高 陽(yáng)，胡 杰，胡連桃

（1．空軍勤務(wù)學(xué)院航空四站系，徐州 221000； 2．空軍勤務(wù)學(xué)院航材管理系，徐州 221000）

近年來(lái)，我國(guó)西部高原地區(qū)形勢(shì)十分復(fù)雜嚴(yán)峻，蠶食與反蠶食、擴(kuò)張與反擴(kuò)張、侵略與反侵略尖銳存在，高原地區(qū)必然成為軍隊(duì)潛在的重要作戰(zhàn)方向，高原飛行作戰(zhàn)的保障工作變得越來(lái)越突出。然而，受到高原惡劣環(huán)境的影響，航空裝備保障面臨諸多困難和挑戰(zhàn)。例如，保障裝備動(dòng)力不足、首次起動(dòng)困難、產(chǎn)氣供氣量顯著下降、油液和氣體泄漏嚴(yán)重、電氣絕緣性能變差等，使得保障裝備故障率增加，飛行保障能力明顯下降。為此，迫切需要加強(qiáng)保障裝備高原環(huán)境適應(yīng)性研究，找出高原環(huán)境對(duì)保障裝備的主要影響因素，改進(jìn)保障裝備的高原技術(shù)性能，以增強(qiáng)高原飛行保障能力，滿(mǎn)足高原飛行保障需求。

1 高原氣候環(huán)境的特點(diǎn)

構(gòu)成高原氣候環(huán)境的因素很多，具體表現(xiàn)為：氣壓低，在海拔4000m以上，年平均氣壓54.0kPa～61.7kPa，是平原地區(qū)的60%～70%，氧分壓比平原減少約38%～46%；年平均氣溫低，溫差大，日平均氣溫在0℃以下的時(shí)間達(dá)235～330天，最低氣溫可達(dá)-45℃，晝夜溫差可達(dá)15℃～30℃；風(fēng)沙大，每年的2月～4月午后及傍晚多出現(xiàn)大風(fēng)天氣，塵土飛揚(yáng)，沙塵量多于低海拔空氣密度的五倍以上；日光輻射、紫外線照射強(qiáng)烈，海拔越高，空氣越稀薄，透明度越大，到達(dá)地面的太陽(yáng)輻射和紫外線輻射就越強(qiáng)。

2 高原環(huán)境對(duì)航空保障裝備的影響分析

2.1 高原環(huán)境對(duì)裝備動(dòng)力系統(tǒng)的影響

1）大氣壓力降低對(duì)動(dòng)力性能的影響[1-6]。隨著海拔高度的增加，大氣壓力逐漸降低，使得氣缸內(nèi)充氣量減少，過(guò)量空氣系數(shù)下降，氣缸燃燒惡化，造成柴油機(jī)功率下降，燃油消耗增加。保障裝備動(dòng)力系統(tǒng)高原試驗(yàn)表明，海拔每升高1000m，非增壓柴油機(jī)的功率下降9%～12%，油耗增加6%～10%；增壓柴油機(jī)的功率下降3%～8%，油耗增加l%～6%。

2）環(huán)境溫度降低對(duì)啟動(dòng)性能的影響[2,3]。低溫條件下蓄電池容量降低，充電能力下降，當(dāng)啟動(dòng)力矩較大時(shí)，會(huì)造成蓄電池劇烈放電，極板溫度升高，使得極板過(guò)早損壞；此外，由于進(jìn)氣溫度降低，機(jī)油粘度增大，油泵負(fù)荷增加，造成起動(dòng)阻力加大。

3）海拔高度增加對(duì)散熱性能的影響。海拔高度增加，會(huì)造成柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)負(fù)荷加大。對(duì)于水冷柴油機(jī)，由于冷卻水的沸點(diǎn)隨海拔高度升高而降低，致使冷卻水與缸套內(nèi)的溫差減小，散熱能力下降。海拔每升高1000m，冷卻水沸點(diǎn)降低3.3℃，冷卻水套的散熱量下降8%～11%；對(duì)于風(fēng)冷柴油機(jī)，冷卻風(fēng)量受空氣密度降低的影響，散熱能力也隨之降低。

2.2 高原環(huán)境對(duì)裝備電氣系統(tǒng)的影響

1）空氣密度降低對(duì)電氣設(shè)備的影響[7,8]。一是導(dǎo)致電氣設(shè)備外絕緣強(qiáng)度削弱，固體絕緣材料沿表面放電能力降低。二是導(dǎo)致電氣間隙的擊穿電壓降低，電場(chǎng)不均勻程度越大，擊穿電壓降得越低。三是使以空氣介質(zhì)滅弧的開(kāi)關(guān)電器滅弧性能降低，通斷能力下降，觸頭壽命縮短，海拔每升高1000m，交、直流電弧的燃弧時(shí)間延長(zhǎng)約5%。四是導(dǎo)致電氣產(chǎn)品的散熱能力降低，持續(xù)載流能力下降。

2）溫度、濕度降低和溫差增大對(duì)電氣設(shè)備的影響。一是高原環(huán)境平均溫度隨著海拔高度的升高而降低，其遞減率為0.5℃/100m～0.6℃/100m，通?？梢匝a(bǔ)償電氣設(shè)備的溫升問(wèn)題。二是高原環(huán)境日溫差較大，容易造成電氣產(chǎn)品機(jī)械結(jié)構(gòu)變形，涂層開(kāi)裂脫落，密封結(jié)構(gòu)遭到破壞。三是空氣絕對(duì)濕度降低，導(dǎo)致直流電機(jī)的換向火花增大，碳刷的磨損增加。

3）太陽(yáng)輻射增加對(duì)電氣設(shè)備的影響[8,9]。海拔高度每增加1000m，太陽(yáng)熱輻射增加6%，海拔5000m時(shí)最大太陽(yáng)熱輻射是平原地區(qū)的1.25倍。電氣產(chǎn)品受太陽(yáng)熱輻射的影響，表面溫升增加，使得有機(jī)絕緣材料的機(jī)械、電氣性能下降，材料變形，產(chǎn)生機(jī)械熱應(yīng)力。高原紫外線輻射隨海拔升高的增加率比太陽(yáng)熱輻射的增加率大得多，海拔3000m處的紫外線輻射會(huì)達(dá)到平原地區(qū)的2倍。紫外線會(huì)引起有機(jī)絕緣材料加速老化，使空氣容易電離，導(dǎo)致電氣產(chǎn)品外絕緣強(qiáng)度和電暈起始電壓降低。

2.3 高原環(huán)境對(duì)裝備氣源系統(tǒng)的影響

由于航空保障裝備使用的空氣壓縮機(jī)的排氣量是按平原地區(qū)環(huán)境空氣的密度、溫度、濕度設(shè)計(jì)的，在高原環(huán)境下，大氣壓力降低，空氣密度下降，使得空氣壓縮機(jī)的排氣量減少，海拔每升高l000m，質(zhì)量排氣量平均減少11%～12%，容積排氣量平均減少2%～3%。大風(fēng)沙塵天氣致使空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣濾清器積垢堵塞，吸氣阻力增大，壓縮機(jī)循環(huán)進(jìn)氣量減少，導(dǎo)致壓縮機(jī)壓縮中的壓力下降、供氣量減少。低溫環(huán)境使得空氣壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油粘度增加，各機(jī)械結(jié)合部位之間的阻力加大，空氣壓縮機(jī)磨損加重，零部件損耗量增大，部件匹配性變差，氣體泄漏量增加。

2.4 高原環(huán)境對(duì)裝備液壓系統(tǒng)的影響

受高原環(huán)境氣壓低、溫度低、溫差大、沙塵多、光照強(qiáng)等因素的影響，液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)的匹配性能變差，設(shè)備沖擊、振動(dòng)、噪聲增多；液壓油粘度增加，通過(guò)回油管路的阻力增大，回油壓力升高；油箱壓力降低，液壓泵吸油困難；過(guò)濾器容易堵塞，元件磨損、老化嚴(yán)重，橡膠密封件過(guò)早失效；液壓設(shè)備散熱性能變差，溫升增加，導(dǎo)致油溫過(guò)高；液壓膠管爆裂，造成油液泄漏等。

3 高原環(huán)境下航空保障裝備的改進(jìn)對(duì)策

3.1 對(duì)裝備動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)

1）采用功率恢復(fù)增壓技術(shù)，解決發(fā)動(dòng)機(jī)功率不足的問(wèn)題[6]。通過(guò)在高原柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)上安裝可調(diào)渦輪增壓器，同時(shí)減少增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和渦輪流通面積，可大大改善發(fā)動(dòng)機(jī)的加速性能。該方法不僅使增壓器與發(fā)動(dòng)機(jī)在低速時(shí)匹配良好，而且在高速高負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，通過(guò)旁通閥將廢氣排入大氣，可保證增壓器不致超速，從而增大柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的功率和扭矩。

2）采用低溫啟動(dòng)技術(shù)，解決發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難的問(wèn)題[2]。一是在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣處適當(dāng)加裝乙醚啟動(dòng)裝置，啟動(dòng)時(shí)在進(jìn)氣管?chē)娙脒m量乙醚，可降低燃料燃點(diǎn)，提高柴油機(jī)低速啟動(dòng)性能；二是安裝進(jìn)氣加熱裝置，預(yù)熱機(jī)體，以降低機(jī)油粘度，減少啟動(dòng)阻力。

3）采用熱平衡技術(shù)，解決發(fā)動(dòng)機(jī)散熱能力差的問(wèn)題。首先是對(duì)冷卻系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化配置，可采取如下措施：增大散熱器的散熱面積，散熱器的芯部采用導(dǎo)熱系數(shù)好的材料；提高水泵轉(zhuǎn)速，加大水泵流量，從而加快冷卻液的循環(huán)速度；增大風(fēng)扇直徑、調(diào)整風(fēng)扇葉片安裝角并提高風(fēng)扇轉(zhuǎn)速，以增大扇風(fēng)量。其次，針對(duì)換熱器冷卻水在高原環(huán)境下容易“開(kāi)鍋”的問(wèn)題，建議將底盤(pán)發(fā)動(dòng)機(jī)和上裝發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻介質(zhì)由水更換為高原專(zhuān)用型冷卻液（PER-30型防銹防凍液）。

3.2 對(duì)裝備電氣系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)和器件選擇

高原環(huán)境對(duì)選擇電氣設(shè)備有特殊要求，要選用適合相應(yīng)海拔高度級(jí)別的高原型電氣產(chǎn)品，或校驗(yàn)所選的常規(guī)型電氣設(shè)備的電氣參數(shù)以滿(mǎn)足相應(yīng)海拔高度級(jí)別的使用環(huán)境要求。主要可從以下三個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：

1）對(duì)高壓電氣設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)和選擇。研究表明，高原環(huán)境溫度的降低基本可以補(bǔ)償海拔升高對(duì)高壓元器件溫升的影響，在海拔5000m以下使用時(shí)其額定電流保持不變；當(dāng)海拔在2000m以上時(shí)，對(duì)高壓元器件應(yīng)采取加強(qiáng)絕緣的措施，如選用高原型產(chǎn)品、增加元器件之間的空氣間隙等。對(duì)于高壓開(kāi)關(guān)柜，在室外使用時(shí)其額定電流保持不變，而在室內(nèi)使用時(shí)高壓開(kāi)關(guān)柜中導(dǎo)體的載流量將受到影響，需考慮對(duì)相關(guān)元器件進(jìn)行降容校正，斷路器、繼電器和接觸器的修正系數(shù)見(jiàn)表1。

2）對(duì)低壓電氣設(shè)備進(jìn)行校驗(yàn)和選擇。對(duì)于以空氣為滅弧介質(zhì)的開(kāi)關(guān)元器件，應(yīng)根據(jù)海拔高度的增加來(lái)降低額定接通和關(guān)斷電流容量。對(duì)于成套低壓開(kāi)關(guān)和控制設(shè)備，為了保證在高原使用時(shí)有足夠的耐擊穿能力，必須增大電氣間隙。高原用電工產(chǎn)品電氣間隙的修正系數(shù)，見(jiàn)表2。

3）對(duì)材料和電纜進(jìn)行選擇。高原電氣產(chǎn)品選用的材料應(yīng)滿(mǎn)足最低環(huán)境溫度的要求，尤其是橡膠產(chǎn)品，必須保證橡膠彈性和密封要求。絕緣材料的選擇，應(yīng)盡量選用受溫差變化不大和防老化程度高的絕緣材料，如DMC和SMS模塑料等。另外，在高原地區(qū)不宜選用對(duì)氣候適應(yīng)性差的聚氯乙烯絕緣電纜，室外電纜最好選擇耐太陽(yáng)熱輻射和適應(yīng)較大溫差的交聯(lián)乙烯-丙烯橡膠電纜。

3.3 對(duì)裝備氣源系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)

為滿(mǎn)足航空保障裝備氣源系統(tǒng)在高原地區(qū)使用的性能要求，應(yīng)調(diào)整空壓機(jī)的進(jìn)氣壓力和卸載壓力，提高壓縮比；如果當(dāng)?shù)氐拇髿鈮毫^(guò)低，調(diào)整后的壓縮比已達(dá)到最大的規(guī)定值，仍不能滿(mǎn)足裝備性能要求，應(yīng)當(dāng)選擇增設(shè)增壓裝置（如鼓風(fēng)機(jī)）對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行預(yù)增壓，以增大進(jìn)氣壓力；對(duì)于飛機(jī)空調(diào)車(chē)，可提高鼓風(fēng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，來(lái)增加供風(fēng)量。此外，還應(yīng)選用適應(yīng)高原低溫環(huán)境的潤(rùn)滑油，以保證低溫條件下空壓機(jī)具有良好的潤(rùn)滑性能。

3.4 對(duì)裝備液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)

提高航空保障裝備液壓系統(tǒng)的高原適應(yīng)性，需要考慮在液壓油、液壓油箱、液壓油管及密封件等方面進(jìn)行改進(jìn)[5]。液壓油是液壓系統(tǒng)的重要工作介質(zhì)，具有傳遞能量、潤(rùn)滑和冷卻的作用，造成液壓系統(tǒng)效能低下，很大原因是隨意加用和混合使用不同牌號(hào)的液壓油，高原環(huán)境下最好選用具有良好粘溫性能的抗磨液壓油。液壓油箱應(yīng)該考慮散熱、防塵要求，最好采用預(yù)壓油箱，保證液壓泵吸油充分。液壓油管也應(yīng)加裝保護(hù)套或選用紫外線防護(hù)和耐寒性能強(qiáng)的材料，以增加液壓油管的高原使用壽命，防止其爆裂。密封件的選用，應(yīng)具有良好的低溫特性和抗老化能力。

表1 斷路器、繼電器和接觸器參數(shù)的修正系數(shù)表

表2 高原用電工產(chǎn)品的電氣間隙修正系數(shù)表

4 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述研究可以發(fā)現(xiàn)，高原環(huán)境對(duì)航空保障裝備的性能影響十分顯著，且表現(xiàn)為多種環(huán)境因素的綜合作用，使得實(shí)際問(wèn)題的解決變得更為復(fù)雜。隨著保障裝備越來(lái)越多地用于高原飛行保障，在裝備改進(jìn)、設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中必須充分考慮高原環(huán)境因素的影響，加強(qiáng)裝備高原環(huán)境的適應(yīng)能力。為此，還需在以下兩個(gè)方面繼續(xù)開(kāi)展工作：一是開(kāi)展保障裝備高原環(huán)境模擬試驗(yàn)研究，將環(huán)境試驗(yàn)貫穿于裝備研制的各個(gè)階段，及時(shí)解決存在的問(wèn)題；二是制訂和完善保障裝備高原環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)體系，規(guī)定保障裝備在高原環(huán)境條件下的技術(shù)要求，為高原型保障裝備的設(shè)計(jì)、研制提供依據(jù)。

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