舰船LED照明装置倾斜和摇摆试验的探讨

李武龙

（四川九洲光电科技股份有限公司，绵阳 621000）

引言

2009年5月25日发布的GJB 150A《军用装备实验室环境试验方法》，是现阶段我国军用装备在定型前后的通用环境试验方法，规定了各类环境下装备（产品）的试验要求，包括低气压（高度）在内的27种环境，其中倾斜和摇摆是舰船特殊的环境条件，倾斜和摇摆试验则是各类舰船装备在鉴定试验中的“必修”科目。GJB 4239中规定，在装备的论证、研制、生产和使用过程中，应对装备环境工程的各项工作实施全面管理[1]。照明装置是舰船装备中重要的组成部分，包括可视照明和信号指示。过去舰船照明装置基本采用传统光源，主要包括白炽灯、荧光灯、卤素灯等。因其产品特性需在定型前开展倾斜和摇摆试验。而随着新兴光源LED的出现，其以优越的性能越来越多应用在各类舰船照明装置中，如显控面板、舱顶灯、作战灯等。由于其发光机理和应用特性与传统光源相差很大，那么GJB 150A中规定的倾斜和摇摆试验还是否继续适用或需剪裁进行，则需要探讨分析。

1 GJB 150A.23对倾斜和摇摆试验的规定

无论舰船是在海面停泊还是航行，会受到海浪的强迫摇摆和舰船自身产生的摇摆，随着作用力产生、传递和分解，舰船本身和舰载各类设备都会受到力的作用，这种环境即为倾斜和摇摆环境。GJB 150A.23将此环境在实验室场合中规定为纵倾、横倾、纵摇和横摇四种典型状态，综合角度、周期和持续时间，则基本涵盖了试验对象的实际工作环境。倾斜和摇摆试验即为模拟舰船设备在该环境下能实现其所有预定功能特性和（或）不被破坏的能力。同时标准规定了舰船设备在开展倾斜和摇摆试验的评价（适用）范围、选择依据（时机），结合实际舰船工作的开展情况，综合如下：

1）评价（适用）范围：

①在水面舰船上使用、运输或贮存的装备；

②在潜艇中使用、运输或贮存的装备。

2）选择依据（时机）[2]：

①结构件具有旋转运动；

②存在重力不平衡运动系统；

③存在液态介质，液面位置变化而导致工作失效或外泄；

④系统内原有作用力平衡改变或破坏；

⑤润滑条件恶化（润滑不正常或有泄漏现象）；

⑥结构卡死或损坏；

⑦误动作、无接触或呆滞；

⑧指示失灵或失误；

⑨性能参数的检测结果超过有关标准或技术文件规定的允许极限；

⑩其它认为有必要开展试验的情形。

存在以上一种或多种情形时，应按标准规定确定试验程序、试验条件和试验方法来开展倾斜摇摆试验。根据标准规定，除潜艇水上航行时纵摇角度为±45 °或±60 °外，其余状态（包括水面舰船和潜艇的各类运动状态）角度范围为在（±5～±30）°之间，周期（3～14）s不等，持续时间均≥30 min，具体分类详见GJB 150A.23。

2 舰船LED照明装置倾斜和摇摆试验开展现状

舰船LED照明装置是否开展倾斜和摇摆试验，要求来自于两方面。一是订购方（有时为总体单位）通过环境分析确定装置的寿命期环境剖面和环境适应性要求，并在研制总要求或技术协议予以明确。二是虽然订购方虽然未明示，但承制方通过实际使用分析，提炼出该隐含要求，在后期的研制过程予以实施。

LED照明装置在舰船装备中属于三类以下产品，在订购协议中一般作为大宗设备的配套设施，订购方（总体单位）往往不单独拟制技术协议，即使是单独的签订的技术协议，也不是针对性的编制，通常是套用主设备协议，略作调整即可。倾斜和摇摆试验作为船口基础试验，一般不会做删减，直接保留，这样最大程度上提高了装置的环境适应性。而承制单位在对技术协议的消化时，对于倾斜和摇摆试验的要求，一般也不做特别反馈。主要原因是需要提供证据或技术报告说明不适用；同时还需更改技术协议，其流程繁琐，甚至需要两厂四方签字确认，周期较长；加之倾斜和摇摆试验在整个试验成本中占比不大。因此在研制周期紧张情况下，无论是获取证据、编写技术报告，还是后面签署技术通知单，承制单位都觉得“不划算”。况且以往的传统光源的照明装置都进行了该试验，在此情形下，LED照明装置进行倾斜和摇摆试验便“顺理成章”。

3 舰船LED照明装置倾斜和摇摆试验的适用分析

以LED作为光源的LED照明装置受现有装置的结构和接口影响，部分产品原位替换有一定困难，但随着新船的建造，应用范围正在逐步扩大。目前主要应用在数量多（耗电量大，维修保障任务重）舱顶灯、蓬顶灯、投光灯等泛光照明装置。此情形适用上文第1章第1）款中的适用范围，即在水面舰船上、在潜艇中使用、运输或贮存。说明照明装置属于倾斜和摇摆试验的对象，而是否开展试验需进一步分析其在倾斜和摇摆环境是否存在上文第1章第2）款中①～⑩的情形。

各设计选型口目前尚未在统一型谱，未如传统照明装置一样，规模化生产使用，现阶段一般是在舰船（或潜艇）中、大修或改造时陆续上舰原位替换使用或作为备品替换。所以我们在讨论LED照明装置的试验特性时，该装置是按照现有传统照明装置的外形和物理接口设计，但内部光源替换为LED，电气部分亦做了相应调整。因此无论是LED蓬顶灯，LED舱顶灯还是LED投光灯等LED照明装置其外形和安装参数均符合CB 3852相关规定（注：由于LED发光效率更高，其外形和功率可能比传统光源装置更小，但安装接口须保持一致）。

图1 是X型LED舱顶灯，用于替换C2-2腰形舱顶灯，其外形尺寸为195 mm×160 mm×49 mm，安装接口100 mm×140 mm，孔径7 mm（标准规定，C2-2腰行舱顶灯外形尺寸应＜400 mm×250 mm×200 mm，安装接口100 mm×140 mm，孔径7 mm[3]）。此形式LED舱顶灯是典型的舰船LED照明装置，其主要包括外壳、出光罩、LED光源模组、LED驱动。外壳材料由不锈钢折弯，铆接和焊接成型，刚性好，防腐性能佳；出光罩为PC吸塑成型，韧性好，抗冲击，抗老化；LED光源模组是由多颗LED灯珠贴片焊接在铝基板之上组成，固态照明，抗冲击，抗振动；LED驱动是常见的AC转DC，DC恒流输出电路，常规器件型号，可靠性高。各部件间通过紧固件链接。组装方便，连接固定可靠，适应性强。其余舰船LED照明装置均相似设计，最多拓展一些补充功能，如调光功能，聚光效果，变换色温等，整体方案构架没有变化。

图1 X型LED舱顶灯安装接口及部件构成图

据此我们可以看出，LED蓬顶灯、LED舱顶灯、LED投光灯等LED照明装置不存在旋转运动部件，如轴承；不存在重力不平衡运动系统，如陀螺仪；内部不存在液态介质，如冷却液；无润滑需求；在倾斜和摇摆极限环境下，作为刚性固定装置，系统内作用力平衡不会改变或破坏；因为没有动作单元，故无结构卡死或损坏；另外由于舰船上系统控制单元不集成在单个灯具上，故不会误动作、无接触或呆滞、无指示失灵或失误。所以在倾斜摇摆环境，LED照明装置不会触发各类失效模式，这也是固态照明的LED作为光源的重要考量，特别是舰船LED照明装置的应用。因此所以以LED为光源的照明装置，可以不进行倾斜摇摆试验。

与LED照明装置相对应的传统照明装置，其光源多采用荧光灯和白炽灯泡，由于其钨丝和玻壳的存在，避免不了抗震和防护设计，如弹性减震器、防护罩等配套零件。倾斜摇摆环境下内作用力平衡可能会被破坏，可能接触不良。因此传统照明装置进行倾斜摇摆试验的依据是充分的。

我们收集了以往各类舰船照明装置试验记录（主要是摸底和鉴定试验），以及部队使用情况，发现传统照明装置在倾斜摇摆试验出现过闪烁（灯丝接触不良）和玻壳碎裂（减震器位移过大）现象；而LED照明装置未发生任何故障情形。考虑到样本数量较大，这也进一步佐证了以LED为光源的照明装置，无须进行倾斜摇摆试验的结论。

4 结论

LED照明装置在倾斜摇摆试验中的良好性能，可减少设计人员在倾斜摇摆的环境适应性设计，不再重复试验，不仅节省了研制经费，更缩短了研制周期。承制方可在签订技术协议初期充分沟通协调，消除订购方（总体单位）顾虑。但随着LED光源替代进程的加快推进，照明装置的新功能越来越多（如带磁吸和可移动海图灯），凡在倾斜摇摆环境下存在文中的失效或影响模式，则需重新论证。技术管理应更加精细，做到开展与不开展试验，均不可一刀切。