裝甲車輛環境適應性研究體系

李玉蘭，董素榮，劉瑞林

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裝甲車輛環境適應性研究體系

李玉蘭，董素榮，劉瑞林

（軍事交通學院，天津 300161）

為解決裝甲車輛環境適應性相關研究所涉及的各領域之間有效溝通不足的問題，從環境、環境影響效果和裝甲車輛抵抗環境作用能力三方面進行了歸納，對運用環境模擬以及環境適應性試驗、仿真、評價和提高措施等研究領域關注的重點問題、現狀和趨勢進行了分析。形成了每部分各有側重，同時又相互交叉與支持的裝甲車輛環境適應性研究體系。對裝甲車輛環境適應性相關研究進行歸納形成體系，便于不同領域之間加強溝通，有利于解決裝甲車輛發展與運用過程中的問題。

裝甲車輛；環境適應性；研究體系

在現代高技術戰爭背景下，裝甲車輛運用過程中，所處環境復雜多變，惡劣的環境條件可能使其作戰效能下降，甚至功能完全喪失，在允許的使用環境范圍內也可能因環境條件的不同出現作戰效果和效益的差別。為提高裝甲車輛在各種環境的作戰效能，對相關問題的研究一直受到廣泛重視，但由于涉及專業領域較多，各領域之間有效溝通不足，影響了對實際問題的解決，為此文中對裝甲車輛的環境適應性研究體系進行分析。

1 裝甲車輛及其環境適應性

裝甲車輛是“具有裝甲防護的車輛”[1]，在不同業務領域表述略有不同。根據最新版《中國人民解放軍軍語》、《軍事辭海》，以及近年來編纂的《國防經濟大辭典》、《國防科技名詞大典·兵器》等國內巨型辭書對裝甲車輛的定義和詳細解釋，結合環境適應性研究的具體情況，對裝甲車輛的表述為：用于遂行戰斗或戰斗保障任務，具有裝甲防護的車輛裝備。現有裝甲車輛的主要類型如圖1所示，隨著軍隊機械化、裝甲化和信息化程度的不斷提高，裝甲車輛的類型還將逐步增多。

圖1 裝甲車輛的類型

裝備環境適應性是“裝備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、性能和（或）不被破壞的能力”[2]。裝甲車輛的環境適應性與全壽命周期各任務剖面都有密切關系，作為六個通用質量特性之一[3]，是通過論證明確目標和要求，依靠設計落實要求，通過定型固化，再通過使用過程中的保障使其得到保持和發揮。

裝甲車輛環境適應性研究旨在解決裝甲車輛全壽命周期各任務剖面中存在的與環境適應性相關的問題，通過結構或工藝的改進、防護措施的加強以及特殊裝置的采用等技術措施來提高其環境適應能力，從環境適應性方面為裝甲車輛型號設計、論證和定型等工作提供規范、標準的方法手段與技術途徑，為使用階段的保障工作提供理論依據與技術支持，并通過對在役裝甲車輛的分析和總結，為新型號研制積累經驗數據。

裝甲車輛環境適應性研究對于裝甲車輛的型號發展和運用過程中充分發揮效能具有重要意義，作為涉及多個領域、龐大而復雜的系統工程，加強各領域之間的溝通與合作，更有利于研究工作推動實際問題的解決。文中嘗試從環境、環境影響效果和裝甲車輛抵抗環境作用能力三方面內容進行歸納，形成各部分相對獨立又存在關聯的裝甲車輛環境適應性研究體系。

2 裝甲車輛運用環境研究

裝甲車輛在封存、停放、運輸、機動、作戰使用等運用過程中所處的環境稱為運用環境。包括自然界中非人為因素構成的自然環境，以及人為活動、平臺、其他設備或裝甲車輛自身產生的誘發環境。

2.1 環境類型與環境因素研究

環境類型研究是探討裝甲車輛運用環境劃分類型的方法，對自然環境和誘發環境的特點及裝甲車輛所受影響進行總體描述。自然環境類型研究，目前主要是根據氣候特征進行區域劃分[4]，在綜合環境效應分析中需關注地面力學環境等多方面的特征。誘發環境類型研究，要關注的是裝甲車輛預期遇到的電磁環境、誘發力學環境、信息環境等方面的新情況。

環境因素研究是分析各類型環境中是否存在獨立、性質不同、變化規律不同的組成部分（即環境因素），分別研究各環境因素的特點和變化規律以及環境條件的表示方法。特定型號裝甲車輛全面的環境因素研究，應區分全壽命周期各任務剖面的局部環境，對溫度、砂塵和相對濕度[5—8]、風、雪、雨、鹽霧、霉菌、地面力學環境等進行分析。誘發環境因素研究重點是及時跟蹤主動性、對抗性的人為誘發環境新動向，深入研究平臺環境中的振動、沖擊等誘發力學環境，以及自然環境與誘發環境的組合特點。

2.2 環境因素作用機理研究

裝甲車輛環境適應性靠設計納入，在制造中獲得，并在平時的良好保障中得以體現，材料（包括元器件、基本模塊等）、關鍵敏感零部件及總成和分系統、整車構成了影響裝甲車輛環境適應性的三級體系，其中材料是裝甲車輛環境適應性的決定因素。環境因素作用機理研究，是確定材料樣本的試驗和分析方法，應探索單因素的影響機理、多因素綜合效應，以及對其中各因素進行深入分析[9]。

環境因素作用機理研究是一個相對獨立的研究領域，其研究成果具有通用性。裝甲車輛環境因素作用機理研究主要是對現有結論和試驗方法的適用性進行分析，剪裁可用的內容，補充特有的環境因素作用機理。

2.3 運用環境模擬研究

裝甲車輛運用環境模擬研究，是探討再現裝甲車輛運用環境的技術措施，或者人為強化、增加某些環境因素的技術措施。包括環境因素模擬原理、模擬裝置設備、多種環境因素復合效應模擬系統以及環境因素模擬參數控制等內容。

在實驗箱、實驗艙或實驗間模擬環境因素，可以設置可控的、更為嚴苛的條件。自然環境模擬，在實驗箱和小型實驗艙內實現溫度、濕度、光照等環境模擬比較簡單，需要進行理論分析和系統設計的主要有：模擬砂塵環境[10]以及大型艙室日照模擬[11]、低氣壓模擬和溫度動態調節控制[12]，還有溫度、濕度等多種環境因素復合模擬[13]。誘發環境模擬研究主要是再現電磁環境[14]和振動環境[15—17]。

在實際環境中，增加或強化某些特定的環境因素，可以模擬更惡劣、更復雜的環境條件。例如，利用太陽跟蹤聚光裝置或IP/DP箱實現對直接暴露試驗中太陽輻射環境因素的加強，利用噴淋裝置增加試件表面濕度等[18]；在自然環境中構建接近實戰環境的復雜電磁環境，對主動、對抗最激烈的軍用有意電磁輻射進行重點描述[19]。

裝甲車輛環境適應性試驗中存在爆炸、強烈沖擊等惡劣環境條件，在環境模擬中必須注意對安全隱患的消除和防護。例如，對鋰電池等可能爆炸的元器件、裝置，要求實驗箱具有防爆功能[20]。進行射擊試驗的綜合環境適應性實驗室，對于安全要求、場地條件和試驗條件有很高的標準。

3 運用環境對裝甲車輛的影響效果研究

運用環境對裝甲車輛的影響效果，是指裝甲車輛（及其關鍵敏感部件、總成和分系統）的結構、聯接關系和性能受典型環境影響產生的變化程度及其與環境因素的對應關系。

3.1 環境適應性試驗研究

裝甲車輛環境適應性試驗研究，是探討在典型環境中進行裝甲車輛試驗的方法和程序，獲得試驗數據，并對試驗數據進行處理，分析特定環境因素對裝甲車輛的影響。

裝甲車輛環境適應性試驗研究包括：在現有試驗標準的基礎上，對試驗技術和方法進行剪裁，形成具有操作性的試驗大綱，并依此進行典型環境下的試驗，根據試驗結果評估裝甲車輛對特定環境條件的適應性，例如整車大氣暴露試驗[21]、氣密性試驗[22]等；對不同模擬環境或模擬環境與自然環境下的試驗數據進行對比，研究同一環境因素影響效果的關聯性[23]；研究試驗數據分析方法和影響效果評價方法[24]；在比較全面、充足的試驗數據支持下，明確裝甲車輛為適用于特定環境而應滿足的要求，形成環境適應性試驗標準。

一般來說，裝甲車輛環境適應性試驗會覆蓋所有的運用環境類型和主要環境因素，仿真可以減少試驗的次數，但是裝甲車輛在各種典型環境特別是自然環境下的試驗仍必不可少。試驗作為裝甲車輛環境適應性評定的最終依據和對仿真等其他研究工作的數據支持不可替代。裝甲車輛環境適應性試驗在符合要求的實際環境或模擬環境中進行，然而，實際環境可重復性差，試驗周期長，野外極端環境條件下試驗和參量測試、數據分析處理都受到諸多限制，模擬環境成本高，加速試驗可能導致影響機理失真。因此，提高試驗結果的可信度，降低試驗難度和成本，獲取盡可能多的有效數據與信息，是裝甲車輛環境適應性試驗研究的目標，也使試驗研究成為裝甲車輛環境適應性研究的關鍵性內容，在工作量、工作周期、成本等方面都占有很大的比重。

3.2 環境適應性仿真研究

裝甲車輛環境適應性仿真研究，是對裝甲車輛工作過程中涉及的復雜數學模型和抽象物理模型進行數值模擬，把裝甲車輛在實際環境中產生的環境效應以數值、圖線或動畫形式展示出來。以便分析裝甲車輛效能或功能受到的影響，預測仿真對象的基本性能，進行多參數方案的研究與比較，實現結構參數和運行參數的優化。

裝甲車輛環境適應性仿真研究最典型的應用是對發動機及其相關系統的仿真。例如，分析傳熱與工況、氣溫、氣壓的關系[25]；分析冷卻系統性能影響因素及其相互影響關系[26—30]；建立增壓器參數與工況及氣壓的匹配關系[31]；建立發動機內燃燒過程、油氣混合過程的中間參數[32]；研究缸蓋[33]等發動機零部件振動仿真模型的振動參量與缸內燃燒特征參數的對應關系；分析發動機與輔助系統之間的聯動關系和相互影響[34]；實現各激勵載荷的單獨作用，計算機體的振動響應及傳遞特性[35]。

對裝甲車輛主動懸架系統工作過程[36—38]的仿真用于分析懸架參數對整車平順性的影響，目前的振動激勵主要是采集的路譜或仿真生成的道路模型，還沒有與實際的地面力學環境緊密聯系起來。

對裝甲車輛空投著陸過程的仿真分析，可以分析內部零部件承受的振動、沖擊等實際試驗中難以測量的參量，分析振動與沖擊的傳遞特性和對相關零部件、總成和分系統的影響，進行車架[39]等結構的優化設計。炮塔振動仿真可以分析炮塔振動的影響因素，還可以分析對裝甲車輛行駛平順性和乘員的舒適性、戰斗力以及車載設備穩定性和可靠性的影響[40]。

4 裝甲車輛抵抗環境作用能力研究

裝甲車輛抵抗環境作用的能力，可分為三個層次：在典型環境中裝甲車輛零部件、總成、分系統和整車不發生外觀和性能的變化；發生變化但不影響作戰效能或功能；作戰效能下降或功能喪失的程度在可接受的范圍內。裝甲車輛不同的零部件、總成和分系統，根據它們在作戰中發揮的作用和效能下降、功能喪失對整車效益的影響，可分別以上述三個層次之一作為能力要求，并依此確定抵抗環境作用能力的評判準則。

4.1 環境適應性評價研究

裝甲車輛環境適應性評價研究，是確定裝甲車輛抵抗環境作用能力的評判準則和評價方法，將試驗與取得的數據等信息綜合分析、判斷，并對環境適應性要素做出決策。

運用環境中產生綜合的長期緩慢累積性破壞效果的主要是振動、沖擊的累積損傷以及鹽霧、霉菌等的腐蝕。其特點是相關環境因素作用時間長，作用效果特征信息復雜，需要對裝甲車輛抵抗環境作用能力的評判準則和評價方法等相關問題進行研究。例如，對發動機振動狀態大樣本數據建立振動狀態綜合評價函數，進行振動狀態綜合評價研究[41]；通過模擬計算考察氣缸蓋與氣缸體等重要零部件的強度、剛度、耐久性和疲勞特性[42]；發動機環境適應性綜合評價體系研究[43]；構建發動機使用環境因素指標體系，并確定權重，計算發動機在不同使用環境下的實際摩托小時消耗；定量評價機動平臺的振動，找出影響振動定量大小的主要因素[44—45]；評價多次著陸沖擊作用下的結構累積損傷[46]。

運用環境中電磁環境的短時快速破壞及對功能的影響，其特點是相關環境因素作用時間短，作用效果特征顯著，裝甲車輛抵抗環境作用能力的評判準則和評價方法相對簡單。

4.2 提高裝甲車輛環境適應性的措施研究

提高裝甲車輛環境適應性主要從設計中進行結構和工藝改進、加裝輔助裝置以及使用過程中良好保障三方面著手。使用過程中的保障工作主要依據裝甲車輛的保障要求和實際保障經驗實施，設計中進行結構和工藝改進、加裝輔助裝置，則要通過對裝甲車輛關鍵敏感部件、分系統或整車新工藝、新設計的環境適應性試驗數據或仿真結果的分析[47—51]，明確結構改進、降低或減緩環境影響設計的發展方向。例如，采用高原增壓技術、高原燃燒優化技術、高原低溫啟動技術、高原熱平衡控制技術及代用燃料和富氧燃燒技術[52]等提高發動機高原環境適應性；采用性能優良的涂層等表面處理工藝提高零部件的防腐蝕[53—56]、防霉菌能力；機械加工零件采用可減少應力集中的結構設計、優化各機件的聯接方式提高抗振動和沖擊能力；采取電磁屏蔽和防護措施提高電磁環境適應性等。最終確定的技術措施是綜合經濟效益、軍事價值等各方面因素而決定的。

5 結語

對裝甲車輛環境適應性相關研究從環境、環境影響效果和裝甲車輛抵抗環境作用能力三方面進行歸納，對運用環境模擬以及環境適應性試驗、仿真、評價和提高措施研究等領域關注的重點問題、現狀和趨勢進行分析，形成了每部分各有側重，同時又相互交叉與支持的體系，便于加強不同領域之間的溝通，從而有利于解決裝甲車輛發展與運用過程中的問題。

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Research System for Environmental Adaptability of Armoured Vehicles

LI Yu-lan, DONG Su-rong, LIU Rui-lin

(Military Transportation University, Tianjin 300161)

To solve the problem of effective communication shortage among various fields involved in environment adaptability studies of armored vehicles, the studies were generalized from three aspects, which were environment, environmental effects and armored vehicle resist ability against environmental effect. The focus problems, the situations, and the trends were analyzed for each field, including applying environmental simulation, environmental adaptability test, simulation, and evaluation, and also improving measures. An environmental adaptability research system for armored vehicle was formed, with each part focusing on different aspect, and at the same time, intercrossing and supporting each other. Forming system by generalizing environment adaptability studies of armored vehicles was convenient for strengthening communications among various fields, which was beneficial for solving problems about development and application of armored vehicles.

armored vehicle; environmental adaptability; research system

10.7643/ issn.1672-9242.2017.04.017

TJ06

A

1672-9242(2017)04-0082-05

2016-12-26；

2017-01-26

“十三五”國家重點出版物出版規劃項目

李玉蘭（1977—），女，河北高碑店人，博士，主要研究方向為車輛裝備性能測試、仿真分析與評價。