积冰冻雨试验设备的研制

曹志洪

（工业和信息化部电子第五研究所，广东 广州 510610）

1 引言

最近，我国很多地方都发生了冻雨天气。冻雨也叫雨凇，它在地物上冻结并积累后能压断电线，造成供电和通讯中断；严重的冻雨甚至会压塌房屋，压断树木，冻死农作物和蔬菜。另外，冻雨灾害对交通运输造成的损失也极为严重；飞机在有过冷水滴的云层中飞行时，其机翼、螺旋桨会积水，从而影响飞机空气动力性能而造成失事。

对于暴露在积冰、冻雨环境下的产品而言，则可能导致产品发生如下的物理和化学效应：1）运动部件冻结在一起；2）增加雷达天线、气动控制表面、直升机旋翼的重量；3）增加操作人员滑倒的危险；4）影响运动部件间的间隙；5）引起结构故障；6）降低冷却系统或过滤器中的气流效率；7）降低挡风玻璃和光学设备的能见度；8）因使用机械的、人工的或化学的除冰方法，可能会对产品造成某种损害；9）降低气动提升和控制表面的效率；10 ）减少飞机顺振边界。

因此，当前急待开展积冰冻雨环境试验设备的研制，以使暴露在积冰、冻雨环境下的产品可以提前进行环境试验，提高产品的可靠性。

2 设备的功用

积冰冻雨试验设备可用于确定产品能否耐受积冰、冻雨的环境，或者能否在积冰、冻雨的环境下工作，或者确定除冰设备及技术的有效性。

该设备适用于评价可能暴露于冰雨或毛毛雨所产生的积冰条件下的产品，或者由于海水溅沫或雾状物而引起冰的积聚，将对其工作性能有影响的产品。

3 设备的组成及工作原理

a）积冰冻雨设备的组成

设备主要由结构系统、制冷系统以及控制系统三部分组成。

b） 结构系统

结构系统主要由：1区（水温控制区）；2区（试验区）；3区（贮水区）组成，如图1所示。其中，水在三个区域循环，如图中箭头所示。

水温控制区的作用主要是控制贮水的温度，使水滴在下降之前就接近冰点，在试验区下降时更快地结冰，更接近模拟冻雨所形成的天气条件。其中，水温控制区内还有水搅拌系统，以保证整个区域水温的均匀性。

贮水区的主要作用是，将从水温控制区下降却还未来得及结冰的雨水收集起来循环使用。区内含有水过滤以及抽水装置。

试验区有风循环系统，保证区内温度的均匀性，同时还能促进雨水结冰。

c） 制冷系统

制冷系统由以下部分组成：压力继电器1；冷凝器2；压缩机3；油加热器4；储液器5；温控器7；毛细管8；电磁阀9；液镜10 ；蒸发器11 ；干燥过滤器12 ；避振管13 等。如图2所示。

其中，设备含两套制冷系统，一套在水温控制区，其作用是将水冷却；另一套在实验区，其作用是冷却试验区的空气温度。

图1 设备结构系统示意图

d） 控制系统

控制系统主要由控制器、继电器、接触器、温度传感器、信号系统、专用连接电缆及控制面板等组成。

e）工作原理

水温控制区里的贮水温度控制在1～3℃，试验区的空气温度控制在-10 ℃或规定的其它温度，水温控制区的水均匀地在试验区里喷洒，在一定的时间内逐渐形成冰。

图2 制冷系统图

4 试验程序的主要步骤

a）将样品的温度稳定在0～2℃，将水温控制区的水温控制在1～3℃。

b）均匀地喷洒冷水1小时。

c）调节试验区的空气温度到-10 ℃或规定的其它温度，并保持冷水的喷洒，直至样品的表面所堆积的冰达到所要求的厚度。

d）保持试验区的空气温度至少4小时以使冰硬化。

5 结束语

由于近年来冻雨天气很频繁，这必然会引起各种产品长期暴露在外，可能会遭受冻雨天气的影响而发生可靠性问题。因此，需要进行冻雨试验的产品也必然会越来越多，积冰冻雨设备的研制具有良好的应用前景。

[1]赵培娟，邵宇翔，李周，等.冻雨形成的天气条件分析[J].气象与环境科学，20 08 ，31 （4）：36 -39 ..

[2]G J B-15 0[1].22 A-20 09 ，军用装备实验室环境试验方法-第22 部分：积冰/冻雨试验[S].