保障裝備高原環境適應性研究

趙徐成,馬俊偉,朱逸天,馬勝勇

(空軍勤務學院,江蘇徐州221000)

保障裝備高原環境適應性研究

趙徐成,馬俊偉,朱逸天,馬勝勇

(空軍勤務學院,江蘇徐州221000)

目的提高保障裝備高原保障效能。方法運用環境工程理論,從研究對象、環境特點、影響分析、適應性要求、評估和設計方面研究裝備高原環境適應性問題。結果通過研究發現,環境指標已突破了原先的設計界限,環境因素將制約保障裝備保障效能的發揮。結論通過對保障裝備系統性的適應性評估,為環境適應性設計提供了依據,對提高裝備的高原適應能力具有良好的效果。

保障裝備;高原;環境適應性

美國等發達國家在環境適應性研究方面開展得較早,我國起步較晚,20世紀80年代各部門才依據自身需要,參照國外相關標準制定了一些自然環境試驗方法標準。在參照MIL-STD-810標準的基礎上,我國制定了GJB 150《軍用設備環境試驗方法》,促進了型號研制工作的進展。我國 GJB 4239—2001《裝備境工程通用要求》于2001年得到發布和實施,標志著我國的環境工程工作已經有頂層標準的支持,迎來一個快速發展的新階段[1]。

環境適應性是指裝備(產品)在其壽命期預計可能遇到的各種環境的作用下,能實現其所有預定功能和性能和(或)不被破壞的能力[2]。相對于平原而言,高原地區的氣壓、含氧量、溫濕度、太陽輻射以及地形地貌等均發生不同程度的變化。受到各種高原環境因素的影響和長期作用,保障裝備的功能、性能及使用壽命等均會受到不同程度的影響,嚴重時可導致裝備功能失效,無法滿足保障需求[3]。因此研究保障裝備的高原環境適應性具有重要意義。

1　研究對象

保障裝備型號多樣,涉及到電工學、工程熱力學、流體力學等各方面的專業知識。高原環境因素交錯復雜,對各型保障裝備的影響機理和程度各不相同。運用系統工程的原理,將保障裝備視為一個系統,按保障裝備的組成、工作原理和受高原環境影響的程度[4],將保障裝備系統劃分為動力系統、氣源系統、液壓系統、空分系統、電氣系統、機械系統等。這6個分系統是研究對象,稱之為保障裝備系統元素集,用集合表示為:A={A1,A2,A3,A4,A5, A6}={動力系統、氣源系統、液壓系統、空分系統、電氣系統、機械系統}。

2　保障裝備高原運用環境

要想對保障裝備高原環境適應性進行研究,首先需分析裝備在高原保障時可能遇到的環境及其嚴酷度,明確其高原運用環境。按全壽命管理的思想將保障裝備壽命剖面分為儲存、運輸和使用等3個階段[5]。運用環境工程分析其每個階段可能遭受的環境因素的影響,建立環境剖面。保障裝備高原運用環境見表1,所遇到的高原環境嚴酷度見表2[6]。

表1　保障裝備高原運用環境Table 1 Operation plateau environment of support equipment

表2　高原環境嚴酷度Table 2 Severity of plateau environment

3　高原環境對保障裝備的影響分析

影響分析能夠使我們清楚保障裝備受環境影響的方式,從而采取針對性的防護措施。在影響分析中要綜合考慮各種因素,既要分析單因素對保障裝備單獨作用的影響,更要注重分析多種因素綜合作用的結果。高原環境對各分系統的影響及措施見表3[7—12]。

表3　高原環境對各分系統的影響及措施Table 3 Effect of plateau environment on support equipment and the solutions

4　保障裝備高原環境適應性指標要求

保障裝備出現“高原反應”主要是因為裝備在研制過程中未考慮高原特殊環境。因此,有必要根據裝備結構特點、任務特點和環境剖面中環境因素對裝備影響機理和影響程度分析,刪除不必考慮的環境要素,制定切實可行的保障裝備高原環境適應性指標要求[13]。環境適應性要求應在裝備立項論證階段就加以明確并把其作為一項戰技指標,納入研制任務書或研制合同中[14]。假設要求保障裝備能在5 km的高原環境正常運行,則其高原環境適應性指標見表4。

表4　保障裝備高原環境適應性指標要求Table 4 Specifications of plateau environmental worthiness of support equipment

5　保障裝備高原環境適應性評價

高原環境適應性評價的目的是全面衡量保障裝備的高原環境適應性滿足要求的程度。文獻[14]提出利用“環境影響效益函數”能夠很好地實現裝備的環境適應性量化評估。保障裝備是長壽命高可靠性的裝備,由于研制周期、經費及條件的限制,很難長時間開展相應的高原環境適應性試驗,建立環境影響效益函數以反映各環境因素隨時間的變化對保障裝備的影響程度比較困難。

由環境適應性的定義可以看出,其主要關注3個內容:實現預定功能和性能的能力、不被破壞的能力及裝備受各種高原環境因素的作用。對裝備高原環境適應性綜合評價,也應從這三方面入手。通過裝備高原保障或試驗的數據,比較保障裝備在高原和平原主要戰技指標差距,分析確定保障裝備的功能和性能是否能滿足保障需求;通過計算保障裝備的高原環境適應度[15](裝備高原實際服役或工作時間長度與規定或期望的服役或工作時間長度的比值)來評價高原環境裝備的耐久能力;最后通過構建評價指標,運用層次、模糊等系統評價方法評估主要的環境因素對裝備的影響程度[16]。這樣從保障功能及性能、不被破壞的能力和環境因素三方面構成完整的評價體系,能夠定量地、有針對性地反映保障裝備對高原環境的適應能力,符合現實情況,具有較強的可操作性。

以某型航空地面電源為例進行說明,其在海拔4 km的地區能生產符合要求的電源,但是功率下降15%左右。其能實現預定的功能,但性能在高原環境出現一定程度的下降。統計此裝備在高原正常使用的時間,與裝備規定的大修期的比值為0.75。環境適應度小于1,說明環境適應性設計不能滿足技術要求,還需要采取防護措施提高其環境適應性。通過裝備高原運用環境分析,確定氣壓、溫度、沙塵、太陽輻射和振動為其高原環境適應性評價指標體系,其權重的確定通過組合專家評價和環境因素失效分析統計得出。通過模糊綜合評價得出各環境因素對裝備的影響程度分別為 0.38,0.15,0.27, 0.08,0.12。由評價結果可知,氣壓對此裝備的影響最大,應對此采取更多的高原防護設計。

6　保障裝備高原環境適應性防護

對照高原環境影響分析與高原環境適應性綜合評價,從技術防護措施、元器件優選、調試工藝、維護保養、各系統間的匹配等方面入手提高保障裝備高原環境適應性,見表3。此外,裝備的設計和選材要綜合考慮裝備的性能、結構及環境之間的相互關系,并且要兼顧人性化設計,保證裝備在有良好的高原環境適應性的同時減少保障人員的勞動強度。

7　結語

文中從環境適應性的基本概念出發,圍繞保障裝備全壽命期高原環境特點、環境效應、環境評估及環境設計等方面展開,對保障裝備的高原環境適應性進行了系統的研究,對提高裝備的高原保障能力有積極的意義。

[1] 楊曉然,張倫武,秦曉洲,等.自然環境試驗及評價技術的進展[J].裝備環境工程,2005,12(4):6—16 YANG Xiao-ran,ZHANG Lun-wu,QIN Xiao-zhou,et al. The Development of Natural Environmental Test and Evaluation Technologies[J].Equipment Environmental Engineering,2005,12(4):6—16.

[2] GJB 4239,裝備環境工程通用要求[S]. GJB 4239,General Requirements for Material Environmental Engineering[S].

[3] 許翔,劉瑞林,董素榮,等.車輛高原環境模擬試驗技術發展現狀綜述[J].裝備環境工程,2012,9(6):63—66. XU Xiang,LIU Rui-lin,DONG Su-rong,et al.On Development of Vehicle Simulated Plateau Environmental Test Technology[J].Equipment Environmental Engineering, 2012,9(6):63—66.

[4] 許翔,周廣猛,鄭智,等.高原環境對保障裝備的影響及適應性研究[J].裝備環境工程,2010,7(5):100—103. XU Xiang,ZHOU Guang-meng,ZHENG Zhi,et al.Research on Influence of Plateau Environment on Support E-quipment and Its Environmental Worthiness[J].Equipment Environmental Engineering,2010,7(5):100—103.

[5] 王宏偉,趙云峰,陶帥.裝備全壽命周期環境適應性評價若干問題探討[J].裝備環境工程,2013,10(1): 70—72. WANG Hong-wei,ZHAO Yun-feng,TAO Shuai.On Environmental Worthiness Evaluation during Whole Life Cycle of Equipment[J].Equipment Environmental Engineering,2013,10(1):70—72.

[6] GB/T 19608.3—2004,特殊環境條件分級 第3部分:高原[S]. GB/T 19608.3—2004,Classification of Special Environmental Condition—Part 3:Plateau[S].

[7] 劉瑞林.柴油機高原環境適應性研究[M].北京:北京理工大學出版社,2013:70—77. LIU Rui-lin.Research on Plateau Environmental Adaptability of Diesel Engines[M].Beijing:Beijing Institute of Technology Press,2013:70—77.

[8] 劉誼兵,孫運禮,孔令文.新型螺桿壓縮機在高海拔低溫環境礦山中的應用[J].甘肅冶金,2011,33(5): 83—84. LIU Yi-bing,SUN Yun-li.KONG Ling-wen.Application of A New Type Screw Compressor in Mine of High Altitude and Low Temperature Zone[J].Gansu Metallurgy,2011, 33(5):83—84.

[9] 許翔,張眾杰,鄭智,等.叉車液壓系統高原舉升性能模擬試驗研究[J].軍事交通學院學報,2012,14(3): 45—48. XU Xiang,ZHANG Zhong-jie,ZHENG Zhi,et al.Experimental Study on Loading and Unloading Performance of Hydraulic System of Forklift at Plateau[J].Journal of Military Transportation University,2012,14(3):45—48.

[10]王峰,陳連善.KL-15A型制氧制氮車高原試車[J].深冷技術,2006,(2):31—32. WANG Feng,CHEN Lian-shan.Commissioning of KL-15A Type Oxygen-and Nitrogen-producing Vehicle at Tableland[J].Cryogenic Technology,2006,(2):31—32.

[11]陳開運.高海拔電氣設備工作特點及設計要求[J].機車電傳動,2005,(2):19—22. CHEN Kai-yun.Working Characteristics and Design Requirement of Electric Equipment for High Height above Sea Level[J].Electric Drive for Locomotives,2005,(2): 19—22.

[12]王光福.高原寒區對工程機械性能的技術研究與應用[J].甘肅科技,2009,20(5):44—46. WANG Guang-fu.Study and Application on Engineering Machinery Performance at Plateau[J].Gansu Science and Technology,2009,20(5):44—46.

[13]祝耀昌,王丹.武器裝備環境適應性要求探討[J].航天器環境工程,2008,25(5):416—422. ZHU Yao-chang,WANG Dan.The Environmental Worthiness Requirements with Respect to Weapon Materials [J].Spacecraft Environment Engineering,2008,25(5): 416—422.

[14]于衍華,史國華,山春榮,等.武器裝備環境適應性論證[M].北京:兵器工業出版社,2007:312—315. YU Yan-hua,SHI Guo-hua,SHAN Chun-rong,et al.Demonstration of Weapon Equipment Suitability of Environment[M].Beijing:Weapon Industry Press,2007:312—315.

[15]羅天元.裝備環境適應性的定量化表征技術探討[J].裝備環境工程,2010,7(6):150—152. LUO Tian-yuan.Study on Quantitative Characterization Technique of Environmental Worthiness of Equipment [J].Equipment Environmental Engineering,2010,7(6): 150—152.

[16]胥澤奇,張世艷,宣衛芳.裝備環境適應性評價[J].裝備環境工程,2012,9(1):54—59. XU Ze-qi,ZHANG Shi-yan,XUAN Wei-fang.Environmental Worthiness Evaluation of Equipment[J].Equipment Environmental Engineering,2012,9(1):54—59.

Research on Plateau Environmental Worthiness of Support Equipment

ZHAO Xu-cheng,MA Jun-wei,ZHU Yi-tian,MA Sheng-yong
(Academy of Air Force Logistics,Xuzhou 221000,China)

Objective To improve the support efficiency of support equipment.Methods Using the theory of environmental engineering,the paper studied the issue of Plateau Environmental Worthiness from the aspect of research object,environmental characteristics,environmental impact,worthiness requirement,assessment and design.Results The study found that the environmental indicators have broken through the boundary of the original design,and the environmental factors would restrict the support efficiency of the support equipment.Conclusion Environmental worthiness evaluation of support equipment provided reference for worthiness design.It has a good effect on improving the Plateau environmental worthiness ability of equipment.

support equipment;plateau;environmental worthiness

10.7643/issn.1672-9242.2014.05.006

E23

:A

1672-9242(2014)05-0027-05

2014-06-12;

2014-07-17

Received:2014-06-12;Revised:2014-07-17

趙徐成(1961—),男,江蘇徐州人,碩士,教授,主要研究方向為航空地面保障裝備。

Biography:ZHAO Xu-cheng(1961—),Male,from Xuzhou,Jiangsu,Master,Professor,Research focus:aircraft ground support equipment.