气候试验方法中对试验箱内风速要求的分析.pdf

第2 9 卷第3 期航天器环境工程 2 0 1 2 年月1 6S P A C E C R A F TE N V I R O N M E N TE N G I N E E R I N G3 2 3 气候试验方法中对试验箱内风速要求的分析 赵金龙 ( 中国航空综合技术研究所，北京1 0 0 0 2 8 ) 摘要：文章介绍了G J B1 5 0 A 和G B T2 4 2 3 标准中对试验箱内风速的有关要求，分析了各试验方法中规定 风速要求的目的和原理，以及G B T2 4 2 3 为减少风速对热效应影响而应用的试验方法思路，指出了目前标准实 施中试验箱选用及使用方面存在的问题并提出了一些建议。 关键词：气候环境试验；温度试验；湿热试验；风速 中图分类号：V 4 166文献标识码：A文章编号：1 6 7 3 1 3 7 9 ( 2 0 12 ) 0 3 0 3 2 3 一0 8 D o I ：1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 6 7 3 1 3 7 9 2 0 1 20 3 0 1 8 G J B1 5 0 A l l j 是一个包含有2 7 个试验方法的环 境试验系列标准，如气候试验标准、生物和化学试 验标准、动力学试验标准和综合环境试验标准等。 这些试验方法所用的试验设备产生模拟或加速应 力环境的途径多种多样，有的是用固体直接传递， 如振动冲击、加速度和结冰、冻雨试验；有的是用 液体作为介质传递或产生，如淋雨、浸渍、流体污 染试验；有的则是靠生物和化学直接、间接作用， 如霉菌、盐雾酸性大气试验；有的是靠光声物理作 用，如噪声试验和太阳辐射试验：有的是以窄气作 为介质，如温度试验。还有些试验是靠多种途径同 时作用，如太阳辐射试验依靠光和空气( 作用) ； 湿热试验依靠水汽和空气；沙尘试验依靠沙和空气 等。可以说有相当部分的气候试验方法中环境试验 条件的实现与空气流动( 即风速) 有密切关系，空 气作为一种介质既可以起到传递热量的作用，也町 以作为一种载体携带沙、尘、雨滴运动。因而，风 速在一些气候试验方法中成为一个试验条件或保 证试验温度科学合理的重要因素，这些气候试验方 法中均对其作出了一些定性或定量的规定，本文对 这些规定进行分析和讨论。 1 典型标准中对风速的要求 1 1G J B1 5 0 A 中的风速要求 G J B1 5 0 A + l 的3 个温度试验、太阳辐射试验、 湿热试验、沙尘试验、霉菌试验等均对试验箱巾的 风速作了明确的规定，如表1 所示。 表1G J B1 5 0 A 气候试验方法中对试验设备内的风速要求 1 _ a b l e1 R e q u i r e m e n t sf o rw i n dv e l o c i t yi nt e s tf a c i l i t ya c c o r d i n g t Oc l i m a t ee n v i r o n m e n tt e s ta p p r o a c hi nG J B15 0 A 标准及章节编号方法名称对试验箱风速的要求备注 除装备的平台环境己证明使用其他速度是合理 G J B1 5 0 3 A 高温试验的，并要防止在试件中产生与实际不符合的热 高、低温试验的风速要求一致。 6 1 2 传递以外，试件附近的风速应不超过1 7 m s 。 G J B1 5 0 4 A 低温试验与高温试验6 12 节相同。 6 1 2 G J B1 5 05 A 温度冲击 与高、低温试验的6 1 2 节基本相同，但将“并与美国军用标准M I L S T D 一8 1 0 F 温度冲击中的 要防止在试件中产生与实际1 i 符合的热传递说法有偏离，原文是“为了提供标准的试验条 6 2 2 试验 外”改为“并提供了规定的试验条件”。件”。 收稿日期：2 0 1 1 - 1 2 1 9 ；修回日期：2 0 1 2 0 6 0 7 作者简介：赵金龙( 1 9 8 5 一) ，男，主要从事环境和可靠性试验擞术及试验设备应用研究。E - m a i l ：z h a o j i n l o n 9 3 0 1 1 6 3 c o m 。 万方数据 3 2 4 航天器环境工程第2 9 卷 续表l 保持适当的风速是应用程序I 和I I 的关键，廊要求按达到实际最高响应温度来调节风速。 控制风速，以免试件产生小符合自然条件下的 响应温度。因此进行该试验前要确定设备在自 然条件下将经受的最高响应温度，最高响应温 度可采用现场或平台( 测得) 的数据，根据确 G J B1 5 0 7 A定的最高响应温度来调节风速。 43 6太阳辐射 6 1 1 1 a 、b试验 能够保持和监测试验要求的温度、风速和辐射要求风速在允差范围，并以适当频度监测和记 度，保证符合G J B1 5 0 1 A 中3 1 8 条规定的允差，录风速。 升对这些参数进行监控( 测) 及记录。 应考虑两种程序的风速对试件可能产生的冷却 效应。lm s 的风速就能导致温升减少2 0 以上。 要考虑风速的冷却效应，测量控制试件附近的 除另有规定外，应测量并控制试件附近的风速，风速在0 2 5 1 5m s 之间尽可能小。 使其尽可能小，通常在0 2 5 1 5r r d s 之问。 a 试件周围空气任何部位的风速应保持在0 5 风速规定与温度试验方法相比，增加了O 5r r g s 1 7 n g s 。 的下限值。 G J B1 5 0 9 A 湿热试验 6 1 3 b 流过湿球传感器的风速应不低于4 6m s ，且较以往增加了流过湿球传感器风速为4 6m s 湿球纱布应在风扇吸气一侧，以避免风扇热量的规定。 的影响。 同湿热试验中的a 条。风速规定与湿热试验基本相同。 G J B1 5 0 1 0 A 霉茼试验同湿热试验中的b 条，增加“如需要可在试件 6 1 3 周围安置折向装置或滤网”。 在没有规定值可用的情况F ，吹尘风速包括保 1 5m s 和8 9m s 成为吹尘试验的一个主要试 G J B1 5 0 1 2 A沙尘试验持试验条件所需的15m s 最低风速和8 9m s验条件，风作为载体扬起和带动尘运动作用于 4 3 ，3 5 1吹尘的典型沙漠风的较高速度。若能代表自然条件装备。 且试验箱能力允许的话也可以采用那些风速。 G J B1 5 0 1 2 A沙尘试验 除装备在现场使用中有更大的速度外，吹沙的 1 8 2 9m s 的风速成为吹沙试验的主要试验条 风速应为1 8 2 9m s ( 18m s 风速能吹动大颗粒件，风作为载体带动沙运动并撞击到装备上。 4 33 5 ，2吹沙 沙，2 9 m s 的阵风不常见) 。 G J B1 5 0 1 2 A 沙尘试验仪采用足以驱散试件上面空气中尘土的风速，O 2n a g s 风速只是扬起尘土，使其悬浮于空气中 4 3 3 5 3降尘 保证试件处的风速不超过0 2 m s 。并慢慢沉降到试件上表面。 G J B1 5 0 8 A 吹雨水平风速应不小于1 8r r d s 。模拟暴风雨的试验条件。 6 1 1 2 1 2 G B T2 4 2 3 2 1 中的风速要求 1 2 1 温度试验中的风速要求 1 ) 一般规定 众所周知，G J B1 5 0 系列标准对标于美国军用 标准体系，G B T2 4 2 3 系列标准则对标于欧洲I E C 标准体系，两者制定环境试验方法标准的思路有一 定的差别。就试验方法中的风速要求而言，G J B 1 5 0 1 3J 的温度试验标准中定量规定了试验箱中的风 速；而G B T2 4 2 3 的高、低温试验标准则是作一个 定性规定，如下所述： 试验箱( 室) 工作空问内，为能保持本标 准中所规定的温度条件及容差值，可以用强迫空气 循环来保持温度均匀。 在无强迫空气循环试验情况下，试验箱 ( 室) 与试验样品大小及其散热总量比较起来应足 够大，要大到可以模拟“自由空气条件的影响”。 用强迫空气循环的试验箱( 室) 进行试验 时，风速要尽可能低。 万方数据 第3 期赵金龙：气候试验方法中对试验箱内风速要求的分析 3 2 5 2 ) 自由空气条件 G B T 2 4 2 3 的定义 无限大空间内的条件，在该窄间内，空气的运 动只受散热试验样品本身的影响，试验样品辐射的 能量由周围空气全部吸收。 G B T 2 4 2 3 2 附录A 中规定的满足“自由空 气条件”的条件 试验样品体积等于或小于ld m 的情况下，功 率散耗等于或小于5 0W 时，任何试验样品表面与 箱壁之间的最小距离不小于1 0c m ；功率散耗大于 5 0w 而不超过1 0 0W 时，任何试验样品表面与箱 壁之间的最小距离不小于2 0C l T I 。 试验样品体积大于1d m 3 的情况下，任何试验 样品表面与箱壁之间的最小距离为1 0c m ，或者当 其单位表面面积的散热量大于G B T2 4 2 3 2 附录A 图1 中1 0 C m 对应的散热量时的更人的距离。 试验箱与试验样品的体积比不小于5 ：1 。试验 样品应尽可能地放置在试验箱( 室) 的中心，使 得试验样品任何部分与箱壁之间有足够大的空 间。 3 ) 试验方法中的考虑 非散热样品 非散热试验样品( 带负载工作时，表面温度与 周围空气温度的差值不超过5 的试验样品) 的试 验均可在能进行空气循环的试验箱中进行，其空气 循环的目的仅是使试验箱提供规定的温度条件且 其容差满足规定要求。 散热样品 对于散热试验样品，考虑到空气循环时风速 对散热样品有较大的影响，专门规定了一套试验 方法，其流程如图1 所示。从图1 可知，该方法 首先是要在常温下测量试验样品，负载工作时达 到温度稳定后，可以同时测量其表面若干点的温 度，并找出表面温度相对环境空气温度最大的温 升值。而后开动试验箱的气流循环系统、加上负 载，使试验样品再次工作并达到温度稳定，再次 测量上面各测点温度得到相对于环境空气温度最 大的温升值，并将其与上一步不通风刚测得的最 大温升值进行比较。显然，由于空气流动带走热 量，开肩气流循环系统后达到温度稳定状态时的 温升必然要小于无气流循环时的温升，如果这两 个温升差值小于3K ( 低温) 5K ( 高温) ，表明 气流对于热效应的影响不大或在允许范围内，则 不必调节试验箱循环气流的风速，直接用此试验 箱进入后面的试验步骤，即施加环境温度、待温 度稳定后进行中间检测和恢复到常温后进行最终 检测。 确I 黼麓鬻霉嚣嘉努冀爨赫嘉警鹰 程序4 程序5 看矗矗。? 酽g ；裂一+ 吾嘉 8 度记焉嘉矗鼻品畚茹；嘉 嚣值5 温升值作比较得到r 7 4 如果d r 小于3 k ( 1 匠温) 5 k ( 高温) 或小于其他 相关规范规定的温差 盏簇箍藉羹囊鼗摄差 调节气流速度保i 止其差值小于3k ( 低温) S k ( 高温) 或满足其他规范所规定的温差要求 i 竺 进行后续步骤 图1G B T 2 4 2 3 1 2 中散热试验样品的试验方法A F i g 1C o o l i n g t e s t m e t h o d A a c c o r d i n g t o G B T2 4 2 3 1 2 如果通风后使温升值的减小量达到或超过规 定值，如大于低温试验规定的3K 、高温试验规定 的5K 或者其他允许限值，则表明循环气流的风速 太大，应降低风速使其表面温升量增加。菪风速调 整能达到规范要求，则可用以该风速进行气流循环 的试验箱完成后续步骤的试验；如果仍不能达到规 范要求，则要按照能确保受试产品试验时的表面温 升与使用状态表面温升相同的试验方法B 进行试 验( 有关方法B 可参见G B2 4 2 3 T t 2 中的相应条 款和附录) 。 1 2 2 其他试验中的风速要求 G B T2 4 2 3 中其他相关试验中的风速规定如表 2 所示。 万方数据 3 2 6 航天器环境工程第2 9 卷 表2G B T2 4 2 3 一些气候试验方法对试验设备的风速要求