一种大型整车淋雨系统设计与应用

尹东辉，盛德兵，鲁吉林，余云加，赵可沦

（1.广州广电计量检测股份有限公司，广州 510000； 2.陆军装备部装备项目管理中心，北京 100012）

前言

针对淋雨试验方法和装置的研究至今有近五十年的历史，上世纪70年代，美国、英国的军用标准就已经正式对淋雨试验进行了规定[2]。军用车辆无论是在工作状态还是贮存状态，都将不同程度地受到各种水的影响，其中受淋雨影响最为常见，由于雨水的渗透、流动、冲击和积聚，会对设备及其材料产生各种影响。开展淋雨试验，可以确定如下环境因素对装备的影响：①防止水渗入装备的保护罩、壳体和密封圈的有效性；②装备暴露于水中时以及暴露之后满足其性能要求的能力；③由于淋雨造成装备的任何物理损坏；④除水装置的有效性；⑤检验装备包装的有效性。

目前，行业内尺寸小于10 m的中小型整车淋雨装置比较常见，能满足常规民用车辆的淋雨试验要求。对于针对大型军用车辆，特别是携带特殊附属设备，需要较大展开面积的特种车辆的淋雨装置并不常见。

本文的目的，是针对大型军用车辆和特种车辆，设计一种满足GJB 150.8A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第8部分：淋雨试验》[3]、GJB 6109-2007《军用方舱通用规范》[4]和GJB 2093A-2012《军用方舱通用试验方法》[5]参数要求的淋雨试验系统。

本文通过控制系统、淋雨室尺寸、淋雨强度、水压、淋雨面等参数进行淋雨系统设计[6]。

1 设计原理

1.1 标准解读

GJB 150.8A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第8部分：淋雨试验》[3]、GJB 6109-2007《军用方舱通用规范》和GJB 2093A-2012《军用方舱通用试验方法》中关于淋雨参数的要求见表1。

1.2 设计原理

淋雨系统的设计原理，是表1中列出的试验参数为设计参数，通过变频电机驱动水泵，将蓄水池中的水抽入主管路，主管路通过阀门与各分支管路连接，分支管路与淋雨室连接。淋雨室由A区和B区组成，可以根据车辆尺寸的大小选择合适的淋雨区，也可以对拥有附属展开设备的特种车辆进行试验。淋雨室的顶面和四周壁面均布喷头，试验之后的雨水经收集过滤后流回蓄水池。

淋雨系统由淋雨室、蓄水池、过滤池、水泵、管路、阀门、压力表、流量计等设备仪器组成，系统图见图1。淋雨室包含A区和B区，A区和B区既可以联合使用，也可以分别单独使用，淋雨室效果图见图2。

2 设计方案

2.1 控制系统

控制系统由PLC、变频器、电动调节阀、压力变送器和流量计组成。通过PLC设定压力和流量参数，控制变频器调节水泵流量，同时控制各分管路电动调节阀，从而达到淋雨参数条件。控制流程图见图3。

2.2 淋雨室尺寸

为了满足公路和铁路运输要求，大部分特种车辆长度一般不超过15 m，宽度不超过4 m，高度不超过5 m，淋雨室的A区设计为15 m×5 m×6 m（长×宽×高）。小型车辆的长度一般不超过7m，为了满足小型车辆的试验或特种车辆附属设备的展开需要，B区的尺寸为7 m×4 m×6 m（长×宽×高）。淋雨室俯视图见图4所示。

表1 标准中的淋雨试验参数

图1 淋雨系统图

图2 淋雨室效果图

图3 控制流程图

2.3 淋雨强度

淋雨强度是考核被试车辆淋雨密封性的重要指标。GJB 150.8A-2009《军用装备实验室环境试验方法 第8部分：淋雨试验》：程序Ⅰ规定淋雨强度1.7 mm/min；程序Ⅱ对淋雨强度的规定为：喷嘴水压为276 kPa，和喷嘴间距71 cm；程序Ⅲ规定淋雨强度为280 L/m2/h。GJB 2093A-2012《军用方舱通用试验方法》和GJB 6109-2007《军用方舱通用规范》规定的淋雨强度为6 mm/min，本试验系统以6 mm/min的降雨强度为设计点，同时兼顾喷嘴水压276 kPa。本装置不设置吹风系统，因此不考虑GJB 150.8A-2009程序Ⅰ的满足情况。

2.4 喷嘴尺寸

GJB 150.8A-2009程序Ⅱ规定雨滴直径为0.5～4.5 mm，其他标准对雨滴尺寸未作明确要求。

按照6 mm/min的降雨强度，每个喷嘴对应流量为q，所需的总流量Q：

式中：

Q—总流量，L/min；

p—降雨强度，mm/min；

S—淋雨面积，m2；

S1—顶面淋雨面积，m2；

S2—侧面淋雨面积，m2。

p为 6 mm/min，S1为 103 m2，S2为 330 m2，由公式（3）计算得到总淋雨面积为433 m2，由公式（2）计算得到Q为2 598 L/min。根据GJB 150.8A-2009，喷嘴间隔71 cm，整个系统布置喷嘴数n为400个，由公式（1）计算得到每个喷嘴流量为6.5 L/min。喷嘴型号见表2，喷雾效果见图5。考虑到设计余量，选用φ3.2 mm孔径喷嘴。

2.5 水压

GJB 150.8A-2009程序Ⅱ规定喷嘴压力276 kPa，其他标准中对喷嘴压力未做具体要求，因此以276 kPa为压力设计点，压力范围覆盖0～600 kPa，水压通过调节阀进行调节，进水主管路和各淋雨面分管路分别设置调节阀并安装压力表。

图4 淋雨室外形俯视图

表2 喷嘴型号对照表

图5 喷嘴喷雾效果图

2.6 淋雨面

顶面和四周垂直面都设置淋雨喷嘴，喷嘴垂直于安装面，淋雨面包含顶面和四周，喷嘴喷射角60 °。

经过系统设计，淋雨装置结构图如图6所示。

3 淋雨参数验证

分别在淋雨室A区和B区水平淋雨区域内间隔1 m设置6个雨量取样点，取样点见图7，开启淋雨系统在额定参数下正常运行，在规定时间内检测到的淋雨强度见表3。

通过表3可以得出，淋雨室A区和B区的降雨强度在6.1～6.8 mm/min之间，符合设计预期。

图6 淋雨装置结构图

图7 取样点布置示意图

4 实车淋雨应用案例

某特种车辆在本淋雨装置中进行淋雨试验，如图8。试验参数为6 mm/min，淋雨面为顶面和四周侧面，试验时间1 h，考核车辆的防水性能。

试验结束后，在车厢内侧墙角处出现明显进水，如图9所示。经检查导致进水的原因为该处厢体结构焊接出现漏缝，根据淋雨试验结果，给予了整改方案。

表3 取样点降雨强度（单位：mm/min）

图8 某特种车辆淋雨试验

图9 车辆内部漏水情况

5 结束语

本文以大型整车淋雨试验为研究对象，设计一种适用于特种车辆的大面积淋雨系统，该系统具备如下参数：①淋雨室具备A区和B区两个区域，可用于具有特殊附属设备的特种车辆淋雨试验；②降雨强度设计点为6 mm/min，同时覆盖0～9.33 mm/min范围，满足大部分标准要求；③喷嘴压力设计点为276 kPa，同时水压在0～600 kPa范围内可调；④喷嘴喷射角度60 °。

考虑到本淋雨装置结构过于庞大不利于安装吹风系统，本文在设计淋雨系统时，并未考虑风速的因素，因此不满足GJB 150.8A程序Ⅰ的要求。在模拟自然环境的淋雨工况中，关于风速的影响，需要在后期的研究中作进一步探索。