艦船LED照明裝置傾斜和搖擺試驗的探討

李武龍

（四川九洲光電科技股份有限公司，綿陽 621000）

引言

2009年5月25日發布的GJB 150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》，是現階段我國軍用裝備在定型前后的通用環境試驗方法，規定了各類環境下裝備（產品）的試驗要求，包括低氣壓（高度）在內的27種環境，其中傾斜和搖擺是艦船特殊的環境條件，傾斜和搖擺試驗則是各類艦船裝備在鑒定試驗中的“必修”科目。GJB 4239中規定，在裝備的論證、研制、生產和使用過程中，應對裝備環境工程的各項工作實施全面管理[1]。照明裝置是艦船裝備中重要的組成部分，包括可視照明和信號指示。過去艦船照明裝置基本采用傳統光源，主要包括白熾燈、熒光燈、鹵素燈等。因其產品特性需在定型前開展傾斜和搖擺試驗。而隨著新興光源LED的出現，其以優越的性能越來越多應用在各類艦船照明裝置中，如顯控面板、艙頂燈、作戰燈等。由于其發光機理和應用特性與傳統光源相差很大，那么GJB 150A中規定的傾斜和搖擺試驗還是否繼續適用或需剪裁進行，則需要探討分析。

1 GJB 150A.23對傾斜和搖擺試驗的規定

無論艦船是在海面停泊還是航行，會受到海浪的強迫搖擺和艦船自身產生的搖擺，隨著作用力產生、傳遞和分解，艦船本身和艦載各類設備都會受到力的作用，這種環境即為傾斜和搖擺環境。GJB 150A.23將此環境在實驗室場合中規定為縱傾、橫傾、縱搖和橫搖四種典型狀態，綜合角度、周期和持續時間，則基本涵蓋了試驗對象的實際工作環境。傾斜和搖擺試驗即為模擬艦船設備在該環境下能實現其所有預定功能特性和（或）不被破壞的能力。同時標準規定了艦船設備在開展傾斜和搖擺試驗的評價（適用）范圍、選擇依據（時機），結合實際艦船工作的開展情況，綜合如下：

1）評價（適用）范圍：

①在水面艦船上使用、運輸或貯存的裝備；

②在潛艇中使用、運輸或貯存的裝備。

2）選擇依據（時機）[2]：

①結構件具有旋轉運動；

②存在重力不平衡運動系統；

③存在液態介質，液面位置變化而導致工作失效或外泄；

④系統內原有作用力平衡改變或破壞；

⑤潤滑條件惡化（潤滑不正常或有泄漏現象）；

⑥結構卡死或損壞；

⑦誤動作、無接觸或呆滯；

⑧指示失靈或失誤；

⑨性能參數的檢測結果超過有關標準或技術文件規定的允許極限；

⑩其它認為有必要開展試驗的情形。

存在以上一種或多種情形時，應按標準規定確定試驗程序、試驗條件和試驗方法來開展傾斜搖擺試驗。根據標準規定，除潛艇水上航行時縱搖角度為±45 °或±60 °外，其余狀態（包括水面艦船和潛艇的各類運動狀態）角度范圍為在（±5～±30）°之間，周期（3～14）s不等，持續時間均≥30 min，具體分類詳見GJB 150A.23。

2 艦船LED照明裝置傾斜和搖擺試驗開展現狀

艦船LED照明裝置是否開展傾斜和搖擺試驗，要求來自于兩方面。一是訂購方（有時為總體單位）通過環境分析確定裝置的壽命期環境剖面和環境適應性要求，并在研制總要求或技術協議予以明確。二是雖然訂購方雖然未明示，但承制方通過實際使用分析，提煉出該隱含要求，在后期的研制過程予以實施。

LED照明裝置在艦船裝備中屬于三類以下產品，在訂購協議中一般作為大宗設備的配套設施，訂購方（總體單位）往往不單獨擬制技術協議，即使是單獨的簽訂的技術協議，也不是針對性的編制，通常是套用主設備協議，略作調整即可。傾斜和搖擺試驗作為船口基礎試驗，一般不會做刪減，直接保留，這樣最大程度上提高了裝置的環境適應性。而承制單位在對技術協議的消化時，對于傾斜和搖擺試驗的要求，一般也不做特別反饋。主要原因是需要提供證據或技術報告說明不適用；同時還需更改技術協議，其流程繁瑣，甚至需要兩廠四方簽字確認，周期較長；加之傾斜和搖擺試驗在整個試驗成本中占比不大。因此在研制周期緊張情況下，無論是獲取證據、編寫技術報告，還是后面簽署技術通知單，承制單位都覺得“不劃算”。況且以往的傳統光源的照明裝置都進行了該試驗，在此情形下，LED照明裝置進行傾斜和搖擺試驗便“順理成章”。

3 艦船LED照明裝置傾斜和搖擺試驗的適用分析

以LED作為光源的LED照明裝置受現有裝置的結構和接口影響，部分產品原位替換有一定困難，但隨著新船的建造，應用范圍正在逐步擴大。目前主要應用在數量多（耗電量大，維修保障任務重）艙頂燈、蓬頂燈、投光燈等泛光照明裝置。此情形適用上文第1章第1）款中的適用范圍，即在水面艦船上、在潛艇中使用、運輸或貯存。說明照明裝置屬于傾斜和搖擺試驗的對象，而是否開展試驗需進一步分析其在傾斜和搖擺環境是否存在上文第1章第2）款中①～⑩的情形。

各設計選型口目前尚未在統一型譜，未如傳統照明裝置一樣，規模化生產使用，現階段一般是在艦船（或潛艇）中、大修或改造時陸續上艦原位替換使用或作為備品替換。所以我們在討論LED照明裝置的試驗特性時，該裝置是按照現有傳統照明裝置的外形和物理接口設計，但內部光源替換為LED，電氣部分亦做了相應調整。因此無論是LED蓬頂燈，LED艙頂燈還是LED投光燈等LED照明裝置其外形和安裝參數均符合CB 3852相關規定（注：由于LED發光效率更高，其外形和功率可能比傳統光源裝置更小，但安裝接口須保持一致）。

圖1 是X型LED艙頂燈，用于替換C2-2腰形艙頂燈，其外形尺寸為195 mm×160 mm×49 mm，安裝接口100 mm×140 mm，孔徑7 mm（標準規定，C2-2腰行艙頂燈外形尺寸應＜400 mm×250 mm×200 mm，安裝接口100 mm×140 mm，孔徑7 mm[3]）。此形式LED艙頂燈是典型的艦船LED照明裝置，其主要包括外殼、出光罩、LED光源模組、LED驅動。外殼材料由不銹鋼折彎，鉚接和焊接成型，剛性好，防腐性能佳；出光罩為PC吸塑成型，韌性好，抗沖擊，抗老化；LED光源模組是由多顆LED燈珠貼片焊接在鋁基板之上組成，固態照明，抗沖擊，抗振動；LED驅動是常見的AC轉DC，DC恒流輸出電路，常規器件型號，可靠性高。各部件間通過緊固件鏈接。組裝方便，連接固定可靠，適應性強。其余艦船LED照明裝置均相似設計，最多拓展一些補充功能，如調光功能，聚光效果，變換色溫等，整體方案構架沒有變化。

圖1 X型LED艙頂燈安裝接口及部件構成圖

據此我們可以看出，LED蓬頂燈、LED艙頂燈、LED投光燈等LED照明裝置不存在旋轉運動部件，如軸承；不存在重力不平衡運動系統，如陀螺儀；內部不存在液態介質，如冷卻液；無潤滑需求；在傾斜和搖擺極限環境下，作為剛性固定裝置，系統內作用力平衡不會改變或破壞；因為沒有動作單元，故無結構卡死或損壞；另外由于艦船上系統控制單元不集成在單個燈具上，故不會誤動作、無接觸或呆滯、無指示失靈或失誤。所以在傾斜搖擺環境，LED照明裝置不會觸發各類失效模式，這也是固態照明的LED作為光源的重要考量，特別是艦船LED照明裝置的應用。因此所以以LED為光源的照明裝置，可以不進行傾斜搖擺試驗。

與LED照明裝置相對應的傳統照明裝置，其光源多采用熒光燈和白熾燈泡，由于其鎢絲和玻殼的存在，避免不了抗震和防護設計，如彈性減震器、防護罩等配套零件。傾斜搖擺環境下內作用力平衡可能會被破壞，可能接觸不良。因此傳統照明裝置進行傾斜搖擺試驗的依據是充分的。

我們收集了以往各類艦船照明裝置試驗記錄（主要是摸底和鑒定試驗），以及部隊使用情況，發現傳統照明裝置在傾斜搖擺試驗出現過閃爍（燈絲接觸不良）和玻殼碎裂（減震器位移過大）現象；而LED照明裝置未發生任何故障情形。考慮到樣本數量較大，這也進一步佐證了以LED為光源的照明裝置，無須進行傾斜搖擺試驗的結論。

4 結論

LED照明裝置在傾斜搖擺試驗中的良好性能，可減少設計人員在傾斜搖擺的環境適應性設計，不再重復試驗，不僅節省了研制經費，更縮短了研制周期。承制方可在簽訂技術協議初期充分溝通協調，消除訂購方（總體單位）顧慮。但隨著LED光源替代進程的加快推進，照明裝置的新功能越來越多（如帶磁吸和可移動海圖燈），凡在傾斜搖擺環境下存在文中的失效或影響模式，則需重新論證。技術管理應更加精細，做到開展與不開展試驗，均不可一刀切。