986 主要針對軍用電子設備，GB/T 2423.38-2008 針對一般的民用電子產品設備。當前開展淋雨試驗的軍用電子產品種類繁多、規格大小不一，絕大部分產品選用GJB 150.8A-2009 中的試驗方法，本文將對該試驗方法開展研究，并制定試驗設備的設計方案（如表1）。

表1 標準中淋雨試驗的條件

2 淋雨試驗系統現狀

淋雨試驗是許多電子產品都需要開展的一項試驗，尤其是在汽車、航海、航空等領域。不同的行業開展淋雨試驗依據的標準不一樣，試驗開展條件也不一樣，因此，淋雨試驗系統也有所區別。淋雨試驗是一項常規試驗，國內外很早就對淋雨試驗系統開始了研究。

2.1 國外發展現狀

20 世紀60 年代初，美國制定了美軍標810 系列標準，規定了開展淋雨試驗的方法，當前美國主要的軍用淋雨試驗標準為MIL-STD-810G-2008。早期的淋雨試驗系統結構、功能都相對比較簡單，可靠性比較低，隨著科技的發展，淋雨試驗系統的結構、功能性能都有了很大程度的提升。當前，國外淋雨試驗系統普遍采用電子設計自動化、計算機輔助制造、計算機輔助測試、數字信號處理、專用集成電路、表面貼裝技術等技術，系統主要包括電氣系統、水循環系統、噴淋系統、機械結構等部分。進行系統建設時，首先采用科學推算的方式，綜合考慮試驗成本和試驗效果，利用仿真軟件設計出最佳方案；其次，搭建與試驗實際參數一致的可視化模擬窗口，方便用戶及時獲取試驗信息；最后，根據產品受試面的大小，智能化調節噴淋面積，實現試驗成本和試驗效果的有機統一。

國外當前的淋雨試驗系統已經發展相對成熟，在設備自動化、智能化、可靠性方面已經取得了顯著的成果，為國內淋雨試驗系統的發展指明了方向。

2.2 國內發展現狀

國內最初開展淋雨試驗的對象主要為汽車，前期的淋雨試驗系統比較簡單，主要由水泵、調壓閥、管路、噴頭等組成。隨著國防軍事的需要，越來越多的軍品需要進行淋雨試驗，20 世紀80 年代以來，我國也制定了一些與上述國外及國際標準等效的淋雨試驗標準，具體參見表1。當前我國的淋雨試驗系統整體設計方案與國外趨于一致，試驗系統搭建也基本以及成型，一些核心部件已經實現了國產化，系統性能也達到了國際水準。隨著軍用裝備系統級、整機級鑒定/驗收試驗需求的不斷增多，淋雨試驗系統需要適應不同大小的軍用產品。當前的淋雨試驗系統出現了兩級化發展，不能有效開展中型產品的檢測需求。未來一段時間，淋雨試驗系統將朝著解決中型產品開展試驗的方向發展。

3 淋雨試驗系統設計方案

3.1 系統組成

GJB 150.8A-2009 中包括三個試驗程序，分別為程序I 降雨和吹雨、程序II 強化、程序III 滴水。降雨和吹雨、滴水試驗項目中，雨滴直徑、水滴末速度要求一致，降雨和吹雨沒有降水強度要求，因此，這兩個項目的降水可以通過同一個滴水結構實現，通過側向吹風即可實現降雨和吹雨；強化試驗有壓強要求，因此只能通過建設單獨的管路系統實現。淋雨試驗系統主要包括硬件系統、軟件系統、電氣系統。

3.2 硬件系統

淋雨試驗系統中硬件設計主要包括箱體、滴水裝置、強化裝置、風機系統、供水系統。硬件設計的原則是在滿足標準要求的條件下降低成本、結構合理、操作方便。

（1）箱體設計。按標準要求，滴水高度應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：

根據上述公式可得高度H=4.13m。如樣品最大規格為1m×1m×1m，滴水盤下端距樣品安裝平臺應為5.13m?？紤]到滴水盤厚度、樣品安裝平臺的高度等，箱體內壁高約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，需在距試件表面48cm 處有一個噴嘴。考慮到大型樣品需要“地牛”運輸才能進出箱體，需要留出一定的操作空間，故淋雨箱內壁寬為3.2m，深為2m，位置安排見圖1。為了避免風道占用箱體內空間，將風機設計在箱體外。樣品放置的平臺為網格結構，確保樣品表面流下來的水經網格流入排水裝置，避免將樣品底部泡于水中。箱體主要分為箱架、內壁、外壁、箱壁夾層，先焊接淋雨箱架構，再將內壁與外壁焊接到到箱體架構上，夾層需選用保溫材料。

圖1 淋雨箱俯視位置圖

（2）滴水裝置。標準中規定了滴水盤的結構，滴水盤和滴水針頭采用不銹鋼材料，滴水盤內與大氣連通，不進行加壓設計，如圖2 所示。滴水盤升降結構包括支架、絲杠、滑杠、電機、限位開關、托軸器、推力軸承等。支架采用成品鋁合金型材，無須特殊加工；絲杠、滑杠為不銹鋼材料，絲杠直徑足夠大，保證絲杠受力強度。電機選擇減速電機，根據力矩確定電機型號。

圖2 滴水盤示意圖

（3）強化裝置。程序Ⅱ規定噴水壓強不小于276kPa，雨滴直徑范圍為0.5 ～4.5mm，噴淋區域為方格噴淋網陣或其他形式的交錯水網陣，最大程度地增加噴水覆蓋區域。根據上述要求，將噴水裝置做成水管形式，噴嘴間距710mm，頂部和側面噴水裝置見圖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和右側，噴嘴與樣品側面距離可以通過移動樣品位置調節，噴嘴與受試品頂部的距離通過調解噴水管高度實現，一次試驗可同時考核樣品的3 個面。壓力通過壓力傳感器、水泵、流量計和電磁閥控制。

圖3 強化試驗裝置噴嘴位置

（4）風機系統。程序Ⅰ要求根據受試品來布置風源位置，使雨水具有水平方向到45°的變化，并均勻地撲打在試件一側面，且水平風速應不小于18m/s。風機系統主要包括風機、風速傳感器等。由于風機的位置不易移動，所以用調節樣品的位置來保證被試品開展試驗的要求。風機安裝在箱體外部，箱體側面開小孔，使吹入箱體的風從小孔中流出，以保證吹雨的風向。

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

圖4 供水系統流程圖

3.3 軟件系統

軟件采用PLC 語言編程。開機后進行系統初始化設置，進入人機交互界面，可以選擇不同的試驗程序，隨后輸入具體的試驗條件，如風速、試驗時間等，待輸入完成后可以開始試驗，試驗過程中交互界面將實時顯示當前的參數值，如風速、壓強等，待達到設定的時間試驗程序自動結束，如試驗過程中設備有異常情況將會有報警提示，并中斷試驗。軟件流程圖如圖5 所示。

圖5 軟件流程圖

3.4 電氣系統

本設計方案中涉及到的水泵、風機、控制器、顯示屏等用電設備都統一接到控制柜上的電氣系統上，再集中從外部引電，且電氣系統須有漏電保護、缺相及相序保護等。漏電保護可保護線路或電動機的過載和短路；缺相及相序保護能自動判別相序，避免電源相序接反導致事故或設備損壞。

4 結語

本文對電子產品淋雨試驗標準及方法進行了對比及研究，并對國內外的淋雨試驗系統發展情況進行了介紹。結合國內開展中小型軍工電子產品淋雨試驗的需求，從硬件系統、軟件系統、電氣系統等方面對中小型淋雨試驗系統的設計方案進行了詳細的介紹，為中小型淋雨試驗系統建設提供了參考。