朱逸天，趙徐成，凌 軍

（1．徐州空軍學院，江蘇 徐州 221000；2.沈空裝備部航材處，遼寧 沈陽 110000）

航空地面電源保障為各型飛機提供地面檢查與啟動電源[1]，是影響和制約航空兵反應速度與作戰(zhàn)效能的重要環(huán)節(jié)，電源車在高原環(huán)境下的保障性能直接關系到航空兵作戰(zhàn)力量的展開與協同。由于高原環(huán)境的低壓、少氧等環(huán)境因素對電源車性能影響較大，我軍主力航空電源車不能完全適應西藏高海拔地區(qū)，主要存在兩點問題：一是裝備越野機動性能；二是功率下降保障性低。

在航空電源車上應用動力集成技術，不僅可以降低上裝特設部分重量，提高機動越野性能，還可以實現電源車保障功率裕度的提升，滿足高原多機種電源保障任務需求。在高原型航空電源車的研制中應用動力集成設計理念將具有顯著的軍事與經濟效益。

1 動力集成技術

1.1 高原環(huán)境動力集成設計需求

對于我軍現役電源車，在機動過程中，高原較差的路況與底盤較差的穩(wěn)定性造成的顛簸，形成了較為惡劣的上裝各功能系統運輸環(huán)境。同時，上裝部分較大的重量與高原環(huán)境低壓少氧等因素共同作用，使裝備底盤在行駛的過程中不堪重負。

高原環(huán)境因素放大了非集成裝備獨立設計的上裝與底盤兩個部分的相互干涉作用，大大降低了各分系統可靠性，明顯增加了裝備整體損壞風險[2]。且高原地區(qū)裝備維修資源少、技術力量薄弱，現役電源車難以滿足高原環(huán)境下現代戰(zhàn)爭對其技戰(zhàn)術性能的基本要求。非集成的動力模式導致了現役電源車高原環(huán)境適應性差的高原環(huán)境應力結果，如圖1所示。

圖1 非集成裝備高原環(huán)境應力適應性結果特征圖

1.2 動力集成技術研究

動力系統集成技術是研究動力系統或動力源設備集成化的技術[3]。系統級的動力集成技術是指充分利用系統動力功率儲備空間，采用動力整合、動力轉換、動力分流等方式在滿足多任務需求的同時實現系統動力集成化的系統動力布置設計思路，其原理如圖2所示。

圖2 集成動力系統原理圖

相比于傳統非集成動力系統（如圖3所示）每種功能只能得到與其對應的動力子模塊動力支持的僵化模式，在電源車上應用動力集成設計具有以下兩點優(yōu)勢：

（1）將裝備各分動力系統整合集成為一個高效動力源，通過動力分配及傳輸系統的動態(tài)調節(jié)與功率輸送作用使裝備多種功能共用高品質動力系統，將有效提升電源車保障性能；

（2）動力源的集中減少了動力系統的分散程度，將提高裝備可靠性、可維修性，降低裝備維護量、削減裝備制造成本；

（3）動力系統的集成將大大降低裝備重量，有效提高裝備越野機動性能。

圖3 傳統非集成動力系統原理圖

1.3 電源車動力集成方案

基于動力集成設計思想，電源車動力集成化設計的關鍵主要是，在使用單個動力源的情況下實現電源車“機動”與“駐車發(fā)電”兩種主要的獨立功能，具體就是采用單臺發(fā)動機取代傳統的兩臺柴油機為裝備底盤行駛與發(fā)電機發(fā)電分別提供動力。

高原環(huán)境對電源車主要分系統性能影響最大的是功率有關的動力系統與電氣系統，在改進電氣系統的基礎上，一個高效、可靠的大功率動力源是提升電源車高原環(huán)境適應性所必需的。因此，集成化的高原電源車動力系統設計方案主要有以下兩種：

（1）大功率動力源主要供發(fā)電機使用，動力分流實現底盤機動

采用大功率柴油機為發(fā)電機供電，通過動力分流或者動力串聯的方式，實現裝備的機動功能，這種方案的柴油機動力供給主體為發(fā)電機。其有以下優(yōu)點：利用簡單的傳動裝置即可將柴油機功率高效、可靠的傳遞到發(fā)電機，大幅提高電源車電源輸出質量。但是，這種技術方案需要研發(fā)新的底盤。由于汽車工程技術復雜，實現難度大，且會降低整車可靠性，因此不選用該方案。

（2）采用大功率底盤，取力實現駐車發(fā)電

以高性能、大功率的成熟越野汽車底盤為平臺，通過汽車分動箱取力的方式將動力傳遞給發(fā)電機，這種方案的動力供給主體是在底盤與發(fā)電機之間自由切換。

在技術上，相對于研制新底盤，這種動力系統設計方案只需在底盤上增加一臺發(fā)電機及配套的動力傳輸與調制系統，配合研制新型動力傳輸系統，即可高效、可靠實現發(fā)電，對原有底盤的機動越野能力影響不大。降低技術難度的同時，保證了裝備的可靠性，將使高原電源車具有較高的綜合性能。因此，選用該方案。

2 實現動力集成的動力傳輸關鍵技術

根據以上兩種動力集成設計方案的對比分析結果，要實現動力集成設計，必須要有配套的動力傳輸系統作為實現電源車發(fā)電功能的能量傳輸紐帶。

2.1 動力傳輸系統設計框架

高原航空電源車的動力集成設計框架為：選用EQ2102GAJ高性能越野汽車底盤作為航空地面電源的機動載體，在不影響整車越野性能的前提下，分動器直軸取力輸出端按照原速度輸出柴油機轉速，帶動發(fā)電機以2000 r/min的轉速實現發(fā)電。

動力傳輸系統主要實現動力銜接與變速傳動兩個功能。高原航空電源車動力分配與傳輸原理如圖4所示。

2.2 傳動方案選擇

本課題根據傳動設計框架與指標要求提出了萬向軸與同步帶傳動方案，現對兩種傳動方式作對比分析。

萬向軸傳動方案技術原理如圖5所示。通過一對萬向聯軸器實現分動器與發(fā)電機的動力銜接。由于越野型底盤構造特殊，為保證底盤越野性能不被削弱與破壞，發(fā)電機安裝軸間折角只能降到14°。采用聯軸器驅動，在此傳動距離下的軸間折角最大極限為14°，接近設計極限，且會造成聯軸器中間軸過長、過重；由于萬向聯軸器中間軸傳動旋轉角速度的不均勻性，高速運轉時將引起構件之間的大應力沖擊；可靠性與安全性差。因此不予選用。

圖5 萬向軸傳動方案技術原理圖

本課題通過建模與仿真分析研究驗證了同步帶傳動方案的可行性，如圖6所示。分動器的分動軸采用直軸傳動設計，剛性連接同步帶主動軸與主動輪，通過同步帶以一定轉速比帶動從動輪運轉，將發(fā)動機動力變速輸送給發(fā)電機實現發(fā)電機定速運轉。

圖6 同步帶傳動模型圖

在高原航空電源車上安裝的發(fā)電機與發(fā)動機取力輸出端的平行軸間距為520mm.因此，在設計中采用設計初定中心距，可以將分動器動力輸出點抬高到與發(fā)電機轉軸近似對中。由于同步帶中心距采用可調式設計以方便同步帶的安裝與張緊，在這種情況下，很難做到同步帶從動軸與發(fā)電機轉軸的精密對中。為實現對發(fā)電機可靠的定轉速輸出，應用萬向軸傳動來實現同步帶動力傳輸系統從動輪與發(fā)電機的連接，實現了動力銜接。

3 結束語

本課題開發(fā)的新型同步帶動力傳輸系統，實現了軸動力平移，解決了復雜傳動空間限制的大折角、遠距離、高轉速的變速傳動難題；在大功率高原航空電源車上實現了動力集成，解決了電源車在高原保障存在的越野性差、輸出功率低的問題。研究內容具有較高的理論與實踐價值。

[1]趙徐成，蔣 超.航空地面電源[M].徐州:徐州空軍學院，2010.

[2]王光福.高原寒區(qū)對工程機械性能的技術研究與應用[J].環(huán)境技術，2013，（10）:26-29.

[3]馬偉明.電力集成技術[J].電工技術學報，2005，20（1）:16-20.