裝甲車輛空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)及指標(biāo)體系研究

冷曉艷，李 靜，張海川，牛 茹

（解放軍63961 部隊(duì)，北京 100012）

0 引言

裝甲車輛按用途可分為突擊戰(zhàn)斗車輛（如坦克、步兵戰(zhàn)車、裝甲輸送車等）、火力支援車輛（如自行反坦克炮、自行榴彈炮、自行加榴炮、自行迫榴炮、自行高炮、自行火箭炮、防空導(dǎo)彈發(fā)射車、反坦克導(dǎo)彈發(fā)射車等）和偵察指揮車輛（如裝甲偵察車、裝甲指揮車、裝甲通信車等）等，現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)上，由于作戰(zhàn)縱深大、火力密度強(qiáng)，原來(lái)沒(méi)有裝甲防護(hù)的車輛也有裝甲化趨勢(shì)，使裝甲車輛種類不斷增加［1］。裝甲車輛的基體大多由金屬材料構(gòu)成，比熱小、導(dǎo)熱快，車輛內(nèi)部溫度受外部環(huán)境溫度和太陽(yáng)輻射的影響較大。當(dāng)外部溫度在35℃時(shí)，裝甲車輛艙內(nèi)溫度可達(dá)50℃以上，遠(yuǎn)超人體最舒適溫度（約為33℃～34℃）［2］。從人機(jī)工效角度考慮，給車內(nèi)乘員提供舒適的工作環(huán)境，對(duì)提高戰(zhàn)斗力有重要作用。此外，一些電子設(shè)備對(duì)工作環(huán)境溫度也有較高要求。因此，裝甲車輛配備空調(diào)極具必要性，能夠改善坦克、步兵戰(zhàn)車、自行火炮等各類裝甲車輛的溫度環(huán)境條件，對(duì)提高乘員作業(yè)效能、保證艙內(nèi)設(shè)備正常高效工作有重要作用。在此背景下，研究裝甲車輛空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)和指標(biāo)體系，對(duì)提高裝甲車輛空調(diào)質(zhì)量和裝甲車輛空調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)化、系列化、通用化水平具有重要意義。

1 裝甲車輛空調(diào)技術(shù)特點(diǎn)

1.1 裝甲車輛空調(diào)分類

裝甲車輛空調(diào)的溫度調(diào)節(jié)方式一般為單冷式?？照{(diào)熱泵因制冷劑特性在零下10℃的環(huán)境溫度下效果差，能效比低，頻繁除霜，造成車內(nèi)溫度范圍波動(dòng)大。且電加熱的用電功耗大，對(duì)車輛電網(wǎng)壓力大，所以裝甲車輛一般采用發(fā)動(dòng)機(jī)余熱、電加熱制熱或燃油加熱器輔助制熱。

按照工作原理不同，裝甲車輛空調(diào)主要分為蒸汽壓縮式循環(huán)制冷空調(diào)、空氣循環(huán)制冷空調(diào)、固體吸附式制冷空調(diào)等［3-5］。其中，技術(shù)上最成熟的是蒸汽壓縮式循環(huán)制冷空調(diào)。蒸汽壓縮式循環(huán)制冷是根據(jù)逆卡諾循環(huán)原理，利用制冷劑在低溫低壓下蒸發(fā)吸熱，在高溫高壓下冷凝放熱來(lái)進(jìn)行熱量轉(zhuǎn)移，基本工作流程是壓縮、冷凝、節(jié)流、蒸發(fā)等?？諝庋h(huán)制冷是根據(jù)逆布雷頓循環(huán)原理，利用壓縮空氣膨脹時(shí)吸熱來(lái)制冷，常用于飛機(jī)上的環(huán)境控制系統(tǒng)。固體吸附式制冷是通過(guò)微孔固體吸附劑在較低溫度下吸附制冷劑，在較高溫度下解吸制冷劑，通過(guò)吸附、解吸的循環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)制冷。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的裝甲車輛空調(diào)大多為蒸汽壓縮式循環(huán)制冷空調(diào)。

蒸汽壓縮式循環(huán)制冷裝甲車輛空調(diào)（以下簡(jiǎn)稱“此類裝甲車輛空調(diào)”）的主要組成一般由制冷系統(tǒng)、通風(fēng)系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等組成，其中，制冷系統(tǒng)包括壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流機(jī)構(gòu)、蒸發(fā)器、制冷劑等，通風(fēng)系統(tǒng)包括風(fēng)機(jī)、送風(fēng)道、末端出風(fēng)口等，控制系統(tǒng)包括主控制箱、操控面板、各類保護(hù)及報(bào)警器等。

對(duì)于此類裝甲車輛空調(diào)，可按照空調(diào)壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式分類，分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)、電驅(qū)動(dòng)和雙制式混合驅(qū)動(dòng)。機(jī)械驅(qū)動(dòng)包含發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)、液壓驅(qū)動(dòng)等。電驅(qū)動(dòng)的供電來(lái)源一般是車輛發(fā)電、外接市電或油機(jī)供電，按空調(diào)工作方式又分為定頻和變頻兩種。雙制式混合式驅(qū)動(dòng)有機(jī)械驅(qū)動(dòng)和電驅(qū)動(dòng)兩種工況。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的此類裝甲車輛空調(diào)驅(qū)動(dòng)方式大部分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)，雙制混合式驅(qū)動(dòng)次之，電驅(qū)動(dòng)較少。

此類裝甲車輛空調(diào)還可按照空調(diào)結(jié)構(gòu)型式分類，大體可分為分體式和整體式。分體式空調(diào)分為內(nèi)機(jī)和外機(jī)，內(nèi)機(jī)一般包含蒸發(fā)器、蒸發(fā)風(fēng)機(jī)，外機(jī)一般包含冷凝器、冷凝風(fēng)機(jī)，節(jié)流機(jī)構(gòu)可根據(jù)不同設(shè)計(jì)需求集成在內(nèi)機(jī)或外機(jī)中，壓縮機(jī)可集成在外機(jī)中，或單獨(dú)放置。整體式空調(diào)相對(duì)于分體式，將內(nèi)機(jī)和外機(jī)整合在一個(gè)結(jié)構(gòu)箱體內(nèi)，壓縮機(jī)根據(jù)需求可集成在該箱體內(nèi)或單獨(dú)布置。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的此類裝甲車輛空調(diào)的結(jié)構(gòu)型式大部分是分體式的。

1.2 裝甲車輛空調(diào)驅(qū)動(dòng)方式

由于裝甲車輛內(nèi)設(shè)備、人員密集，所需的空調(diào)制冷量一般較大，裝甲車輛在選用空調(diào)時(shí)首先需考慮怎樣為空調(diào)提供動(dòng)力。裝甲車輛空調(diào)需要外界提供驅(qū)動(dòng)動(dòng)力的一般是壓縮機(jī)、控制系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)，壓縮機(jī)的驅(qū)動(dòng)方式可大概分為機(jī)械驅(qū)動(dòng)、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、雙制式驅(qū)動(dòng)和輔機(jī)驅(qū)動(dòng)4 種，而控制系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)，一般直接采用車電DC26 V±4 V 驅(qū)動(dòng)。

1.2.1 壓縮機(jī)機(jī)械驅(qū)動(dòng)

大部分裝甲車輛空調(diào)的壓縮機(jī)依靠機(jī)械驅(qū)動(dòng)，傳動(dòng)方式主要有兩種，一是發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)，二是液壓傳動(dòng)。其中，發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)利用底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)自由端的帶輪，通過(guò)皮帶驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，運(yùn)行和停機(jī)由壓縮機(jī)主軸上的電磁離合器控制。發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、傳動(dòng)效率較高、噪音小的優(yōu)點(diǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)也有較明顯的缺點(diǎn)：發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)裝置會(huì)影響到動(dòng)力艙的總體布置；空調(diào)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速受底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的影響，波動(dòng)劇烈，造成空調(diào)的制冷能力波動(dòng)范圍比較大；當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)停止運(yùn)行時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)也停止運(yùn)行；壓縮機(jī)工作要消耗底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力，對(duì)車輛的機(jī)動(dòng)能力也有一定影響。液壓傳動(dòng)是通過(guò)恒轉(zhuǎn)速液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，需要在裝甲車輛安裝液壓馬達(dá)和液壓管路。與發(fā)動(dòng)機(jī)傳動(dòng)相比較，液壓傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：可以保證壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速相對(duì)穩(wěn)定，空調(diào)的制冷效率較高；布置靈活，可在發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力艙外，不影響動(dòng)力艙的總體布置。液壓傳動(dòng)的缺點(diǎn)是：液壓系統(tǒng)使傳動(dòng)裝置的結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，傳動(dòng)效率下降；噪音變大，尤其是液壓馬達(dá)布置在乘員艙時(shí)，其噪音會(huì)對(duì)乘車環(huán)境造成較大影響；液壓馬達(dá)功率較小，只能帶動(dòng)小功率的空調(diào)系統(tǒng)，使用范圍受限。

1.2.2 壓縮機(jī)電機(jī)驅(qū)動(dòng)

電機(jī)驅(qū)動(dòng)是指空調(diào)壓縮機(jī)選用電動(dòng)型壓縮機(jī)，通過(guò)市電或者車電直接驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，按照驅(qū)動(dòng)電壓又可細(xì)分為DC28 V 電驅(qū)動(dòng)、AC220 V 電驅(qū)動(dòng)、DC270 V～DC320 V 電驅(qū)動(dòng)、DC540 V～DC600 V電驅(qū)動(dòng)等多種模式。電機(jī)驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，電機(jī)的傳動(dòng)效率比皮帶輪傳動(dòng)效率高，因此，空調(diào)的制冷效率較高；壓縮機(jī)可以布置在動(dòng)力艙外，利于動(dòng)力艙的總體布置，增加了設(shè)計(jì)的靈活性，并可提高發(fā)動(dòng)機(jī)的維修性。缺點(diǎn)是：對(duì)車輛電網(wǎng)的壓力較大，需要在車輛設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮空調(diào)及其他電子設(shè)備用電，用電高峰時(shí)車輛自身用電和空調(diào)用電難以兼顧。

1.2.3 壓縮機(jī)雙制式驅(qū)動(dòng)

壓縮機(jī)雙制式驅(qū)動(dòng)是指空調(diào)采用雙壓縮機(jī)，底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)組合使用，能滿足行駛和駐車兩種狀態(tài)下的空調(diào)使用需求。行駛時(shí)采用發(fā)動(dòng)機(jī)皮帶輪驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)，其中一臺(tái)壓縮機(jī)通過(guò)皮帶傳動(dòng)由車輛發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)；駐車時(shí)車輛發(fā)動(dòng)機(jī)不工作，通過(guò)外接市電AC220 V 或車載自發(fā)電裝置，由電機(jī)驅(qū)動(dòng)另一臺(tái)壓縮機(jī)工作。這種驅(qū)動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是車輛發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)空調(diào)也能運(yùn)行，缺點(diǎn)是增加了一臺(tái)壓縮機(jī)和相應(yīng)的管路，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高。

1.2.4 壓縮機(jī)輔機(jī)驅(qū)動(dòng)

輔機(jī)驅(qū)動(dòng)是利用小型發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)空調(diào)壓縮機(jī)。這種傳動(dòng)方式的優(yōu)點(diǎn)是空調(diào)的工作不受車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的影響，發(fā)動(dòng)機(jī)停止工作時(shí)空調(diào)照樣運(yùn)行；壓縮機(jī)也不消耗車輛發(fā)動(dòng)機(jī)的功率。缺點(diǎn)是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，同時(shí)增加了整車的重量和總體布置的難度。

1.3 裝甲車輛空調(diào)的布置

由于裝甲車輛內(nèi)部空間狹小，設(shè)備高度集中，空調(diào)的布置要滿足裝甲車輛總體布置的需要，這就造成了裝甲車輛空調(diào)布置的多樣性。

分體式裝甲車輛空調(diào)根據(jù)內(nèi)機(jī)數(shù)量又可細(xì)分為一拖一（一個(gè)外機(jī)拖帶一個(gè)內(nèi)機(jī)）、一拖二（一個(gè)外機(jī)拖帶兩個(gè)內(nèi)機(jī)）、一拖多（一個(gè)外機(jī)拖帶多個(gè)內(nèi)機(jī)）。即一臺(tái)壓縮機(jī)布置在動(dòng)力艙內(nèi)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，一個(gè)冷凝器布置在車外適當(dāng)位置，2 個(gè)或3 個(gè)蒸發(fā)器布置在駕駛艙和乘員艙的適當(dāng)位置，相互之間通過(guò)軟管連接。

整體式裝甲車輛空調(diào)的壓縮機(jī)仍然布置在動(dòng)力艙內(nèi)靠近發(fā)動(dòng)機(jī)的位置，一般將冷凝器和蒸發(fā)器作成一體布置在車外適當(dāng)位置，通過(guò)風(fēng)道實(shí)現(xiàn)車內(nèi)和蒸發(fā)器間的空氣交換。整體式裝甲車輛空調(diào)的冷凝器和蒸發(fā)器安裝時(shí)可放置在車頂、外掛在車壁或放置在隔艙內(nèi)。

2 裝甲車輛空調(diào)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

2.1 裝備車輛空調(diào)現(xiàn)行軍用標(biāo)準(zhǔn)

標(biāo)準(zhǔn)是裝甲車輛空調(diào)設(shè)計(jì)、制造與驗(yàn)收的依據(jù)。目前，裝甲車輛空調(diào)的主要標(biāo)準(zhǔn)是GJB 1913A—2006《軍用方艙空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》和GJB 5997—2007《裝甲車輛空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》，其中，GJB 1913A—2006 雖然名稱上限定為軍用方艙空調(diào)設(shè)備，但該標(biāo)準(zhǔn)適用于軍用方艙空調(diào)設(shè)備和裝甲車輛空調(diào)設(shè)備。這兩個(gè)軍用標(biāo)準(zhǔn)分別由總裝備部和國(guó)防科學(xué)技術(shù)工業(yè)委員會(huì)發(fā)布實(shí)施，兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)在密封性、絕緣電阻、電氣強(qiáng)度、可靠性、維修性、沖擊等方面存在相互矛盾的方面，如下頁(yè)表1 所示。

表1 兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的主要不同Table 1 Main differences beween two standards

2.2 現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)待修訂

GJB 1913A—2006《軍用方艙空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》和GJB 5997—2007《裝甲車輛空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》均已發(fā)布十幾年，標(biāo)準(zhǔn)中很多內(nèi)容相對(duì)滯后，已不適用于指導(dǎo)實(shí)際使用。尤其是環(huán)境適應(yīng)性和電磁兼容性指標(biāo)，如GJB 1913A—2006 在環(huán)境適應(yīng)性要求中引用的1986 版GJB 150 系列的《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》已被2009 版GJB 150A 系列的《軍用裝備實(shí)驗(yàn)室環(huán)境試驗(yàn)方法》替代，GJB 1913A—2006 在電磁兼容性要求中引用的GJB 151A—1997《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求》被GJB 151B—2013《軍用設(shè)備和分系統(tǒng)電磁發(fā)射和敏感度要求與測(cè)量》替代。除此以外，相關(guān)的安全性標(biāo)準(zhǔn)的最新版本為GB 4706.32—2012 和GJB 900A—2012，可靠性標(biāo)準(zhǔn)由GJB 899—1990 升版至GJB 899A—2009，測(cè)試性工作通用要求已升版至GJB 2547A—2012，維修性工作通用要求已升版至GJB 368B—2009。因此，GJB 1913A—2006 和GJB 5997—2007 的空調(diào)設(shè)備相應(yīng)指標(biāo)需進(jìn)行更新。

3 裝甲車輛空調(diào)指標(biāo)體系

通過(guò)深入研究裝甲車輛空調(diào)的使用需求、軍用標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)水平、質(zhì)量保證等各方面因素，結(jié)合GJB 5997—2007《裝甲車輛空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》和GJB 1913A—2006《軍用空調(diào)設(shè)備通用規(guī)范》的技術(shù)要求，著眼為裝甲車輛空調(diào)研制、生產(chǎn)和檢驗(yàn)提供依據(jù)，本文對(duì)裝甲空調(diào)的技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行梳理和完善，以提高裝甲車輛空調(diào)的通用化、系列化、模塊化水平。

裝甲車輛空調(diào)指標(biāo)框架如188 頁(yè)圖1 所示。指標(biāo)框架包括性能、通用質(zhì)量特性、電磁兼容性和物理屬性四大類指標(biāo)，其中，性能指標(biāo)包括制冷劑、工作方式、制冷量、制冷消耗總功率、最大運(yùn)行制冷、最小運(yùn)行制冷、循環(huán)風(fēng)量、制冷系統(tǒng)密封性、空調(diào)密封性、凝露、冷凝水排除能力、噪聲和電源13 項(xiàng)指標(biāo)；通用質(zhì)量特性指可靠性、安全性、維修性、測(cè)試性、保障性和環(huán)境適應(yīng)性，安全性包括絕緣電阻、泄漏電流、接地措施、電氣強(qiáng)度，環(huán)境適應(yīng)性包括沖擊、振動(dòng)、濕熱、淋雨、砂塵、霉菌、鹽霧、貯存和低氣壓；電磁兼容性包括電磁發(fā)射和電磁敏感度兩項(xiàng)指標(biāo)；物理屬性包括尺寸、重量、顏色、標(biāo)志、外觀質(zhì)量、加工質(zhì)量和元器件7 項(xiàng)指標(biāo)。

圖1 空調(diào)指標(biāo)體系圖Fig.1 Indicator system diagram of air conditioner

相比GJB 5997—2007 和GJB 1913A—2006，該指標(biāo)體系中增加了制冷劑、工作方式、電源適應(yīng)性、重量和元器件5 個(gè)指標(biāo)，去掉了電熱裝置制熱消耗功率指標(biāo)。制冷劑指標(biāo)增加，是為鼓勵(lì)企業(yè)選用環(huán)保制冷劑，可用消耗臭氧潛能值、全球變暖潛能值來(lái)衡量制冷劑的環(huán)保性能；工作方式是指空調(diào)定頻或變頻工作方式，當(dāng)前變頻技術(shù)已比較成熟，相比十幾年前定頻空調(diào)為主的情況，變頻和定頻應(yīng)作為可選的工作方式；電源適應(yīng)性是能體現(xiàn)裝甲車輛空調(diào)與裝甲車輛關(guān)系的一個(gè)指標(biāo)，為提高軍用空調(diào)的通用化、系列化、模塊化水平，電源制式在滿足裝備個(gè)性化需求的情況下，應(yīng)盡量統(tǒng)一；重量是武器裝備對(duì)上裝設(shè)備高度關(guān)注的一項(xiàng)指標(biāo)，輕量化是未來(lái)趨勢(shì)；元器件指標(biāo)主要是對(duì)元器件國(guó)產(chǎn)化率進(jìn)行要求；由于裝甲車輛空調(diào)大部分為單冷空調(diào)，因此，刪除了電熱裝置制熱消耗功率指標(biāo)。

4 結(jié)論

裝甲車輛是一種技術(shù)密集度高、人機(jī)環(huán)密切結(jié)合的武器系統(tǒng)，改善乘員艙環(huán)境品質(zhì)，特別是溫度環(huán)境，直接關(guān)系到武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力的發(fā)揮。因此，在裝備論證和研制中需要加強(qiáng)對(duì)人機(jī)環(huán)問(wèn)題的關(guān)注，加強(qiáng)對(duì)裝甲車輛空調(diào)的研究。對(duì)裝甲車輛空調(diào)的技術(shù)特點(diǎn)進(jìn)行研究分析，對(duì)裝甲車輛空調(diào)的指標(biāo)體系進(jìn)行梳理完善，能夠?yàn)檠b甲車輛空調(diào)選型、論證和研制提供幫助，進(jìn)而提高裝甲車輛空調(diào)的質(zhì)量和性能，進(jìn)一步改善裝甲車輛內(nèi)溫度環(huán)境問(wèn)題。

裝甲車輛空調(diào)是軍用空調(diào)中較為復(fù)雜的一類，在驅(qū)動(dòng)方式、空間布置上有其特殊性，與裝甲底盤(pán)結(jié)合較為緊密，裝甲車輛空調(diào)性能的充分發(fā)揮還與空調(diào)的安裝和后期維護(hù)關(guān)系密切，同時(shí)需要對(duì)裝甲車輛在保溫、隔熱、氣密等方面提出技術(shù)要求。