通信指揮方艙取暖試驗方法優化研究

秦超，王永順，趙寶祿，肖小明

（軍事科學院系統工程研究院 環境與可靠性試驗室，河北 涿州 072750）

現在的通指車輛車廂取暖指標測試方法都是按照 GJB 219B—2005《軍用通信車通用規范》規定[1]的要求進行，在完成-40 ℃低溫貯存和工作試驗后，再將環境溫度升至-30 ℃進行取暖測試（在環境溫度-30 ℃條件下，由暖風機等設備將艙內溫度在規定時間內由-30 ℃升至 0 ℃進行評價）。也就是說，通指車輛低溫試驗時，在-40 ℃（或其他溫度點）溫度點測試結束后，還要將環境溫度變化到-30 ℃測試車廂的取暖性能。由于該測試項目只是簡單的指標測試，為提高測試效率，節約成本，研究者們希望能將車廂取暖溫度測試點調整至-40 ℃與車輛功能一塊測試或調整至其他溫度點進行測試。若要調整溫度點，兩種環境溫度下的升溫曲線必須相吻合。

2018年，在GJB 219B—2005修訂時，希望將車廂取暖指標測試的溫度測試點調整至-40 ℃，與車輛功能一塊測試，或調整至常溫點進行測試，但大會未能通過審查。原因是在標準修訂評審大會上，專家對在沒有任何依據情況下憑經驗將溫度測試點從-30 ℃修改到-40 ℃存在質疑，且當時也沒有其他參考資料。故正在履行審批程序的 GJB 219C—XXXX仍然沿用了GJB 219B—2005相關的內容，且仍然保留了原來的試驗方法。

在上述背景下，為更加科學地進行環境試驗，節省試驗時間，提高試驗效率，節約試驗成本，在貼近實際使用的基礎上，申報了該方面的課題進行專門研究。經過近一年的調研、環境試驗經驗總結分析、理論分析和試驗驗證等，取得了滿意的研究結果。相信本研究結論對GJB 219B—2005車廂取暖試驗方法測試用溫度點的修訂能起到一定的技術支撐和參考。

1 理論分析

1）物體升溫所吸收的熱量：

式中：Q為物體吸收的熱量；C為物體的比熱容；m為物體的質量；(t1-t2)為物體的溫度變化值。

從式（1）可以看出，物質吸收和放出熱量的多少只由物體的質量、物體比熱容和物體溫度的變化量這3個量的乘積決定，跟物體的溫度的高低無關，也與環境溫度等因素無關。也就是說，一個物體從一個溫度升至另一個溫度，吸收的熱量只與溫差有關。

2）燃料燃燒釋放熱量：

式中：q為燃料熱值；m為燃料質量。從式（2）可以看出，熱風機燃料燃燒釋放的熱量只與燃料的質量和燃燒值有關，與環境溫度等因素無關。

3）艙壁傳熱速率：

式中：λ為傳熱系數；A為傳熱面積；dt/dx為溫度梯度。可以看出艙壁導熱速率與溫度無關，只與溫度梯度（溫差）有關。

另外，由于暖風機是在-40 ℃可以工作的設備，不存在-30 ℃可工作而-40 ℃或其他合理溫度下不能工作情況。理論分析表明，在加熱措施、升溫設備、材料等條件一致情況下，溫升值只與溫差有關。

2 試驗驗證

2.1 驗證方案

在考慮試驗成本和數據有效性的情況下，課題組分別選擇了1輛方艙通信車和1輛方艙指揮車作為樣本，進行理論驗證測試。環境溫度變化曲線見圖1。測試條件如下所述。

圖1 XXX型方艙溫升曲線Fig.1 Temperature rise curves of XXX-type shelter: a) command vehicle; b) communication vehicle

1）在試驗箱開放狀態下放置10 h后測試。常溫（16 ℃）下測試 2次，-30、-40 ℃環境下各測試 1次。

2）溫度變化與保持。環境升、降溫速率不大于3 ℃/min，從常溫降至到-31 ℃，在艙內平均溫度達-30 ℃并保持0.5 h后，調整環境溫度為-30 ℃，并恒溫保持2 h，然后開始測試。-30 ℃降至-41 ℃，在艙內平均溫度達－40 ℃保持0.5 h后，調整環境溫度為-40 ℃，并恒溫保持2 h，然后開始測試。

3）記錄艙內溫度變化值；

4）加熱計時。測試時，首先關閉門窗，然后啟動暖風機，再從監控溫度探頭檢測到溫度升高時開始計時，5 s記錄一個數據。

5）由于車廂內部前后空間不勻稱，在按照 GJB 219B—2005要求布置溫度探頭方法的基礎上，為取得更多可靠數據，將溫度探頭增加至9個，平均分布在車廂合適位置。

6）利用記錄的測試溫度值，畫出同一個車輛在不同環境溫度下的升溫值與時間的關系曲線，并進行比較。

2.2 試驗結果

試驗共記錄有8組數據，有效數據約23 040個。常溫結果驗證失敗。試驗過程中，由于暖風機有溫度保護措施，致使常溫測試時艙內溫度超過保護值，暖風機出現保護現象。在2次常溫測試過程中，指揮車上暖風機均出現自動停機保護現象，致使采集的溫度數據不能與低溫下有效比較。另外，通信車上暖風機在車內環境溫度高于一定值時也出現了溫度保護現象。現場表現為暖風機供油頻率降低，相應制熱速度減緩，致使采集的溫度數據也不能與低溫下有效比較。

低溫試驗結果與理論計算結果基本一致，測試結果見表1。由表1可以看出，在-30、-40 ℃兩種環境下，在60、65、70 min，指揮車的溫升測試結果分別相差0.0328、0.0097、0.1201 ℃；通信車的溫升測試結果分別相差0.0736、0.1945、0.1111 ℃。由于本試驗溫度的不確定度為0.6 ℃，數據曲線表明，在-30、-40 ℃環境下方艙內的溫升曲線基本吻合，試驗效果基本一致。

表1 車廂溫升最終測試結果Tab.1 Final test results of Communication command shelter temperature rise

3 結論

-30、-40 ℃環境中分別對同一車廂進行升溫，在前70 min時間內，車廂內溫度變化曲線基本一致。在升溫60、65、70 min時間點的升溫值基本相同，即兩種環境溫度下的升溫試驗測試結果基本相同。

測試結果表明，在車廂升溫試驗中，對于同一個指揮、通信車輛，在規定的時間內，車廂內外溫差變化值幾乎相同（在暖風機不保護情況下）。也就是說，對于同一車輛，可以將環境溫度-30 ℃下測試的車廂溫升指標調整到-40 ℃環境中測試。