电子产品淋雨试验系统设计方法研究

常猛，付树明，焦昶，姜震，闫嘉硕

（1.北京东方计量测试研究所，北京 100080；2.北京空间机电研究所，北京 100094）

随着军用装备的使用性能不断向实战化看齐，越来越多的装备型号更加重视实战前的试验考核工作。实验室开展的模拟试验作为装备试验的一个重要环节，在装备的研发、鉴定、验收等阶段发挥了重要的作用。当前，许多应用在户外或其它有水环境的电子产品，工作或贮存时都将会受到各种水环境不同程度的影响。例如，暴雨会干扰雷达信号的传播，损害无线电通讯，降低或削弱光学监视；雨滴能侵蚀高速飞行的飞机的表面，降低材料的强度，促使金属腐蚀，损坏表面涂层；雨水能渗透到设备内部，使电气或电子装置绝缘下降，工作失常甚至失效损坏。可见，降雨对产品的影响是不容忽视的。本文将针对军用电子产品经常开展的淋雨试验方法开展研究，并提出中小型产品开展淋雨试验设备的设计方案，为中小型军用电子产品开展淋雨试验提供有效的参考和依据。

1 淋雨试验标准概述

淋雨试验主要用于检验武器装备在淋雨条件下，其外壳防止雨水渗透的能力和遭到淋雨时或之后的工作效能。淋雨试验可以考核军用电子产品保护罩、壳体和密封垫圈等零部件防止水渗入的有效性，考核装备暴露于水中时以及暴露之后满足其规定性能、功能要求的能力等，进而提高装备的安全性、可靠性和环境适应性等。淋雨试验涉及的国内主要标准见表1。

其中GJB 150.8A-2009、GJB 150.8-1986 主要针对军用电子设备，GB/T 2423.38-2008 针对一般的民用电子产品设备。当前开展淋雨试验的军用电子产品种类繁多、规格大小不一，绝大部分产品选用GJB 150.8A-2009 中的试验方法，本文将对该试验方法开展研究，并制定试验设备的设计方案（如表1）。

表1 标准中淋雨试验的条件

2 淋雨试验系统现状

淋雨试验是许多电子产品都需要开展的一项试验，尤其是在汽车、航海、航空等领域。不同的行业开展淋雨试验依据的标准不一样，试验开展条件也不一样，因此，淋雨试验系统也有所区别。淋雨试验是一项常规试验，国内外很早就对淋雨试验系统开始了研究。

2.1 国外发展现状

20 世纪60 年代初，美国制定了美军标810 系列标准，规定了开展淋雨试验的方法，当前美国主要的军用淋雨试验标准为MIL-STD-810G-2008。早期的淋雨试验系统结构、功能都相对比较简单，可靠性比较低，随着科技的发展，淋雨试验系统的结构、功能性能都有了很大程度的提升。当前，国外淋雨试验系统普遍采用电子设计自动化、计算机辅助制造、计算机辅助测试、数字信号处理、专用集成电路、表面贴装技术等技术，系统主要包括电气系统、水循环系统、喷淋系统、机械结构等部分。进行系统建设时，首先采用科学推算的方式，综合考虑试验成本和试验效果，利用仿真软件设计出最佳方案；其次，搭建与试验实际参数一致的可视化模拟窗口，方便用户及时获取试验信息；最后，根据产品受试面的大小，智能化调节喷淋面积，实现试验成本和试验效果的有机统一。

国外当前的淋雨试验系统已经发展相对成熟，在设备自动化、智能化、可靠性方面已经取得了显著的成果，为国内淋雨试验系统的发展指明了方向。

2.2 国内发展现状

国内最初开展淋雨试验的对象主要为汽车，前期的淋雨试验系统比较简单，主要由水泵、调压阀、管路、喷头等组成。随着国防军事的需要，越来越多的军品需要进行淋雨试验，20 世纪80 年代以来，我国也制定了一些与上述国外及国际标准等效的淋雨试验标准，具体参见表1。当前我国的淋雨试验系统整体设计方案与国外趋于一致，试验系统搭建也基本以及成型，一些核心部件已经实现了国产化，系统性能也达到了国际水准。随着军用装备系统级、整机级鉴定/验收试验需求的不断增多，淋雨试验系统需要适应不同大小的军用产品。当前的淋雨试验系统出现了两级化发展，不能有效开展中型产品的检测需求。未来一段时间，淋雨试验系统将朝着解决中型产品开展试验的方向发展。

3 淋雨试验系统设计方案

3.1 系统组成

GJB 150.8A-2009 中包括三个试验程序，分别为程序I 降雨和吹雨、程序II 强化、程序III 滴水。降雨和吹雨、滴水试验项目中，雨滴直径、水滴末速度要求一致，降雨和吹雨没有降水强度要求，因此，这两个项目的降水可以通过同一个滴水结构实现，通过侧向吹风即可实现降雨和吹雨；强化试验有压强要求，因此只能通过建设单独的管路系统实现。淋雨试验系统主要包括硬件系统、软件系统、电气系统。

3.2 硬件系统

淋雨试验系统中硬件设计主要包括箱体、滴水装置、强化装置、风机系统、供水系统。硬件设计的原则是在满足标准要求的条件下降低成本、结构合理、操作方便。

（1）箱体设计。按标准要求，滴水高度应确保水滴的最终速度均为9m/s，忽略空气阻力情况下自由落体公式为：

根据上述公式可得高度H=4.13m。如样品最大规格为1m×1m×1m，滴水盘下端距样品安装平台应为5.13m。考虑到滴水盘厚度、样品安装平台的高度等，箱体内壁高约5.8m，外壁高约6m。程序Ⅱ要求在每0.56m2接受淋雨的表面范围内，需在距试件表面48cm 处有一个喷嘴。考虑到大型样品需要“地牛”运输才能进出箱体，需要留出一定的操作空间，故淋雨箱内壁宽为3.2m，深为2m，位置安排见图1。为了避免风道占用箱体内空间，将风机设计在箱体外。样品放置的平台为网格结构，确保样品表面流下来的水经网格流入排水装置，避免将样品底部泡于水中。箱体主要分为箱架、内壁、外壁、箱壁夹层，先焊接淋雨箱架构，再将内壁与外壁焊接到到箱体架构上，夹层需选用保温材料。

图1 淋雨箱俯视位置图

（2）滴水装置。标准中规定了滴水盘的结构，滴水盘和滴水针头采用不锈钢材料，滴水盘内与大气连通，不进行加压设计，如图2 所示。滴水盘升降结构包括支架、丝杠、滑杠、电机、限位开关、托轴器、推力轴承等。支架采用成品铝合金型材，无须特殊加工；丝杠、滑杠为不锈钢材料，丝杠直径足够大，保证丝杠受力强度。电机选择减速电机，根据力矩确定电机型号。

图2 滴水盘示意图

（3）强化装置。程序Ⅱ规定喷水压强不小于276kPa，雨滴直径范围为0.5 ～4.5mm，喷淋区域为方格喷淋网阵或其他形式的交错水网阵，最大程度地增加喷水覆盖区域。根据上述要求，将喷水装置做成水管形式，喷嘴间距710mm，顶部和侧面喷水装置见图3，其中圆形位置为喷嘴。喷嘴选用不锈钢针头，水管选用PVC 塑料管。喷水装置在箱体的后侧和右侧，喷嘴与样品侧面距离可以通过移动样品位置调节，喷嘴与受试品顶部的距离通过调解喷水管高度实现，一次试验可同时考核样品的3 个面。压力通过压力传感器、水泵、流量计和电磁阀控制。

图3 强化试验装置喷嘴位置

（4）风机系统。程序Ⅰ要求根据受试品来布置风源位置，使雨水具有水平方向到45°的变化，并均匀地扑打在试件一侧面，且水平风速应不小于18m/s。风机系统主要包括风机、风速传感器等。由于风机的位置不易移动，所以用调节样品的位置来保证被试品开展试验的要求。风机安装在箱体外部，箱体侧面开小孔，使吹入箱体的风从小孔中流出，以保证吹雨的风向。

（5）供水系统。供水系统包括储水罐、供水管路、水泵、流量计、滴水盘、喷水管、排水装置等，供水系统流程如图4 所示。储水罐选购现有成品，流量计选用普通电磁流量计。水泵的大小需根据水压选择，供水管路采用普通PVC 管，在厂房外的部分做防冻处理。

图4 供水系统流程图

3.3 软件系统

软件采用PLC 语言编程。开机后进行系统初始化设置，进入人机交互界面，可以选择不同的试验程序，随后输入具体的试验条件，如风速、试验时间等，待输入完成后可以开始试验，试验过程中交互界面将实时显示当前的参数值，如风速、压强等，待达到设定的时间试验程序自动结束，如试验过程中设备有异常情况将会有报警提示，并中断试验。软件流程图如图5 所示。

图5 软件流程图

3.4 电气系统

本设计方案中涉及到的水泵、风机、控制器、显示屏等用电设备都统一接到控制柜上的电气系统上，再集中从外部引电，且电气系统须有漏电保护、缺相及相序保护等。漏电保护可保护线路或电动机的过载和短路；缺相及相序保护能自动判别相序，避免电源相序接反导致事故或设备损坏。

4 结语

本文对电子产品淋雨试验标准及方法进行了对比及研究，并对国内外的淋雨试验系统发展情况进行了介绍。结合国内开展中小型军工电子产品淋雨试验的需求，从硬件系统、软件系统、电气系统等方面对中小型淋雨试验系统的设计方案进行了详细的介绍，为中小型淋雨试验系统建设提供了参考。