高原環境對航空保障裝備的影響分析及對策

高 陽，胡 杰，胡連桃

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

近年來，我國西部高原地區形勢十分復雜嚴峻，蠶食與反蠶食、擴張與反擴張、侵略與反侵略尖銳存在，高原地區必然成為軍隊潛在的重要作戰方向，高原飛行作戰的保障工作變得越來越突出。然而，受到高原惡劣環境的影響，航空裝備保障面臨諸多困難和挑戰。例如，保障裝備動力不足、首次起動困難、產氣供氣量顯著下降、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境適應性研究，找出高原環境對保障裝備的主要影響因素，改進保障裝備的高原技術性能，以增強高原飛行保障能力，滿足高原飛行保障需求。

1 高原氣候環境的特點

構成高原氣候環境的因素很多，具體表現為：氣壓低，在海拔4000m以上，年平均氣壓54.0kPa～61.7kPa，是平原地區的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 高原環境對航空保障裝備的影響分析

2.1 高原環境對裝備動力系統的影響

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，使得氣缸內充氣量減少，過量空氣系數下降，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 高原環境對裝備電氣系統的影響

1）空氣密度降低對電氣設備的影響[7,8]。一是導致電氣設備外絕緣強度削弱，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。三是使以空氣介質滅弧的開關電器滅弧性能降低，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%。四是導致電氣產品的散熱能力降低，持續載流能力下降。

2）溫度、濕度降低和溫差增大對電氣設備的影響。一是高原環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償電氣設備的溫升問題。二是高原環境日溫差較大，容易造成電氣產品機械結構變形，涂層開裂脫落，密封結構遭到破壞。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的1.25倍。電氣產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，產生機械熱應力。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，導致電氣產品外絕緣強度和電暈起始電壓降低。

2.3 高原環境對裝備氣源系統的影響

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環境空氣的密度、溫度、濕度設計的，在高原環境下，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。低溫環境使得空氣壓縮機的潤滑油粘度增加，各機械結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 高原環境對裝備液壓系統的影響

受高原環境氣壓低、溫度低、溫差大、沙塵多、光照強等因素的影響，液壓系統與發動機的匹配性能變差，設備沖擊、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 高原環境下航空保障裝備的改進對策

3.1 對裝備動力系統進行技術改進

1）采用功率恢復增壓技術，解決發動機功率不足的問題[6]。通過在高原柴油發動機機上安裝可調渦輪增壓器，同時減少增壓器轉子轉動慣量和渦輪流通面積，可大大改善發動機的加速性能。該方法不僅使增壓器與發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，從而增大柴油發動機的功率和扭矩。

2）采用低溫啟動技術，解決發動機啟動困難的問題[2]。一是在柴油發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，解決發動機散熱能力差的問題。首先是對冷卻系統進行優化配置，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好的材料；提高水泵轉速，加大水泵流量，從而加快冷卻液的循環速度；增大風扇直徑、調整風扇葉片安裝角并提高風扇轉速，以增大扇風量。其次，針對換熱器冷卻水在高原環境下容易“開鍋”的問題，建議將底盤發動機和上裝發動機的冷卻介質由水更換為高原專用型冷卻液（PER-30型防銹防凍液）。

3.2 對裝備電氣系統進行技術改進和器件選擇

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

1）對高壓電氣設備進行校驗和選擇。研究表明，高原環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，對高壓元器件應采取加強絕緣的措施，如選用高原型產品、增加元器件之間的空氣間隙等。對于高壓開關柜，在室外使用時其額定電流保持不變，而在室內使用時高壓開關柜中導體的載流量將受到影響，需考慮對相關元器件進行降容校正，斷路器、繼電器和接觸器的修正系數見表1。

2）對低壓電氣設備進行校驗和選擇。對于以空氣為滅弧介質的開關元器件，應根據海拔高度的增加來降低額定接通和關斷電流容量。對于成套低壓開關和控制設備，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。高原用電工產品電氣間隙的修正系數，見表2。

3）對材料和電纜進行選擇。高原電氣產品選用的材料應滿足最低環境溫度的要求，尤其是橡膠產品，必須保證橡膠彈性和密封要求。絕緣材料的選擇，應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，在高原地區不宜選用對氣候適應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較大溫差的交聯乙烯-丙烯橡膠電纜。

3.3 對裝備氣源系統進行技術改進

為滿足航空保障裝備氣源系統在高原地區使用的性能要求，應調整空壓機的進氣壓力和卸載壓力，提高壓縮比；如果當地的大氣壓力過低，調整后的壓縮比已達到最大的規定值，仍不能滿足裝備性能要求，應當選擇增設增壓裝置（如鼓風機）對空壓機進行預增壓，以增大進氣壓力；對于飛機空調車，可提高鼓風機的轉速，來增加供風量。此外，還應選用適應高原低溫環境的潤滑油，以保證低溫條件下空壓機具有良好的潤滑性能。

3.4 對裝備液壓系統進行技術改進

提高航空保障裝備液壓系統的高原適應性，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]。液壓油是液壓系統的重要工作介質，具有傳遞能量、潤滑和冷卻的作用，造成液壓系統效能低下，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的修正系數表

表2 高原用電工產品的電氣間隙修正系數表

4 結束語

通過上述研究可以發現，高原環境對航空保障裝備的性能影響十分顯著，且表現為多種環境因素的綜合作用，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、設計和研制過程中必須充分考慮高原環境因素的影響，加強裝備高原環境的適應能力。為此，還需在以下兩個方面繼續開展工作：一是開展保障裝備高原環境模擬試驗研究，將環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境標準體系，規定保障裝備在高原環境條件下的技術要求，為高原型保障裝備的設計、研制提供依據。

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