火炮系統高原環境適應性分析范文

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《裝備環境工程雜志》2014年第三期

1高原典型環境效應

高原環境對裝備的影響因素主要體現在:低氣壓缺氧、低溫、輻射、沙塵等。低氣壓缺氧引起的環境效應主要體現在:功率下降，發動機啟動與燃燒不正常;氣密設備應力增大，造成密封外殼變形，焊接開裂，結構損壞，設備泄漏;空氣抗電強度降低，產生電弧，電暈放電等現象;空氣介電常數降低，電參數發生變化;低密度材料物理和化學性能發生改變;熱傳導降低，引起裝備過熱。低溫環境效應主要體現在:熱脹冷縮引起機械接觸部件卡死、破裂脆裂;彈簧部件彈性性能下降;電子器件及機電部件性能改變;材料低溫硬化與脆化;潤滑劑粘度增加導致傳動失效;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主要體現在:機械零部件的變形或破裂，運動部件的卡緊或松弛;金屬材料腐蝕或非金屬材料老化;表面涂層開裂;密封艙泄漏;絕緣保護失效等。太陽輻射效應主要體現在:活動部件受熱不均勻而卡死或松動;電子器件和機電部件性能發生變化;復合材料物理化學性質改變，強度和彈性發生變化;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;密封材料穩定性下降，喪失密封性能。沙塵效應主要體現在:沙塵進入裝備內部會使活動部件卡死，過濾裝置阻塞;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、有機物和有害氣體還能加速金屬腐蝕和材料變質;靜電荷增大，產生電噪聲;吸附水分，降低材料的絕緣性能;熱傳導下降，干擾光學裝置的光學特性。

2高原環境對火炮系統的影響分析

2．1火炮結構特點分析火炮是利用火藥在管形內膛燃燒形成燃氣壓力來發射彈丸的一種射擊武器。對于自行火炮而言，主要由火力與控制系統、推進系統和輔助系統組成。其中火力與控制系統由火力系統、火控系統和輔助武器等組成;推進系統由動力裝置、傳動裝置、操縱裝置、行動裝置、車體等組成;輔助系統由電氣系統、通信系統、夜視儀器、三防裝置、煙幕裝置、液壓系統等組成。從火炮結構組成可以看出，火炮是一種特殊的機電裝備，大量采用機械、電子、液壓、氣動等部件，采用了多種金屬、非金屬材料。從受高原環境影響不同的角度，可以將火炮部件歸納為:動力部分、機械配合及傳動件、電子器件、液壓部件、密封件、彈簧等幾類。

2．2高原環境對火炮動力部分的影響動力部分為自行火炮提供機動的動力。高原惡劣環境會對其產生很大的影響，具體表現為以下幾個方面。1)低壓缺氧的環境，使發動機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，每升高300m，功率下降4%，發動機動力不足。3)空氣密度低，發動機冷卻風扇流量少，散熱效果下降，多余熱量不能及時散發，發動機、傳動系統、液壓系統容易過熱。4)海拔越高，氣壓越低，水的沸點下降。通常海拔在4km時，水的沸點為85℃左右，而冷卻系統防凍液正常工作溫度應在90℃左右，冷卻系統不能正常工作。5)高原氣溫低，空氣溫度達不到發動機氣缸所需啟動溫度，且氣缸內壓縮空氣壓力明顯低于正常啟動時所要求的壓力，使得發動機啟動困難。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，啟動時電能不足。7)高原空氣稀薄，發動機增壓后空氣量和增壓壓力相應發生變化，導致增壓器壓氣輪出現喘振、廢氣渦輪出現阻塞，發動機排氣溫度過高等問題。8)液壓系統與發動機匹配發生變化，各液壓閥、液壓缸等執行元件的動作時間隨海拔高度增加而動作遲緩，液力傳動受發動機外特性影響較大，機械功率轉變成熱量，散熱差，作業油溫高，嚴重影響動力的有效傳動。

2．3高原環境對火炮機械配合及傳動件的影響火炮武器系統中存在大量的機械配合及傳動接觸部件，如炮身在搖架內的后坐復進直線運動，高低機和方向機起落、回轉時的旋轉運動，瞄準裝置的瞄準過程，炮閂的擊發過程等，其傳動形式主要有摩擦滑動、齒輪傳動、渦輪蝸桿的螺旋傳動等。高原惡劣的環境條件會對接觸部件產生很大的影響，表現為:因溫差變化大，各類接觸部件金屬熱膨脹或收縮不均勻，引起結構件變形，接觸間隙改變，使得接觸受力和接觸部位產生改變，帶來了運動摩擦增大，部件局部受力不均勻，造成接觸部位發生過度磨損甚至損壞等現象;同時高原地區風沙大，特別是在干燥環境下微小塵埃含量加大，造成接觸部件大量帶入沙塵，運動摩擦增大，同樣會造成接觸部位發生過度磨損甚至損壞的現象。在以上的影響下，火炮瞄準精度下降，傳動部件受力狀況進一步惡劣，造成部件受力增大，傳動部件損壞，火炮結構部件接觸部位磨損加大。

2．4高原環境對火炮電子器件的影響火炮上大量使用了各類電子器件，既有電源設備，也有各類數字信息、通信設備，高原環境會對其產生一定影響。高原環境下，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，電氣設備絕緣強度降低。同時高原日照強烈，紫外線強度大，會促使絕緣材料老化加快，特別是有機絕緣材料，會加速油漆涂層的老化和龜裂?？諝饷芏刃。娮悠骷砻嫔嵝阅芟陆?，導致器件的性能下降或運行不穩定等現象。

2．5高原環境對火炮液壓、密封部件的影響火炮系統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構，包括制退機和復進機等?；鹋诘钠渌考泊罅坎捎昧艘簤航Y構，如用于傳動的液壓式高低機、用于改善起落部分受力不均的平衡機等，各種武器還大量使用了液壓千斤頂來承擔火炮發射時的受力。同時由于大量液壓部件的使用，必然對密封結構提出了更高的要求，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、液壓馬達等執行元件磨損量增大，密封件磨損老化嚴重，液壓泄漏量增大。沙?；驂m埃進入液壓系統，又會加速各元件的磨損或堵塞，導致液壓系統出現功能障礙，從而影響反后坐裝置、平衡機、液壓千斤頂等設備的使用可靠性。高原低氣壓同樣會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生變形或開裂的危險。同時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出現老化硬化、失去彈性等現象，引起密封部件失效、泄漏和損壞等，從而影響反后坐裝置、平衡機和千斤頂等部件的工作性能。

2．6高原環境對火炮彈簧類器件的影響火炮大量使用了各類彈簧元器件，從重要的擊發機構、保險機構到平衡機、懸掛彈簧到搭扣、卡鎖、鉸鏈、開關、手柄、杠桿、防轉墊圈等器件。高原環境會對此類部件造成影響。主要體現為:低溫冷脆效應，使得彈簧器件在低溫條件下出現彈性性能降低，剛度下降、行程縮短等現象，造成工作不可靠;彈簧導向筒、導向桿等彈簧導向、定位零部件在低溫情況下膨脹收縮變形、潤滑不佳以及受沙塵侵入影響，會造成彈簧部件失效現象頻發;溫度的交替變化，使得彈簧材料產生時效退化效應，導致彈簧性能降低，緊固件松脫，卡鎖失靈等。以上因素會導致擊發機構失靈、反后坐裝置作用不可靠、自動機異常、各類關卡機構異常和彈簧墊圈等防松零部件失效等現象的發生。

3火炮系統高原環境下防護措施

為避免高原環境對火炮系統的影響，火炮系統需要采取針對性的防護措施。動力部分需配備大容量蓄電池，并采取防寒措施，對發動機進行渦輪增壓，提高發動機功率。增加散熱器散熱面積，改善散熱條件，降低熱負荷。采用大流量、低阻力、濾清效率高的空氣濾清器。選用耐低溫的潤滑油、防凍液和機油。機械配合及傳動件應選用有良好沖擊韌性的耐低溫結構件，活動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，避免尖端結構與殘留毛刺，防止尖端放電發生。彈簧元器件選擇適應高原低溫及溫差變化環境的器件。對于液壓、密封部件，增大液壓系統散熱面積，必要時采取強制冷卻措施。液壓泵采取相應措施，消除低氣壓引起的液壓泵容積效率下降的問題。液壓油箱應采用防止沙塵和水進入的措施。合理選用密封件和橡膠件，提高密封性能。液壓油管應選用抗紫外線和耐寒性能強的材料，選擇耐老化、抗紫外線、耐低溫的密封件。

4結語

從高原環境特點和環境效應入手，分析了高原環境對火炮系統的影響因素和影響程度，提出高原環境下火炮系統的一些防護措施，為提高火炮系統高原環境適應性進行了一些有益的探討。分析結果對提高高原環境下試驗和使用的火炮系統整體性能和環境適應性能具有參考價值。

作者：王保貴王堅單位：北京跟蹤與通信技術研究所