高 陽，胡 杰，胡連桃

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

近年來，我國西部高原地區(qū)形勢十分復雜嚴峻，蠶食與反蠶食、擴張與反擴張、侵略與反侵略尖銳存在，高原地區(qū)必然成為軍隊潛在的重要作戰(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，保障裝備動力不足、首次起動困難、產(chǎn)氣供氣量顯著下降、油液和氣體泄漏嚴重、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，迫切需要加強保障裝備高原環(huán)境適應(yīng)性研究，找出高原環(huán)境對保障裝備的主要影響因素，改進保障裝備的高原技術(shù)性能，以增強高原飛行保障能力，滿足高原飛行保障需求。

1 高原氣候環(huán)境的特點

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℃以下的時間達235～330天，最低氣溫可達-45℃，晝夜溫差可達15℃～30℃；風沙大，每年的2月～4月午后及傍晚多出現(xiàn)大風天氣，塵土飛揚，沙塵量多于低海拔空氣密度的五倍以上；日光輻射、紫外線照射強烈，海拔越高，空氣越稀薄，透明度越大，到達地面的太陽輻射和紫外線輻射就越強。

2 高原環(huán)境對航空保障裝備的影響分析

2.1 高原環(huán)境對裝備動力系統(tǒng)的影響

1）大氣壓力降低對動力性能的影響[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，過量空氣系數(shù)下降，氣缸燃燒惡化，造成柴油機功率下降，燃油消耗增加。保障裝備動力系統(tǒng)高原試驗表明，海拔每升高1000m，非增壓柴油機的功率下降9%～12%，油耗增加6%～10%；增壓柴油機的功率下降3%～8%，油耗增加l%～6%。

2）環(huán)境溫度降低對啟動性能的影響[2,3]。低溫條件下蓄電池容量降低，充電能力下降，當啟動力矩較大時，會造成蓄電池劇烈放電，極板溫度升高，使得極板過早損壞；此外，由于進氣溫度降低，機油粘度增大，油泵負荷增加，造成起動阻力加大。

3）海拔高度增加對散熱性能的影響。海拔高度增加，會造成柴油機冷卻系統(tǒng)負荷加大。對于水冷柴油機，由于冷卻水的沸點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，冷卻水沸點降低3.3℃，冷卻水套的散熱量下降8%～11%；對于風冷柴油機，冷卻風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)境對裝備電氣系統(tǒng)的影響

1）空氣密度降低對電氣設(shè)備的影響[7,8]。一是導致電氣設(shè)備外絕緣強度削弱，固體絕緣材料沿表面放電能力降低。二是導致電氣間隙的擊穿電壓降低，電場不均勻程度越大，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、直流電弧的燃弧時間延長約5%。四是導致電氣產(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，通常可以補償電氣設(shè)備的溫升問題。二是高原環(huán)境日溫差較大，容易造成電氣產(chǎn)品機械結(jié)構(gòu)變形，涂層開裂脫落，密封結(jié)構(gòu)遭到破壞。三是空氣絕對濕度降低，導致直流電機的換向火花增大，碳刷的磨損增加。

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

2.3 高原環(huán)境對裝備氣源系統(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%。大風沙塵天氣致使空氣壓縮機進氣濾清器積垢堵塞，吸氣阻力增大，壓縮機循環(huán)進氣量減少，導致壓縮機壓縮中的壓力下降、供氣量減少。低溫環(huán)境使得空氣壓縮機的潤滑油粘度增加，各機械結(jié)合部位之間的阻力加大，空氣壓縮機磨損加重，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、光照強等因素的影響，液壓系統(tǒng)與發(fā)動機的匹配性能變差，設(shè)備沖擊、振動、噪聲增多；液壓油粘度增加，通過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；過濾器容易堵塞，元件磨損、老化嚴重，橡膠密封件過早失效；液壓設(shè)備散熱性能變差，溫升增加，導致油溫過高；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對策

3.1 對裝備動力系統(tǒng)進行技術(shù)改進

1）采用功率恢復增壓技術(shù)，解決發(fā)動機功率不足的問題[6]。通過在高原柴油發(fā)動機機上安裝可調(diào)渦輪增壓器，同時減少增壓器轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量和渦輪流通面積，可大大改善發(fā)動機的加速性能。該方法不僅使增壓器與發(fā)動機在低速時匹配良好，而且在高速高負荷運行時，通過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)動機的功率和扭矩。

2）采用低溫啟動技術(shù)，解決發(fā)動機啟動困難的問題[2]。一是在柴油發(fā)動機進氣處適當加裝乙醚啟動裝置，啟動時在進氣管噴入適量乙醚，可降低燃料燃點，提高柴油機低速啟動性能；二是安裝進氣加熱裝置，預熱機體，以降低機油粘度，減少啟動阻力。

3）采用熱平衡技術(shù)，解決發(fā)動機散熱能力差的問題。首先是對冷卻系統(tǒng)進行優(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；增大風扇直徑、調(diào)整風扇葉片安裝角并提高風扇轉(zhuǎn)速，以增大扇風量。其次，針對換熱器冷卻水在高原環(huán)境下容易“開鍋”的問題，建議將底盤發(fā)動機和上裝發(fā)動機的冷卻介質(zhì)由水更換為高原專用型冷卻液（PER-30型防銹防凍液）。

3.2 對裝備電氣系統(tǒng)進行技術(shù)改進和器件選擇

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

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

2）對低壓電氣設(shè)備進行校驗和選擇。對于以空氣為滅弧介質(zhì)的開關(guān)元器件，應(yīng)根據(jù)海拔高度的增加來降低額定接通和關(guān)斷電流容量。對于成套低壓開關(guān)和控制設(shè)備，為了保證在高原使用時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)，見表2。

3）對材料和電纜進行選擇。高原電氣產(chǎn)品選用的材料應(yīng)滿足最低環(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 對裝備氣源系統(tǒng)進行技術(shù)改進

為滿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)整空壓機的進氣壓力和卸載壓力，提高壓縮比；如果當?shù)氐拇髿鈮毫^低，調(diào)整后的壓縮比已達到最大的規(guī)定值，仍不能滿足裝備性能要求，應(yīng)當選擇增設(shè)增壓裝置（如鼓風機）對空壓機進行預增壓，以增大進氣壓力；對于飛機空調(diào)車，可提高鼓風機的轉(zhuǎn)速，來增加供風量。此外，還應(yīng)選用適應(yīng)高原低溫環(huán)境的潤滑油，以保證低溫條件下空壓機具有良好的潤滑性能。

3.4 對裝備液壓系統(tǒng)進行技術(shù)改進

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行改進[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，最好采用預壓油箱，保證液壓泵吸油充分。液壓油管也應(yīng)加裝保護套或選用紫外線防護和耐寒性能強的材料，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

通過上述研究可以發(fā)現(xiàn)，高原環(huán)境對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，使得實際問題的解決變得更為復雜。隨著保障裝備越來越多地用于高原飛行保障，在裝備改進、設(shè)計和研制過程中必須充分考慮高原環(huán)境因素的影響，加強裝備高原環(huán)境的適應(yīng)能力。為此，還需在以下兩個方面繼續(xù)開展工作：一是開展保障裝備高原環(huán)境模擬試驗研究，將環(huán)境試驗貫穿于裝備研制的各個階段，及時解決存在的問題；二是制訂和完善保障裝備高原環(huán)境標準體系，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、研制提供依據(jù)。

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