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《裝備環(huán)境工程雜志》2014年第三期

1高原典型環(huán)境效應(yīng)

高原環(huán)境對(duì)裝備的影響因素主要體現(xiàn)在:低氣壓缺氧、低溫、輻射、沙塵等。低氣壓缺氧引起的環(huán)境效應(yīng)主要體現(xiàn)在:功率下降，發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)與燃燒不正常;氣密設(shè)備應(yīng)力增大，造成密封外殼變形，焊接開(kāi)裂，結(jié)構(gòu)損壞，設(shè)備泄漏;空氣抗電強(qiáng)度降低，產(chǎn)生電弧，電暈放電等現(xiàn)象;空氣介電常數(shù)降低，電參數(shù)發(fā)生變化;低密度材料物理和化學(xué)性能發(fā)生改變;熱傳導(dǎo)降低，引起裝備過(guò)熱。低溫環(huán)境效應(yīng)主要體現(xiàn)在:熱脹冷縮引起機(jī)械接觸部件卡死、破裂脆裂;彈簧部件彈性性能下降;電子器件及機(jī)電部件性能改變;材料低溫硬化與脆化;潤(rùn)滑劑粘度增加導(dǎo)致傳動(dòng)失效;密封件硬化脆化老化引起泄漏等。溫差變化引起的溫度沖擊效應(yīng)主要體現(xiàn)在:機(jī)械零部件的變形或破裂，運(yùn)動(dòng)部件的卡緊或松弛;金屬材料腐蝕或非金屬材料老化;表面涂層開(kāi)裂;密封艙泄漏;絕緣保護(hù)失效等。太陽(yáng)輻射效應(yīng)主要體現(xiàn)在:活動(dòng)部件受熱不均勻而卡死或松動(dòng);電子器件和機(jī)電部件性能發(fā)生變化;復(fù)合材料物理化學(xué)性質(zhì)改變，強(qiáng)度和彈性發(fā)生變化;涂層材料起泡、剝落、分層;絕緣材料介電性能改變，絕緣性能下降;密封材料穩(wěn)定性下降，喪失密封性能。沙塵效應(yīng)主要體現(xiàn)在:沙塵進(jìn)入裝備內(nèi)部會(huì)使活動(dòng)部件卡死，過(guò)濾裝置阻塞;使電接觸不良，電路劣化;表面磨蝕加劇，沙塵上帶的各類鹽分、有機(jī)物和有害氣體還能加速金屬腐蝕和材料變質(zhì);靜電荷增大，產(chǎn)生電噪聲;吸附水分，降低材料的絕緣性能;熱傳導(dǎo)下降，干擾光學(xué)裝置的光學(xué)特性。

2高原環(huán)境對(duì)火炮系統(tǒng)的影響分析

2．1火炮結(jié)構(gòu)特點(diǎn)分析火炮是利用火藥在管形內(nèi)膛燃燒形成燃?xì)鈮毫?lái)發(fā)射彈丸的一種射擊武器。對(duì)于自行火炮而言，主要由火力與控制系統(tǒng)、推進(jìn)系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。其中火力與控制系統(tǒng)由火力系統(tǒng)、火控系統(tǒng)和輔助武器等組成;推進(jìn)系統(tǒng)由動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置、操縱裝置、行動(dòng)裝置、車體等組成;輔助系統(tǒng)由電氣系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、夜視儀器、三防裝置、煙幕裝置、液壓系統(tǒng)等組成。從火炮結(jié)構(gòu)組成可以看出，火炮是一種特殊的機(jī)電裝備，大量采用機(jī)械、電子、液壓、氣動(dòng)等部件，采用了多種金屬、非金屬材料。從受高原環(huán)境影響不同的角度，可以將火炮部件歸納為:動(dòng)力部分、機(jī)械配合及傳動(dòng)件、電子器件、液壓部件、密封件、彈簧等幾類。

2．2高原環(huán)境對(duì)火炮動(dòng)力部分的影響動(dòng)力部分為自行火炮提供機(jī)動(dòng)的動(dòng)力。高原惡劣環(huán)境會(huì)對(duì)其產(chǎn)生很大的影響，具體表現(xiàn)為以下幾個(gè)方面。1)低壓缺氧的環(huán)境，使發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸所充空氣密度降低，燃燒不充分，燃油消耗量大，排氣黑煙嚴(yán)重，廢氣有害物排放量大大增加。2)功率下降，海拔在2km以上時(shí)，每升高300m，功率下降4%，發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足。3)空氣密度低，發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻風(fēng)扇流量少，散熱效果下降，多余熱量不能及時(shí)散發(fā)，發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)容易過(guò)熱。4)海拔越高，氣壓越低，水的沸點(diǎn)下降。通常海拔在4km時(shí)，水的沸點(diǎn)為85℃左右，而冷卻系統(tǒng)防凍液正常工作溫度應(yīng)在90℃左右，冷卻系統(tǒng)不能正常工作。5)高原氣溫低，空氣溫度達(dá)不到發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸所需啟動(dòng)溫度，且氣缸內(nèi)壓縮空氣壓力明顯低于正常啟動(dòng)時(shí)所要求的壓力，使得發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)困難。6)氣溫低，蓄電池工作能力下降。通常氣溫每降1℃，蓄電池容量下降1%～1．5%，蓄電池總電量不足，啟動(dòng)時(shí)電能不足。7)高原空氣稀薄，發(fā)動(dòng)機(jī)增壓后空氣量和增壓壓力相應(yīng)發(fā)生變化，導(dǎo)致增壓器壓氣輪出現(xiàn)喘振、廢氣渦輪出現(xiàn)阻塞，發(fā)動(dòng)機(jī)排氣溫度過(guò)高等問(wèn)題。8)液壓系統(tǒng)與發(fā)動(dòng)機(jī)匹配發(fā)生變化，各液壓閥、液壓缸等執(zhí)行元件的動(dòng)作時(shí)間隨海拔高度增加而動(dòng)作遲緩，液力傳動(dòng)受發(fā)動(dòng)機(jī)外特性影響較大，機(jī)械功率轉(zhuǎn)變成熱量，散熱差，作業(yè)油溫高，嚴(yán)重影響動(dòng)力的有效傳動(dòng)。

2．3高原環(huán)境對(duì)火炮機(jī)械配合及傳動(dòng)件的影響火炮武器系統(tǒng)中存在大量的機(jī)械配合及傳動(dòng)接觸部件，如炮身在搖架內(nèi)的后坐復(fù)進(jìn)直線運(yùn)動(dòng)，高低機(jī)和方向機(jī)起落、回轉(zhuǎn)時(shí)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，瞄準(zhǔn)裝置的瞄準(zhǔn)過(guò)程，炮閂的擊發(fā)過(guò)程等，其傳動(dòng)形式主要有摩擦滑動(dòng)、齒輪傳動(dòng)、渦輪蝸桿的螺旋傳動(dòng)等。高原惡劣的環(huán)境條件會(huì)對(duì)接觸部件產(chǎn)生很大的影響，表現(xiàn)為:因溫差變化大，各類接觸部件金屬熱膨脹或收縮不均勻，引起結(jié)構(gòu)件變形，接觸間隙改變，使得接觸受力和接觸部位產(chǎn)生改變，帶來(lái)了運(yùn)動(dòng)摩擦增大，部件局部受力不均勻，造成接觸部位發(fā)生過(guò)度磨損甚至損壞等現(xiàn)象;同時(shí)高原地區(qū)風(fēng)沙大，特別是在干燥環(huán)境下微小塵埃含量加大，造成接觸部件大量帶入沙塵，運(yùn)動(dòng)摩擦增大，同樣會(huì)造成接觸部位發(fā)生過(guò)度磨損甚至損壞的現(xiàn)象。在以上的影響下，火炮瞄準(zhǔn)精度下降，傳動(dòng)部件受力狀況進(jìn)一步惡劣，造成部件受力增大，傳動(dòng)部件損壞，火炮結(jié)構(gòu)部件接觸部位磨損加大。

2．4高原環(huán)境對(duì)火炮電子器件的影響火炮上大量使用了各類電子器件，既有電源設(shè)備，也有各類數(shù)字信息、通信設(shè)備，高原環(huán)境會(huì)對(duì)其產(chǎn)生一定影響。高原環(huán)境下，蓄電池低溫使用性能降低，電源線路效率降低。高原空氣密度低，空氣干燥，電氣設(shè)備絕緣強(qiáng)度降低。同時(shí)高原日照強(qiáng)烈，紫外線強(qiáng)度大，會(huì)促使絕緣材料老化加快，特別是有機(jī)絕緣材料，會(huì)加速油漆涂層的老化和龜裂。空氣密度小，電子器件表面散熱性能下降，導(dǎo)致器件的性能下降或運(yùn)行不穩(wěn)定等現(xiàn)象。

2．5高原環(huán)境對(duì)火炮液壓、密封部件的影響火炮系統(tǒng)上大量采用了液壓部件和密封件，火炮上最重要的部件之一是反后坐裝置，通常都采用液壓式結(jié)構(gòu)，包括制退機(jī)和復(fù)進(jìn)機(jī)等。火炮的其他部件也大量采用了液壓結(jié)構(gòu)，如用于傳動(dòng)的液壓式高低機(jī)、用于改善起落部分受力不均的平衡機(jī)等，各種武器還大量使用了液壓千斤頂來(lái)承擔(dān)火炮發(fā)射時(shí)的受力。同時(shí)由于大量液壓部件的使用，必然對(duì)密封結(jié)構(gòu)提出了更高的要求，大部分密封器件采用了非金屬材料，如橡膠、尼龍、塑料等。受高原低氣壓的影響，液壓油箱內(nèi)壓力不足，液壓油粘度大，液壓油泵的吸油性能變差。液壓缸、液壓馬達(dá)等執(zhí)行元件磨損量增大，密封件磨損老化嚴(yán)重，液壓泄漏量增大。沙粒或塵埃進(jìn)入液壓系統(tǒng)，又會(huì)加速各元件的磨損或堵塞，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)出現(xiàn)功能障礙，從而影響反后坐裝置、平衡機(jī)、液壓千斤頂?shù)仍O(shè)備的使用可靠性。高原低氣壓同樣會(huì)使得密封部件承受向外膨脹的壓力，使得外殼變形，密封件破裂造成密封器件失效。低溫及溫度變化又會(huì)造成材料脆性、塑性等特性變化，增加了密封部件低溫低壓下產(chǎn)生變形或開(kāi)裂的危險(xiǎn)。同時(shí)由于高原高紫外線的輻射，常用的橡膠、尼龍、塑料基底制作的密封器件都會(huì)出現(xiàn)老化硬化、失去彈性等現(xiàn)象，引起密封部件失效、泄漏和損壞等，從而影響反后坐裝置、平衡機(jī)和千斤頂?shù)炔考墓ぷ餍阅堋?/p>

2．6高原環(huán)境對(duì)火炮彈簧類器件的影響火炮大量使用了各類彈簧元器件，從重要的擊發(fā)機(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)到平衡機(jī)、懸掛彈簧到搭扣、卡鎖、鉸鏈、開(kāi)關(guān)、手柄、杠桿、防轉(zhuǎn)墊圈等器件。高原環(huán)境會(huì)對(duì)此類部件造成影響。主要體現(xiàn)為:低溫冷脆效應(yīng)，使得彈簧器件在低溫條件下出現(xiàn)彈性性能降低，剛度下降、行程縮短等現(xiàn)象，造成工作不可靠;彈簧導(dǎo)向筒、導(dǎo)向桿等彈簧導(dǎo)向、定位零部件在低溫情況下膨脹收縮變形、潤(rùn)滑不佳以及受沙塵侵入影響，會(huì)造成彈簧部件失效現(xiàn)象頻發(fā);溫度的交替變化，使得彈簧材料產(chǎn)生時(shí)效退化效應(yīng)，導(dǎo)致彈簧性能降低，緊固件松脫，卡鎖失靈等。以上因素會(huì)導(dǎo)致?lián)舭l(fā)機(jī)構(gòu)失靈、反后坐裝置作用不可靠、自動(dòng)機(jī)異常、各類關(guān)卡機(jī)構(gòu)異常和彈簧墊圈等防松零部件失效等現(xiàn)象的發(fā)生。

3火炮系統(tǒng)高原環(huán)境下防護(hù)措施

為避免高原環(huán)境對(duì)火炮系統(tǒng)的影響，火炮系統(tǒng)需要采取針對(duì)性的防護(hù)措施。動(dòng)力部分需配備大容量蓄電池，并采取防寒措施，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行渦輪增壓，提高發(fā)動(dòng)機(jī)功率。增加散熱器散熱面積，改善散熱條件，降低熱負(fù)荷。采用大流量、低阻力、濾清效率高的空氣濾清器。選用耐低溫的潤(rùn)滑油、防凍液和機(jī)油。機(jī)械配合及傳動(dòng)件應(yīng)選用有良好沖擊韌性的耐低溫結(jié)構(gòu)件，活動(dòng)件之間留出足夠的膨脹間隙。選用耐低溫的電子元器件，空氣絕緣部分采用絕緣膠層，避免尖端結(jié)構(gòu)與殘留毛刺，防止尖端放電發(fā)生。彈簧元器件選擇適應(yīng)高原低溫及溫差變化環(huán)境的器件。對(duì)于液壓、密封部件，增大液壓系統(tǒng)散熱面積，必要時(shí)采取強(qiáng)制冷卻措施。液壓泵采取相應(yīng)措施，消除低氣壓引起的液壓泵容積效率下降的問(wèn)題。液壓油箱應(yīng)采用防止沙塵和水進(jìn)入的措施。合理選用密封件和橡膠件，提高密封性能。液壓油管應(yīng)選用抗紫外線和耐寒性能強(qiáng)的材料，選擇耐老化、抗紫外線、耐低溫的密封件。

4結(jié)語(yǔ)

從高原環(huán)境特點(diǎn)和環(huán)境效應(yīng)入手，分析了高原環(huán)境對(duì)火炮系統(tǒng)的影響因素和影響程度，提出高原環(huán)境下火炮系統(tǒng)的一些防護(hù)措施，為提高火炮系統(tǒng)高原環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行了一些有益的探討。分析結(jié)果對(duì)提高高原環(huán)境下試驗(yàn)和使用的火炮系統(tǒng)整體性能和環(huán)境適應(yīng)性能具有參考價(jià)值。

作者：王保貴王堅(jiān)單位：北京跟蹤與通信技術(shù)研究所