一種大型整車淋雨系統設計與應用

尹東輝，盛德兵，魯吉林，余云加，趙可淪

（1.廣州廣電計量檢測股份有限公司，廣州 510000； 2.陸軍裝備部裝備項目管理中心，北京 100012）

前言

針對淋雨試驗方法和裝置的研究至今有近五十年的歷史，上世紀70年代，美國、英國的軍用標準就已經正式對淋雨試驗進行了規定[2]。軍用車輛無論是在工作狀態還是貯存狀態，都將不同程度地受到各種水的影響，其中受淋雨影響最為常見，由于雨水的滲透、流動、沖擊和積聚，會對設備及其材料產生各種影響。開展淋雨試驗，可以確定如下環境因素對裝備的影響：①防止水滲入裝備的保護罩、殼體和密封圈的有效性；②裝備暴露于水中時以及暴露之后滿足其性能要求的能力；③由于淋雨造成裝備的任何物理損壞；④除水裝置的有效性；⑤檢驗裝備包裝的有效性。

目前，行業內尺寸小于10 m的中小型整車淋雨裝置比較常見，能滿足常規民用車輛的淋雨試驗要求。對于針對大型軍用車輛，特別是攜帶特殊附屬設備，需要較大展開面積的特種車輛的淋雨裝置并不常見。

本文的目的，是針對大型軍用車輛和特種車輛，設計一種滿足GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分：淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》[4]和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》[5]參數要求的淋雨試驗系統。

本文通過控制系統、淋雨室尺寸、淋雨強度、水壓、淋雨面等參數進行淋雨系統設計[6]。

1 設計原理

1.1 標準解讀

GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分：淋雨試驗》[3]、GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》和GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》中關于淋雨參數的要求見表1。

1.2 設計原理

淋雨系統的設計原理，是表1中列出的試驗參數為設計參數，通過變頻電機驅動水泵，將蓄水池中的水抽入主管路，主管路通過閥門與各分支管路連接，分支管路與淋雨室連接。淋雨室由A區和B區組成，可以根據車輛尺寸的大小選擇合適的淋雨區，也可以對擁有附屬展開設備的特種車輛進行試驗。淋雨室的頂面和四周壁面均布噴頭，試驗之后的雨水經收集過濾后流回蓄水池。

淋雨系統由淋雨室、蓄水池、過濾池、水泵、管路、閥門、壓力表、流量計等設備儀器組成，系統圖見圖1。淋雨室包含A區和B區，A區和B區既可以聯合使用，也可以分別單獨使用，淋雨室效果圖見圖2。

2 設計方案

2.1 控制系統

控制系統由PLC、變頻器、電動調節閥、壓力變送器和流量計組成。通過PLC設定壓力和流量參數，控制變頻器調節水泵流量，同時控制各分管路電動調節閥，從而達到淋雨參數條件?？刂屏鞒虉D見圖3。

2.2 淋雨室尺寸

為了滿足公路和鐵路運輸要求，大部分特種車輛長度一般不超過15 m，寬度不超過4 m，高度不超過5 m，淋雨室的A區設計為15 m×5 m×6 m（長×寬×高）。小型車輛的長度一般不超過7m，為了滿足小型車輛的試驗或特種車輛附屬設備的展開需要，B區的尺寸為7 m×4 m×6 m（長×寬×高）。淋雨室俯視圖見圖4所示。

表1 標準中的淋雨試驗參數

圖1 淋雨系統圖

圖2 淋雨室效果圖

圖3 控制流程圖

2.3 淋雨強度

淋雨強度是考核被試車輛淋雨密封性的重要指標。GJB 150.8A-2009《軍用裝備實驗室環境試驗方法 第8部分：淋雨試驗》：程序Ⅰ規定淋雨強度1.7 mm/min；程序Ⅱ對淋雨強度的規定為：噴嘴水壓為276 kPa，和噴嘴間距71 cm；程序Ⅲ規定淋雨強度為280 L/m2/h。GJB 2093A-2012《軍用方艙通用試驗方法》和GJB 6109-2007《軍用方艙通用規范》規定的淋雨強度為6 mm/min，本試驗系統以6 mm/min的降雨強度為設計點，同時兼顧噴嘴水壓276 kPa。本裝置不設置吹風系統，因此不考慮GJB 150.8A-2009程序Ⅰ的滿足情況。

2.4 噴嘴尺寸

GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規定雨滴直徑為0.5～4.5 mm，其他標準對雨滴尺寸未作明確要求。

按照6 mm/min的降雨強度，每個噴嘴對應流量為q，所需的總流量Q：

式中：

Q—總流量，L/min；

p—降雨強度，mm/min；

S—淋雨面積，m2；

S1—頂面淋雨面積，m2；

S2—側面淋雨面積，m2。

p為 6 mm/min，S1為 103 m2，S2為 330 m2，由公式（3）計算得到總淋雨面積為433 m2，由公式（2）計算得到Q為2 598 L/min。根據GJB 150.8A-2009，噴嘴間隔71 cm，整個系統布置噴嘴數n為400個，由公式（1）計算得到每個噴嘴流量為6.5 L/min。噴嘴型號見表2，噴霧效果見圖5?？紤]到設計余量，選用φ3.2 mm孔徑噴嘴。

2.5 水壓

GJB 150.8A-2009程序Ⅱ規定噴嘴壓力276 kPa，其他標準中對噴嘴壓力未做具體要求，因此以276 kPa為壓力設計點，壓力范圍覆蓋0～600 kPa，水壓通過調節閥進行調節，進水主管路和各淋雨面分管路分別設置調節閥并安裝壓力表。

圖4 淋雨室外形俯視圖

表2 噴嘴型號對照表

圖5 噴嘴噴霧效果圖

2.6 淋雨面

頂面和四周垂直面都設置淋雨噴嘴，噴嘴垂直于安裝面，淋雨面包含頂面和四周，噴嘴噴射角60 °。

經過系統設計，淋雨裝置結構圖如圖6所示。

3 淋雨參數驗證

分別在淋雨室A區和B區水平淋雨區域內間隔1 m設置6個雨量取樣點，取樣點見圖7，開啟淋雨系統在額定參數下正常運行，在規定時間內檢測到的淋雨強度見表3。

通過表3可以得出，淋雨室A區和B區的降雨強度在6.1～6.8 mm/min之間，符合設計預期。

圖6 淋雨裝置結構圖

圖7 取樣點布置示意圖

4 實車淋雨應用案例

某特種車輛在本淋雨裝置中進行淋雨試驗，如圖8。試驗參數為6 mm/min，淋雨面為頂面和四周側面，試驗時間1 h，考核車輛的防水性能。

試驗結束后，在車廂內側墻角處出現明顯進水，如圖9所示。經檢查導致進水的原因為該處廂體結構焊接出現漏縫，根據淋雨試驗結果，給予了整改方案。

表3 取樣點降雨強度（單位：mm/min）

圖8 某特種車輛淋雨試驗

圖9 車輛內部漏水情況

5 結束語

本文以大型整車淋雨試驗為研究對象，設計一種適用于特種車輛的大面積淋雨系統，該系統具備如下參數：①淋雨室具備A區和B區兩個區域，可用于具有特殊附屬設備的特種車輛淋雨試驗；②降雨強度設計點為6 mm/min，同時覆蓋0～9.33 mm/min范圍，滿足大部分標準要求；③噴嘴壓力設計點為276 kPa，同時水壓在0～600 kPa范圍內可調；④噴嘴噴射角度60 °。

考慮到本淋雨裝置結構過于龐大不利于安裝吹風系統，本文在設計淋雨系統時，并未考慮風速的因素，因此不滿足GJB 150.8A程序Ⅰ的要求。在模擬自然環境的淋雨工況中，關于風速的影響，需要在后期的研究中作進一步探索。