車載平臺艙室溫度及其影響因素分析

朱玉琴，王曉輝，向江濤

（1.中國兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；2.環(huán)境效應(yīng)與防護重慶重點實驗室，重慶 400039）

近年來，隨著外部戰(zhàn)爭環(huán)境的嚴酷，車載平臺裝備服役地點趨于多樣化，平臺裝備內(nèi)部的人機環(huán)境也日益復(fù)雜，其直接影響乘員的作戰(zhàn)效能。關(guān)于駕駛艙及乘員艙的舒適性問題引起了研究者的廣泛關(guān)注。文獻[1-2]研究了艙內(nèi)電子設(shè)備、發(fā)動機工作狀態(tài)等對艙內(nèi)空氣溫度及對人員戰(zhàn)斗效能的影響。文獻[3-9]研究了空調(diào)、太陽輻射等對車艙內(nèi)流場及溫度場的影響，構(gòu)建了艙內(nèi)人體舒適度模型，進行了艙內(nèi)人體舒適度的評價。目前均未系統(tǒng)地分析車體結(jié)構(gòu)、空調(diào)狀態(tài)、環(huán)境溫度、太陽輻射、風(fēng)速等對艙內(nèi)溫度的影響程度，文中通過實測跑車試驗探究對車載平臺艙內(nèi)溫度的影響因素，特別是載員艙內(nèi)溫度影響因素，以此找到建立載員艙內(nèi)溫度預(yù)計模型的自變量，對車載平臺整體的人機環(huán)境分析有積極意義。

1 艙室溫度及其測定方法

艙室溫度是指艙內(nèi)空氣溫度，它隨著外界環(huán)境的改變而改變。一般做法是選擇熱區(qū)、寒區(qū)、常溫區(qū)等典型氣候環(huán)境進行車輛跑車試驗，考察外界環(huán)境對車輛內(nèi)部微環(huán)境的影響，文中選擇夏季廈門熱區(qū)進行實車測試[10]。

利用 U23-002記錄儀進行駕駛艙和載員艙溫濕度測試，利用 UX100-014M 熱電偶溫度記錄儀進行動力艙溫度測試，測試系統(tǒng)見圖1和圖2。

圖1 U23-002外置探頭溫濕度測試系統(tǒng)

圖2 UX100-014M熱電偶溫度測試系統(tǒng)

2 艙室溫度的影響因素

2.1 車體結(jié)構(gòu)

××車由駕駛艙、動力艙、載員艙組成，雙乘員駕駛艙位于車首前部，動力艙位于車輛左中部，載員艙位于車輛后部。動力艙與駕駛艙和載員艙之間設(shè)有具有隔音、隔噪、隔熱性能的隔板。在動力艙的右側(cè)設(shè)有應(yīng)急安全通道，將駕駛艙與載員艙相通。由于整體結(jié)構(gòu)分區(qū)不同且冷熱源位置不同，故駕駛艙、動力艙和載員艙內(nèi)溫度也具有明顯差異，如圖3所示。

由圖3可以看出，在跑車階段，駕駛艙空調(diào)啟開，但由于內(nèi)部空間有限，駕駛艙內(nèi)溫度維持在 35～40 ℃。動力艙由于發(fā)動機工作，因此溫度維持在80～100 ℃。載員艙空調(diào)關(guān)閉，溫度由初始的30 ℃最高升至50 ℃，載員艙溫度普遍高于駕駛艙。

圖3 各艙溫度時間歷程

2.2 空調(diào)開啟狀態(tài)

選取兩種試驗狀態(tài)，一是駕駛艙和載員艙空調(diào)均開啟，二是僅開啟駕駛艙空調(diào)，測量兩種狀態(tài)下載員艙內(nèi)溫度變化情況，如圖4所示。

圖4 載員艙內(nèi)部溫度變化

2號車駕駛艙和載員艙空調(diào)均開啟，載員艙溫度在13點左右達到44 ℃左右，其余時間段維持在24～37 ℃；4號車駕駛艙空調(diào)開啟，但由于空調(diào)功率較小，不能通過過道將載員艙溫度維持在較低水平，載員艙溫度在 14點左右升至 48 ℃左右，其余維持在44～48 ℃左右。在跑車試驗結(jié)束1天后，車輛靜止?fàn)顟B(tài)時，載員艙溫度趨于外界空氣溫度，并隨外界空氣溫度變化。

2.3 環(huán)境溫度

試驗時間從7月31日到8月2日，統(tǒng)計7月21日到8月2日共計13天的環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，樣本區(qū)間內(nèi)當(dāng)?shù)仄骄畹蜌鉁卦?24.5～27 ℃之間，平均最高氣溫在37～40 ℃之間。圖5為試驗期間環(huán)境溫度情況，圖6為跑車階段載員艙室溫度與環(huán)境溫度趨勢圖。

由圖8可知，在整個跑車階段，載員艙內(nèi)各個點溫度變化趨于一致。由于載員艙內(nèi)空調(diào)未開啟，故隨著跑車繼續(xù)，艙內(nèi)溫度繼續(xù)上升，大概范圍在43～48℃，而環(huán)境溫度大概維持在35℃左右。

2.4 太陽輻射

車輛在戶外靜止2 h，即從中午12∶00開始在太

圖5 試驗期間環(huán)境溫度變化曲線

圖6 載員艙內(nèi)各點溫度與環(huán)境溫度變化曲線

陽下暴曬，下午14∶40左右開始把駕駛艙和載員艙空調(diào)開啟最大制冷狀態(tài)，數(shù)據(jù)采集器開始工作，16∶30左右關(guān)閉空調(diào)，制冷試驗結(jié)束[11-13]。試驗結(jié)果如圖7所示。

圖7 空調(diào)開啟后載員艙室溫度變化

由圖7可以看出，在太陽下暴曬2 h 40 min后，載員艙內(nèi)溫度最高達到50 ℃左右。隨著空調(diào)開啟，艙內(nèi)溫度逐漸下降，最后維持在35 ℃左右，而空調(diào)出風(fēng)口溫度下降得最為迅速，到達26 ℃左右。

2.5 風(fēng)速

由于整個車體不完全密封，當(dāng)車輛處于跑車狀態(tài)，外界空氣流動會影響艙內(nèi)溫度變化，現(xiàn)根據(jù)采集的外界空氣風(fēng)速大小分析其對艙室溫度的影響，如圖8所示。

圖8 風(fēng)速對艙室溫度影響變化（4號車）

由圖8可知，風(fēng)速在一天中的變化規(guī)律是早上風(fēng)速較小，一般為15 m/s，下午風(fēng)速較高，高達30 m/s。由于中午時段太陽輻射最強，故艙內(nèi)溫度達到最高接近50 ℃，下午時段風(fēng)速雖然增大，但太陽輻射量降低，使得艙內(nèi)溫度也隨著降低。

3 結(jié)論

1）車輛靜止在車棚時，載員艙內(nèi)的溫度變化規(guī)律和環(huán)境溫度變化規(guī)律一致；靜止在露天時，載員艙內(nèi)的溫度高低主要由環(huán)境溫度和太陽輻射強度決定。

2）車輛發(fā)動時，載員艙內(nèi)的溫度變化主要是由環(huán)境溫度、太陽輻射以及空調(diào)制冷功率決定的。

3）載員艙內(nèi)空調(diào)開啟/關(guān)閉狀態(tài)對艙室溫度影響較大，在熱區(qū)實車測試時兩類情況載員艙溫度相差10 ℃左右。

4）太陽輻射是載員艙內(nèi)溫度升高的一大關(guān)鍵因素，正午在太陽下暴曬2 h艙室溫度可達到50 ℃。

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