军用设备淋雨环境试验技术

ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＡＰＡＰＴＡＢＩＬＩＴＹ＆ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ　ｌ环境适应性和可靠性　军用设备淋雨环境试验技术　Ｒａｉｎｉｎｇ　Ｔｅｓｔ－ｌ－ｅｃ署＿－ｎｏｌｏｇｙ　ｏｆ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓ　空军装备研究院雷达所郑州大学工程力学系　马志宏　李金国　ＭＡ　Ｚｈｉ—ｈｏｎｇ　张景飞　ＺＨＡＮＧ　Ｊ　ｉ　ｎｇ—ｆｅ　ｉ　ＬＩ　Ｊｉ　ｎ—ｇｕｏ　淋雨时或之后的工作效能“　。　（１）用以防止水渗入装备的保　摘要：淋雨试验方法是一种人工　环境试验方法。这里简要介绍了　　雨会影响许多军事活动和设备　护罩、壳体和密封垫圈的有效性；进行淋雨环境试验的目的、适用　范围及环境影响因素，并说明应　从产品使用环境、本身特点及产　品技术条件的角度出发来考虑确　定各试验参数，同时指出应根据　产品结构状态、使用目的来选择　试验程序。　关键词：淋雨试验；环境试验；　试验参数；试验程序　中图分类号：ＴＢ２４　文献标识码：Ａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｒａｉｎｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ｉｓ　ｔｈｅ　ａｒｔｉ—　ｉｆｃｉａｌ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｔｅｓｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｔｈｉｓ　ｒｅｐｏｒｔ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｐｕｒｐ０Ｓｅ，ａｄａｐｔｉｖｅ　ｓｃｏｐｅ　ａｎｄ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ　ｆａｃｔｏｒ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｒａｉｎｉｎｇ　ｔｅｓｔ　ａｎｄ　ｉｌｌｕｍｉｎａｔｅＳ　ｔｏ　ａｓｃｅｒｔａｉｎ　ｔｅｓｔＰａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｉｔｈ　ａ　ｖｉｅｗ　ｔｏ　ｕｓｅ　ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ，ｔｈｅｉｒ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃ　ａｎｄ　ｔｈｅｉｒ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｓｉｍｕｌｔａｎｅｉｔｙ　ｔｈｅ　ｒｅｐｏｒｔ　ａｌｓｏ　ｍａｋｅｓ　ｏｕｔ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｔＯ　ｓｅｌｅｅｔ　ｔｅｓｔ　ｏｒｄｅｒ　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｐｒｏｄｕｃｔ　ｆｒａｍｅｗｏｒｋ　ｓｔａｔｅ　ａｎｄ　ｕｓｅ　ｉｎｔｅｎｔｉｏｎ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ：Ｒａｉｎｉｎｇ　ｔｅｓｔ；Ｅｎｖｉｒ—　ｏｎｍｅｎｔａｌ　ｔｅｓｔ；Ｔｅｓｔ　ｐａｒａｍｅｔｅｒ；　Ｔｅｓｔ　ｏｒｄｅｒ　引言　环境影响是指环境因素对产品　产生的影响。雨淋环境是自然环境　因素，是产品必然要经受考验的外　界环境条件之一。军用设备淋雨环　境试验是一种人工环境试验方法，　它模拟的是受试设备在淋雨条件下，　其外壳防止雨水渗透的能力和遭到　的性能，雨的各种特性及其综合，　（２）装备暴露于水中及暴露后　对不同类型的设备会造成不同影响。　满足其性能要求的能力；　如暴雨会干扰雷达信号的传播，损　（３）由于淋雨造成装备的任何　害无线电通讯，影响火炮和导弹的　物理损坏；　准确性，降低或削弱光学监视；雨　（４）任何排水装置的有效性；　滴能侵蚀高速飞行的飞机和导弹的　（５）有包装的装备提供保护的　表面，雨水积存在产品表面，会降　有效性。　低材料的强度，促使金属腐蚀，损　军用设备无论是处于工作状态　坏表面涂层；雨水能渗透到设备内　还是贮存状态，其设备都将不同程　部，使电气或电子装置绝缘下降，　度的受到各种水的影响，受淋雨影　工作失常甚至失效损坏，还可能在　响最为常见，有的设备虽有防雨措　内部结冰，使零件泡胀或破裂，并　施，但也会受到上表面凝结水或泄　毁坏结构和容器内的部件　。　漏水的影响。本标准适用于在使用　或贮存条件下可能遇到淋雨情况下　１试验目的及范围　的各种军用设备。而不适用于作淋　淋雨试验方法的研究和应用至　雨腐蚀试验，也不适用于评定飞机　今已有多年历史。早在７０年代法国　挡风罩除雨机构的适应性。　航空标准、美国军用标准和英国军　用标准均正式规定了有关人工淋雨、　２淋雨环境条件　暴雨和防滴水方面的条款。８０年代　雨是液态水滴形式的沉降物。　以来，我国也制定了一些与上述国　天然雨是一种很复杂的环境因素，　外及国际标准等效的淋雨试验标准，　雨滴的形状、雨滴大小的分布、降　￣Ｉ３ＧＪＢ１５０．８《军用设备环境试验方　雨的强度、速度和冲力、雨水化合　法淋雨试验》，ＧＢ　２４２３、３８《电　物含量等都是随时间和空间而变化　工电子产品基本环境试验规程试　的，不同的降雨特性将会对军用装　验Ｒ水试验方法》等。　备产生不同程度的影响。　目前在军用标准范围内环境试　验的代表性标准是ＧＪＢ１５０《军用设　２，１雨滴形状　备环境试验方法》，淋雨试验是　雨滴的形状是由表面张力、静　ＧＪＢ１５０中规定的试验项目。本试　水压力梯度和外部的气动压力来确　验的目的是帮助确定下列与淋雨、　定的。小水滴是球形的，因为降落　水喷淋或滴水有关的环境影响：　的速度是不足以引起较大的气动压　维普资讯 http://www.cqvip.com 环境适应性和可靠性ｌ　ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＡＰＡＰＴＡＢＩＬＩＴＹ＆ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ　力的。但是，如果当量球形直径大　于１．Ｏｍｍ，雨滴在其底部变得较平，　类型　一　表１不同类型雨的雨滴直径　最大雨滴（ｍｍ）　８　５　４７　．中等雨滴（ｍｍ）　１．４　１．７　１．６　并向横向伸展。如果直径在２．Ｏｍｍ　以上，便开始出现这种扁球形波动。　所有大的雨滴几乎以一个最佳形状　活动，观察到的偏心率以直径变化，　２ｍｍ的雨滴为０．９９，６ｍｍ的雨滴为　气　候　雷阵雨　阵雨　平稳雨　温带的　热带的　般　型　４．６　７　１．Ｏ　１．８　０．７１。当风速比降雨速度大时，雨　滴形状更进一步变形。　型　混合带的　７　１７　．２．２雨滴大小和速度　通常雨中含有不同大小和不同　速度的雨滴，雨滴大小的特征主要　降雨等级　小雨　中雨　大雨　暴雨　大暴雨　表２降雨强度与雨滴直径、降雨速度关系统计表　降雨强度（ｍｍ／ｈ）　Ｏ．２５—１．ＯＯ　１．Ｏ　１５．Ｏ　４０．０　＞１００　平均雨滴尺寸（ｍｍ）　雨滴降落速度（ｍ／ｓ）　Ｏ．１～１．Ｏ　Ｏ．５～１．Ｏ　１．０—２．０　２．Ｏ　５．０　＞３．０　Ｏ．２５～Ｏ．３Ｏ　４．Ｏ　５．Ｏ　６．Ｏ　７．Ｏ　取决于大气温度与湿度的关系。这　些大气特征会导致降落的雨滴部分　汽化或全部汽化。雨滴直径的极限　范围是０．２　ｍｍ～８．Ｏｍｍ，尽管有许　多雨滴是在０．５ｍｍ以下，而这种雨　滴对于雨的强度或雨的影响都较小。　对于各种类型的雨其平均混合直径　在雨滴上的万有引力被其降雨所通　和大小分布有关，它又取决于大气　是１．７ｍｍ，不同类型雨的雨滴直径　过的空气阻力减弱，能获得一种垂　见表１。　中可达到的湿气量和大气移动的复　直向下的速度，这种速度叫极限速　杂形式，降雨强度的世界最大记录　　有代表性的计算雨滴大小公式　度，它随着雨滴的增大而增加，直　为３０ｍｍ／ｍｉｎ。是马歇尔一巴美公式：　到雨滴大到使球形开始变扁为止。　雨有多种不同的降雨强度，雨　Ｎ＝Ⅳ０　ｅｘｐ（一△Ｄ）　　（１）　当雨滴直径大于５ｍｍ时，极限速度　的分级不同，其降雨强度也不同，接近一个不变值，约为９．２ｍ／ｓ。极　它随着纬度气候和季节有很大变化。　式中Ⅳｎ为具有直径在Ｄ和　Ｄ－４－△Ｄ之间的雨滴密度数，单位　限速度随压力和温度的下降而升高。　通常，最高的降雨速率发生在雷雨　ｃｍ～。由下式给出：　雨滴的速度是根据风速而变化　和飓风型暴雨中。在雷雨中，降雨　Ａ＝３．６７／Ｄｏ＝４１Ｒ。。。　（２）　的，雨滴受到风的作用时，降落速　持续时间通常很短，一般不超过　　式中Ｒ为降雨强度，单位ｍｍ／ｈ；　度与垂直方向成一角度，其速度可　０．５ｈ，其降雨量为１２．７ｍｍ￣３８．１　Ｄ　为雨滴直径的中值，单位ｃｍ，　由下式给出：ｍｍ。降雨强度与雨滴直径关系见　近似值为０．８８。　雨滴到达地面时，一般不会出　：√　１　＋　Ｖ　为风速；　（３）　表２。　其中Ｖ为在风中雨滴的速度；　现直径大于５．５　ｍｍ～６．Ｏｍｍ的情况，　因为这种较大雨滴在通过大气降落　时就分解了，在大雨和暴雨期间会　出现直径小于０．５ｍｍ的小雨滴　。　２．４雨水的物理和化学性质　雨是水蒸气在凝结核上凝结而　Ｖ，为自由降落极限速度。　形成。在降雨期间，雨滴夹带了其　２．３降雨强度　它悬浮微粒和各种气体，所以雨水　雨滴的速度是由雨滴大小和风　降雨强度即降雨速率，用ｍｍ／ｈ　实际上是一种混合物质，该物质含　速确定的。在静止的空气中，作用　来表示。降雨强度直接与雨滴浓度　有２０％以上溶解或悬浮的固体成份　一１５一　环境技术２００７年１Ｏｎ第５期　维普资讯 http://www.cqvip.com

ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ　ＡＰＡＰＴＡＢＩＬＩＴＹ＆ＲＥＬＩＡＢＩＬＩＴＹ　Ｉ环境适应性和可靠性　以及溶解的大气污染气体。　表３雨中主要杂质浓度表　纯水的ｐＨ值为７，雨水中由于　溶解了如Ｃ０，等气体，通常为酸性　杂质　来源　地点　正常范围　（１×１０。ｍｇ／ｍ。）　（ｐＨ＝６．８～６．９）。然而，随着大　气中物质积累的增加，酸性能增加　海洋空气　０。０４￣０。２９　ＮＨ４　矿物燃料、森林、有机物的腐烂　到ＰＨ值大约为３。这些物质包括构　内陆空气　０．１０～０。７６　成地球大气的各种气体以及来自土　海洋空气　０。３￣５　壤中的尘埃、海雾和各种工业、火　ＮＯ　３　工业过程及内燃机　内陆空气　０。１０～０。６　山和有机来源的大气烟雾。　海洋空气　０。１０—０。５　雨水中某些主要的杂质及其浓　Ｃｌ　海盐、土壤颗粒　内陆空气　１～２０　度在表３中给出。靠近城市和工业　区的地方，总浓度趋于最大，这些　雨滴直径为０。‘５＂－－＇４．５　ｍｍ。　泄漏现象，对试件的防水性将提供　地方的空气污染源也最大。靠近沿　更可靠的验证，同时设备的重现性　海地区氯化物和其他盐的浓度最大，　３。３防水试验　也好，比较接近实际情况。　内陆地区氮化物浓度最大。　适用于舰载露天使用的通信设　备以及当大型受试设备，有风源的　４．２风速　３淋雨试验方法　淋雨试验不能满足试验要求时采用。　本标准在有风源的淋雨试验中　ＧＪＢ１５０．８的淋雨试验方法是我　试样样品在每０．５５ｍ　接受喷水量的　规定水平风速不小于１８ｍ／ｓ。有风　国第一个适用于陆、海、空三军的　表面范围内，至少要有一个喷嘴安　源的淋雨试验是为了模拟自然降雨　统一的淋雨试验基础标准，该标准　装在距样品表面４５０￣５００ｍｍ高度位　过程中风吹雨的情况，而大气中风　包括三种试验方法：　置上，喷嘴压力最小为３７５ｋＰａ，雨　的水平分量要比它的垂直分量大的　滴直径为２～４．５ｍｍ，以保证降雨速　多。通常所指的风速仅是水平风速，　３．１有风源的淋雨试验　率。　一般在暴雨并接近大暴雨时，其降　适用于室外使用而且设有防吹　雨强度≤１ＯＯｍｍ／ｈ，伴随着１８ｍ／ｓ的　雨保护的设备。风源相对于试验样　４试验条件的确定　风并不罕见，这种降雨强度和风速　品的方向，应使雨从水平方向变到　ＧＪＢ１５０．８的试验条件是按三种　的规律摘自美军标ＭＩＬ－ＳＴＤ－２１ＯＲ，　４５。角均匀地对试验样品一侧吹打。　不同的试验程序，即有风源的淋雨　其经验数据是在世界范围内２～２５年　在暴雨时间，高的降雨速率伴随着　试验、滴雨试验和防水性试验给出　的预期暴露测量时间而得出的，数　１８ｍ／ｓ的风速很常见，因此试验中　的。　据比较符合实际情况，因此除非另　水平风速不小于１８ｍ／ｓ。降雨速度为　有规定或者已规定了稳态条件外，　ｌＯｃｍ／ｈ，雨滴直径为０．５～４．５　ｍｍ。　４．１试验样品温度的规定　本标准在有风源的淋雨试验中规定　试验前试样的温度至少要高于雨水　经验表明，试件和雨水间的温　水平风速不小于１８ｍ／ｓ。　温度１０℃。　差能影响淋雨试验的结果。本试验　方法中规定试验样品温度在每３０ｍｉｎ　４　３水质要求及雨滴直径　３．２滴雨试验　淋雨试验开始时至少比试验用水温　本标准中规定试验用水若无特　适用于可能受到垂直降落滴水　度高１０￣Ｃ。这样试验样品内部相对　殊要求和规定，可用当地水源的水，　的产品。试验样品处于工作状态，使　于外面水的温度来讲产生一个负压　但最好是用清洁的自来水。为便于　其受到从１ｍ高处并以均匀速度落下　差，即样品内部压力低于水的压力，　检查渗水部位和分析水的渗漏情况，　的雨淋。滴水量不小于２８０＿＋ｏ３Ｏ堙／ｍ　ｈ，　用此负压差原理能有效检查样品的　可在水中加入适量的水溶性染料，　（下转第５２页）　ＤＥＣ　２００７　Ｎ０　５　ＥＭ　∞Ｍ　册ｆ　７ＥｃＪ　岣ＧｙＭ＾ＧＡｚ￣『Ｅ一１　６—　维普资讯 http://www.cqvip.com

５结论　通过使用基于可靠性的方法和　对失效机理的深入了解，可以对产　参考文献　与技巧》第二版，作者Ｂｉｌｌｉｎｔｏｎ　Ｒ．，Ａｌｌａｎ，Ｒ．，出版社：Ｐｌｅｎｕｍ　［１】《可靠性工程》，作者：Ｅｌｓａｙｅｄ，　Ｅ．，出版社：ＡｄｄｉｓｏｎＷｅｓｌｅｙ　Ｌｏｎｇｍａｎ，１９９６年　Ｐｒｅｓｓ，１９９２年　品进行定量的寿期评估。这种方法　［４】《加速老化测试：静态模型、测　试计划与数据分析》，作者：　Ｎｅｌｓｏｎ，ｗ．，出版社：Ｊｏｈｎ　Ｗｉｌｅｙ　２】《故障模式及影响分析基础》，　提供了一种验证产品在其寿期内性　［能的科学有效的方法，从而有助于　人们进行正确的产品设计。　作者：ＭｃＤｅｒｍｏｔｔ，Ｒ．，Ｍｉｋｕｌａｋ，　Ｒ．，Ｂｅａｕｒｅｇａｒｄ，Ｍ．，出版社Ｐｒｏ—　ａｎｄ　Ｓｏｎｓ，１９９０年　［５】《可靠性的应用》第二版，作者：　Ｔｏｂｉａｓ，Ｐ．，Ｔｒｉｎｄａｄｅ，Ｄ．，出版社：　ｄｕｃｔｉｖｉｔｙ，１　９９６年　［３】《工程系统的可靠性评估：概念　Ｃｈａｐｍａｎ　ａｎｄ　Ｈａｌｌ／ＣＲＣ，１９９５年　上接第１６页　如荧光素、荧光粉等物。　本标准中规定的雨滴直径范围　选用防水性试验程序。　为０．５ｍｍ￣４．５ｍｍ。直径小于０．５ｍｍ　６结束语　的小液滴形成的是雾或毛毛雨，这　环境试验总的发展动向是力求　种毛毛雨对于降雨的强度和产品的　模拟真实环境，使试验结果与实际　影响都较小；而直径超过４．５ｍｍ的　环境影响相一致，而淋雨试验中降　雨滴在所观测到的雨滴中仅占１　，　雨强度、水平风速及雨滴直径的模　不常见，所以本标准中规定的雨滴　拟是关键。　直径范围是实际降雨最常遇到的情　况，和美军标８１０Ｃ、８１０Ｄ一致。　对试件进行淋雨环境试验，是　用以确定、评价军用设备外壳和密　封件在试验后或在试验期间能否保　５试验程序的选择　证设备的良好工作性能。掌握好淋　ＧＪＢ１５０．８的淋雨试验方法根据　雨试验的一般原理和试验技术，有　受试设备安装部位和使用场所分为　助于根据不同的产品和试验目的而　　三种试验程序。试验前应根据受试　正确地选择试验方法和试验设备，设备的结构状态、使用目的，确定　以此提高军用装备对环境的适应性　　其适用的试验程序，对受试设备要　及可靠性。选择预期最严酷的暴露程序。　具体选择如下：　户外使用且没有防雨保护措施　参考文献　１】孔庆华，柏丽敏，陆肇达　汽车淋　的设备，要选用有风源的淋雨试验　［雨试验装置的参数化设计与仿真　程序；　Ⅱ】．森林工程，２００６，２２（１）：１２－１５　般能防雨，但可能会受到冷　一［２】ＧＪＢ　１５０　８—８６《军用设备环境　试验方法淋雨试验》［ｓ】　作者简介：马志宏（１９７５一），男，　山西朔州人，空军装备环境与可靠　凝或上表面泄漏而产生的水滴影响　的设备，要选用滴雨试验程序；　大型设备，如车辆、火炮、地　面导航设备等，由于体积大不适合　性试验中心，博士，工程师，从事　　采用有风源的淋雨试验程序，则要　装备环境与可靠性试验与研究工作。