通信指揮方艙取暖試驗(yàn)方法優(yōu)化研究

秦超，王永順，趙寶祿，肖小明

（軍事科學(xué)院系統(tǒng)工程研究院 環(huán)境與可靠性試驗(yàn)室，河北 涿州 072750）

現(xiàn)在的通指車輛車廂取暖指標(biāo)測試方法都是按照 GJB 219B—2005《軍用通信車通用規(guī)范》規(guī)定[1]的要求進(jìn)行，在完成-40 ℃低溫貯存和工作試驗(yàn)后，再將環(huán)境溫度升至-30 ℃進(jìn)行取暖測試（在環(huán)境溫度-30 ℃條件下，由暖風(fēng)機(jī)等設(shè)備將艙內(nèi)溫度在規(guī)定時(shí)間內(nèi)由-30 ℃升至 0 ℃進(jìn)行評價(jià)）。也就是說，通指車輛低溫試驗(yàn)時(shí)，在-40 ℃（或其他溫度點(diǎn)）溫度點(diǎn)測試結(jié)束后，還要將環(huán)境溫度變化到-30 ℃測試車廂的取暖性能。由于該測試項(xiàng)目只是簡單的指標(biāo)測試，為提高測試效率，節(jié)約成本，研究者們希望能將車廂取暖溫度測試點(diǎn)調(diào)整至-40 ℃與車輛功能一塊測試或調(diào)整至其他溫度點(diǎn)進(jìn)行測試。若要調(diào)整溫度點(diǎn)，兩種環(huán)境溫度下的升溫曲線必須相吻合。

2018年，在GJB 219B—2005修訂時(shí)，希望將車廂取暖指標(biāo)測試的溫度測試點(diǎn)調(diào)整至-40 ℃，與車輛功能一塊測試，或調(diào)整至常溫點(diǎn)進(jìn)行測試，但大會(huì)未能通過審查。原因是在標(biāo)準(zhǔn)修訂評審大會(huì)上，專家對在沒有任何依據(jù)情況下憑經(jīng)驗(yàn)將溫度測試點(diǎn)從-30 ℃修改到-40 ℃存在質(zhì)疑，且當(dāng)時(shí)也沒有其他參考資料。故正在履行審批程序的 GJB 219C—XXXX仍然沿用了GJB 219B—2005相關(guān)的內(nèi)容，且仍然保留了原來的試驗(yàn)方法。

在上述背景下，為更加科學(xué)地進(jìn)行環(huán)境試驗(yàn)，節(jié)省試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)效率，節(jié)約試驗(yàn)成本，在貼近實(shí)際使用的基礎(chǔ)上，申報(bào)了該方面的課題進(jìn)行專門研究。經(jīng)過近一年的調(diào)研、環(huán)境試驗(yàn)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)分析、理論分析和試驗(yàn)驗(yàn)證等，取得了滿意的研究結(jié)果。相信本研究結(jié)論對GJB 219B—2005車廂取暖試驗(yàn)方法測試用溫度點(diǎn)的修訂能起到一定的技術(shù)支撐和參考。

1 理論分析

1）物體升溫所吸收的熱量：

式中：Q為物體吸收的熱量；C為物體的比熱容；m為物體的質(zhì)量；(t1-t2)為物體的溫度變化值。

從式（1）可以看出，物質(zhì)吸收和放出熱量的多少只由物體的質(zhì)量、物體比熱容和物體溫度的變化量這3個(gè)量的乘積決定，跟物體的溫度的高低無關(guān)，也與環(huán)境溫度等因素?zé)o關(guān)。也就是說，一個(gè)物體從一個(gè)溫度升至另一個(gè)溫度，吸收的熱量只與溫差有關(guān)。

2）燃料燃燒釋放熱量：

式中：q為燃料熱值；m為燃料質(zhì)量。從式（2）可以看出，熱風(fēng)機(jī)燃料燃燒釋放的熱量只與燃料的質(zhì)量和燃燒值有關(guān)，與環(huán)境溫度等因素?zé)o關(guān)。

3）艙壁傳熱速率：

式中：λ為傳熱系數(shù)；A為傳熱面積；dt/dx為溫度梯度。可以看出艙壁導(dǎo)熱速率與溫度無關(guān)，只與溫度梯度（溫差）有關(guān)。

另外，由于暖風(fēng)機(jī)是在-40 ℃可以工作的設(shè)備，不存在-30 ℃可工作而-40 ℃或其他合理溫度下不能工作情況。理論分析表明，在加熱措施、升溫設(shè)備、材料等條件一致情況下，溫升值只與溫差有關(guān)。

2 試驗(yàn)驗(yàn)證

2.1 驗(yàn)證方案

在考慮試驗(yàn)成本和數(shù)據(jù)有效性的情況下，課題組分別選擇了1輛方艙通信車和1輛方艙指揮車作為樣本，進(jìn)行理論驗(yàn)證測試。環(huán)境溫度變化曲線見圖1。測試條件如下所述。

圖1 XXX型方艙溫升曲線Fig.1 Temperature rise curves of XXX-type shelter: a) command vehicle; b) communication vehicle

1）在試驗(yàn)箱開放狀態(tài)下放置10 h后測試。常溫（16 ℃）下測試 2次，-30、-40 ℃環(huán)境下各測試 1次。

2）溫度變化與保持。環(huán)境升、降溫速率不大于3 ℃/min，從常溫降至到-31 ℃，在艙內(nèi)平均溫度達(dá)-30 ℃并保持0.5 h后，調(diào)整環(huán)境溫度為-30 ℃，并恒溫保持2 h，然后開始測試。-30 ℃降至-41 ℃，在艙內(nèi)平均溫度達(dá)－40 ℃保持0.5 h后，調(diào)整環(huán)境溫度為-40 ℃，并恒溫保持2 h，然后開始測試。

3）記錄艙內(nèi)溫度變化值；

4）加熱計(jì)時(shí)。測試時(shí)，首先關(guān)閉門窗，然后啟動(dòng)暖風(fēng)機(jī)，再從監(jiān)控溫度探頭檢測到溫度升高時(shí)開始計(jì)時(shí)，5 s記錄一個(gè)數(shù)據(jù)。

5）由于車廂內(nèi)部前后空間不勻稱，在按照 GJB 219B—2005要求布置溫度探頭方法的基礎(chǔ)上，為取得更多可靠數(shù)據(jù)，將溫度探頭增加至9個(gè)，平均分布在車廂合適位置。

6）利用記錄的測試溫度值，畫出同一個(gè)車輛在不同環(huán)境溫度下的升溫值與時(shí)間的關(guān)系曲線，并進(jìn)行比較。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)共記錄有8組數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)約23 040個(gè)。常溫結(jié)果驗(yàn)證失敗。試驗(yàn)過程中，由于暖風(fēng)機(jī)有溫度保護(hù)措施，致使常溫測試時(shí)艙內(nèi)溫度超過保護(hù)值，暖風(fēng)機(jī)出現(xiàn)保護(hù)現(xiàn)象。在2次常溫測試過程中，指揮車上暖風(fēng)機(jī)均出現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)保護(hù)現(xiàn)象，致使采集的溫度數(shù)據(jù)不能與低溫下有效比較。另外，通信車上暖風(fēng)機(jī)在車內(nèi)環(huán)境溫度高于一定值時(shí)也出現(xiàn)了溫度保護(hù)現(xiàn)象。現(xiàn)場表現(xiàn)為暖風(fēng)機(jī)供油頻率降低，相應(yīng)制熱速度減緩，致使采集的溫度數(shù)據(jù)也不能與低溫下有效比較。

低溫試驗(yàn)結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果基本一致，測試結(jié)果見表1。由表1可以看出，在-30、-40 ℃兩種環(huán)境下，在60、65、70 min，指揮車的溫升測試結(jié)果分別相差0.0328、0.0097、0.1201 ℃；通信車的溫升測試結(jié)果分別相差0.0736、0.1945、0.1111 ℃。由于本試驗(yàn)溫度的不確定度為0.6 ℃，數(shù)據(jù)曲線表明，在-30、-40 ℃環(huán)境下方艙內(nèi)的溫升曲線基本吻合，試驗(yàn)效果基本一致。

表1 車廂溫升最終測試結(jié)果Tab.1 Final test results of Communication command shelter temperature rise

3 結(jié)論

-30、-40 ℃環(huán)境中分別對同一車廂進(jìn)行升溫，在前70 min時(shí)間內(nèi)，車廂內(nèi)溫度變化曲線基本一致。在升溫60、65、70 min時(shí)間點(diǎn)的升溫值基本相同，即兩種環(huán)境溫度下的升溫試驗(yàn)測試結(jié)果基本相同。

測試結(jié)果表明，在車廂升溫試驗(yàn)中，對于同一個(gè)指揮、通信車輛，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，車廂內(nèi)外溫差變化值幾乎相同（在暖風(fēng)機(jī)不保護(hù)情況下）。也就是說，對于同一車輛，可以將環(huán)境溫度-30 ℃下測試的車廂溫升指標(biāo)調(diào)整到-40 ℃環(huán)境中測試。