積冰凍雨試驗(yàn)設(shè)備的研制

曹志洪

（工業(yè)和信息化部電子第五研究所，廣東 廣州 510610）

1 引言

最近，我國很多地方都發(fā)生了凍雨天氣。凍雨也叫雨凇，它在地物上凍結(jié)并積累后能壓斷電線，造成供電和通訊中斷；嚴(yán)重的凍雨甚至?xí)核课?，壓斷樹木，凍死農(nóng)作物和蔬菜。另外，凍雨災(zāi)害對(duì)交通運(yùn)輸造成的損失也極為嚴(yán)重；飛機(jī)在有過冷水滴的云層中飛行時(shí)，其機(jī)翼、螺旋槳會(huì)積水，從而影響飛機(jī)空氣動(dòng)力性能而造成失事。

對(duì)于暴露在積冰、凍雨環(huán)境下的產(chǎn)品而言，則可能導(dǎo)致產(chǎn)品發(fā)生如下的物理和化學(xué)效應(yīng)：1）運(yùn)動(dòng)部件凍結(jié)在一起；2）增加雷達(dá)天線、氣動(dòng)控制表面、直升機(jī)旋翼的重量；3）增加操作人員滑倒的危險(xiǎn)；4）影響運(yùn)動(dòng)部件間的間隙；5）引起結(jié)構(gòu)故障；6）降低冷卻系統(tǒng)或過濾器中的氣流效率；7）降低擋風(fēng)玻璃和光學(xué)設(shè)備的能見度；8）因使用機(jī)械的、人工的或化學(xué)的除冰方法，可能會(huì)對(duì)產(chǎn)品造成某種損害；9）降低氣動(dòng)提升和控制表面的效率；10 ）減少飛機(jī)順振邊界。

因此，當(dāng)前急待開展積冰凍雨環(huán)境試驗(yàn)設(shè)備的研制，以使暴露在積冰、凍雨環(huán)境下的產(chǎn)品可以提前進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，提高產(chǎn)品的可靠性。

2 設(shè)備的功用

積冰凍雨試驗(yàn)設(shè)備可用于確定產(chǎn)品能否耐受積冰、凍雨的環(huán)境，或者能否在積冰、凍雨的環(huán)境下工作，或者確定除冰設(shè)備及技術(shù)的有效性。

該設(shè)備適用于評(píng)價(jià)可能暴露于冰雨或毛毛雨所產(chǎn)生的積冰條件下的產(chǎn)品，或者由于海水濺沫或霧狀物而引起冰的積聚，將對(duì)其工作性能有影響的產(chǎn)品。

3 設(shè)備的組成及工作原理

a）積冰凍雨設(shè)備的組成

設(shè)備主要由結(jié)構(gòu)系統(tǒng)、制冷系統(tǒng)以及控制系統(tǒng)三部分組成。

b） 結(jié)構(gòu)系統(tǒng)

結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由：1區(qū)（水溫控制區(qū)）；2區(qū)（試驗(yàn)區(qū)）；3區(qū)（貯水區(qū)）組成，如圖1所示。其中，水在三個(gè)區(qū)域循環(huán)，如圖中箭頭所示。

水溫控制區(qū)的作用主要是控制貯水的溫度，使水滴在下降之前就接近冰點(diǎn)，在試驗(yàn)區(qū)下降時(shí)更快地結(jié)冰，更接近模擬凍雨所形成的天氣條件。其中，水溫控制區(qū)內(nèi)還有水?dāng)嚢柘到y(tǒng)，以保證整個(gè)區(qū)域水溫的均勻性。

貯水區(qū)的主要作用是，將從水溫控制區(qū)下降卻還未來得及結(jié)冰的雨水收集起來循環(huán)使用。區(qū)內(nèi)含有水過濾以及抽水裝置。

試驗(yàn)區(qū)有風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)，保證區(qū)內(nèi)溫度的均勻性，同時(shí)還能促進(jìn)雨水結(jié)冰。

c） 制冷系統(tǒng)

制冷系統(tǒng)由以下部分組成：壓力繼電器1；冷凝器2；壓縮機(jī)3；油加熱器4；儲(chǔ)液器5；溫控器7；毛細(xì)管8；電磁閥9；液鏡10 ；蒸發(fā)器11 ；干燥過濾器12 ；避振管13 等。如圖2所示。

其中，設(shè)備含兩套制冷系統(tǒng)，一套在水溫控制區(qū)，其作用是將水冷卻；另一套在實(shí)驗(yàn)區(qū)，其作用是冷卻試驗(yàn)區(qū)的空氣溫度。

圖1 設(shè)備結(jié)構(gòu)系統(tǒng)示意圖

d） 控制系統(tǒng)

控制系統(tǒng)主要由控制器、繼電器、接觸器、溫度傳感器、信號(hào)系統(tǒng)、專用連接電纜及控制面板等組成。

e）工作原理

水溫控制區(qū)里的貯水溫度控制在1～3℃，試驗(yàn)區(qū)的空氣溫度控制在-10 ℃或規(guī)定的其它溫度，水溫控制區(qū)的水均勻地在試驗(yàn)區(qū)里噴灑，在一定的時(shí)間內(nèi)逐漸形成冰。

圖2 制冷系統(tǒng)圖

4 試驗(yàn)程序的主要步驟

a）將樣品的溫度穩(wěn)定在0～2℃，將水溫控制區(qū)的水溫控制在1～3℃。

b）均勻地噴灑冷水1小時(shí)。

c）調(diào)節(jié)試驗(yàn)區(qū)的空氣溫度到-10 ℃或規(guī)定的其它溫度，并保持冷水的噴灑，直至樣品的表面所堆積的冰達(dá)到所要求的厚度。

d）保持試驗(yàn)區(qū)的空氣溫度至少4小時(shí)以使冰硬化。

5 結(jié)束語

由于近年來凍雨天氣很頻繁，這必然會(huì)引起各種產(chǎn)品長期暴露在外，可能會(huì)遭受凍雨天氣的影響而發(fā)生可靠性問題。因此，需要進(jìn)行凍雨試驗(yàn)的產(chǎn)品也必然會(huì)越來越多，積冰凍雨設(shè)備的研制具有良好的應(yīng)用前景。

[1]趙培娟，邵宇翔，李周，等.凍雨形成的天氣條件分析[J].氣象與環(huán)境科學(xué)，20 08 ，31 （4）：36 -39 ..

[2]G J B-15 0[1].22 A-20 09 ，軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法-第22 部分：積冰/凍雨試驗(yàn)[S].