军用装备电缆战场损伤及抢修研究

【后勤保障与装备管理】

军用装备电缆战场损伤及抢修研究

方强,陈希林,季新源

(空军空降兵学院，广西 桂林541003)

摘要：连接武器系统各装备间的电力、通信、控制信号电缆是武器系统发挥其战斗力的重要保证，电缆在前线战斗中受到损伤会导致整个武器系统战斗力的损失甚至丧失；为了在战场紧张环境下快速修复电缆故障，梳理了电缆战场故障的主要原因，提出了电缆故障的分类方式，并通过军用装备电缆抢修分析方法得出军用电缆战场抢修工具集，确定了电缆战场抢修的步骤方法，是成功研制电缆战场抢修设备的重要依据。

关键词：军用；电缆；战场抢修；战场损伤分类

收稿日期：2015-03-14

作者简介：方强(1979—)，男，硕士，讲师，主要从事指挥信息系统和战场抢修研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.09.015

中图分类号：TP391

文章编号：1006-0707(2015)09-0056-05

收稿日期：2015-06-02

基金项目：中国科学院知识创新工程国防科技创新重要项目(YYYJ-1122)

本文引用格式：方强,陈希林,季新源.军用装备电缆战场损伤及抢修研究[J].四川兵工学报，2015(9):56-59.

Citation format:FANG Qiang, CHEN Xi-lin, Ji Xin-yuan.Research on Battlefield Damage and Repair of Military Equipment Cables [J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(9):56-59.

Research on Battlefield Damage and Repair of Military

Equipment Cables

FANG Qiang, CHEN Xi-lin, Ji Xin-yuan

(Air Force Airborne Academy, Guilin 541003, China)

Abstract:Cables which connect equipments in weapon system to transfer power and communication and control signal are the important guarantee to play the combat effectiveness of the weapon system, while cable damage will lead to weapon system combat loss at the front in the battle. In order to quickly repair the cable damage in battlefield urgent environment, we sorted out the main reason of cable damage in battlefield, and presented damage classification of cables, and concluded military equipment cable repair tools by using military equipment cable repair method, and determined the steps and method of cable repair in battlefield, and it is an important basis for the successful development of cable battlefield repair equipment.

Key words: military use; cable; BDAR (battlefield damage assessment and repair); battlefield damage classification

现代高技术局部战争具有作战空间大、战场变化快、装备战损率高等特点，战场维修保障力量能否快速到达装备损伤现场并实施高效的战场应急维修，直接关系到战斗力的恢复和保持，事关战局乃至战争的成败[1]。在战场环境下，军用装备电缆的损伤将有导致整套武器系统的瘫痪，从而造成部队战斗力的损失。快速、准确的修复军用装备电缆，恢复电缆的基本功能，是军用装备电缆战场抢修的迫切需求。正确分析军用装备电缆战场损伤模式，确定抢修程序和方法，对于设计电缆战场抢修设备具有重要的指导意义。

1军用装备电缆战场抢修的特征及要求

军用装备电缆是指用于连接武器系统各兵器间用于传输电力、通信、控制信号的媒介。军用装备电缆战场损伤的特点在于电缆连接兵器间的信号连通功能的丧失，即由一部兵器发送出的电力、通信、控制信号不能够通过电缆稳定地到达与之相连接的武器系统中的其他兵器。

军用装备电缆战场抢修是指战时在装备集结地域或部署阵地上，通过使用一切可以利用的有效维修资源，在有限的时间内对战伤电缆进行检测定位，并施以标准修理和非标准的应急修理，使其恢复具有一定程度的传输电能或者信息、数据的能力。其中，“装备集结地域或部署阵地”可以是战时装备存放的库房、测试间，也可以是装备的阵地位置。“维修资源”可以理解为电缆战损情况下一切可以利用的人力、物力。“有限时间”，是指在前线战场环境下紧迫的时间条件，由于电缆战损导致连通功能丧失，造成武器系统战斗力的损失。战场抢修的任务目标并不是恢复军用装备电缆的全部功能，比如闪络测试法表现出来的反射或泄露特性，而是要求在短时间内恢复军用装备电缆为武器系统间连接提供一定程度的传输电能或者信息、数据的这一基本能力。

2军用装备电缆战场损伤的原因及分类

电缆是由一根或多根相互绝缘的导体和外包绝缘保护层制成，将电力或信息从一端传输到另一端的导线，主要实现电能、信息的传输和电磁能的转换。

2.1军用装备电缆主要类型

对于军用装备而言，主要的电缆类型有通信电缆、通信光缆、射频电缆、装备供电电缆。

通信电缆是传输电话、电报、电视、广播、数据和其他电信息的电缆。通信光缆是以光导纤维(光纤)作为光波传输介质，进行信息传输的通信线路。射频电缆是适用于无线电通信、光波和有关电子设备中传输射频信号的电缆。装备供电电缆是指从电力系统的配电点把电能直接传送到各种用电设备、器具的电源连接线路用电线电缆。这类产品使用面最广、品种最多，而且大多要结合所用装备的特性和使用环境条件来确定产品的结构、性能。

非光纤和非射频类的通讯电缆、控制电缆和装备供电电缆在电缆战场抢修范畴中更具有普适性，因此文章所指战场抢修的军用装备电缆类型为这3类电缆。

2.2军用电缆战场损伤主要原因

军用装备电缆是武器系统中各兵器间电力和信息传输的媒介。在前线作战时军用装备电缆会遭受各种损伤，其主要威胁分别来自于弹药攻击、电磁攻击[2]和人为损伤。

1) 弹药攻击。20世纪80年代以来，精确制导武器在战争中的广泛运用，使得武器系统在战场上受到攻击的概率大大增强。未来信息化战争中，由于裸露在地表，用于连接武器系统各装备间的电缆受到导弹、炸弹或其破片损伤的概率也前所未有，这必将造成此类电缆的巨大战损消耗[3]。

2) 电磁攻击。电磁攻击是信息化条件下空袭与反空袭作战的重要手段。敷设于地表或浅层地下的电缆在受到不同强度电磁攻击时，其损伤表现为：高压击穿、微波加热和附加损伤[4]。

3) 人为损伤。在战场混乱的环境中，敷设在地面的装备电缆还会遭受车辆或者人员的碾压形成损伤。以及在战场紧张的环境中，战士不按操作规程拖拽电缆头，造成电缆头焊点脱落而人为形成损伤。

2.3军用装备电缆战场损伤的分类

电缆主要由5大部分组成：导体芯线、主绝缘层、半导电层、金属屏蔽层、金属或金属护套。因此，五部分的哪一部分出现问题都可以认为是该电缆有故障。但是，在一些特定的条件下只考虑或只分析电缆中某些主要材料的故障。比如通信电缆、控制电缆一般可以不分析外护套层故障，而只关注金属导体(芯线和屏蔽层)和绝缘层的好坏；再如对于装备供电电缆电压一般不会超过380 V，远远低于35 kV的应力门限，一般不考虑载荷应力故障。

由于人们的工作属性和目的要求不同等原因，将电缆故障按不同的方法进行了多种分类[5-7]。按电缆的组成材料分类，分为导体故障(或称开路故障，含断线故障、似断非断故障)，绝缘故障(含泄露性故障和闪络性故障)。按电缆故障发生的原因分类，分为运行故障，预试故障和外力破坏形成故障。按故障外表特性或人的直觉性分类，分为外露性故障和封闭性故障。按电缆故障发生的部位分类，分为主绝缘体故障，护套故障，本体故障，接头故障。按故障损坏程度分类，分为单点故障、多点故障，大面积或长距离故障，介质强度破坏。按电缆测试原理分类，分为开路故障，低阻故障(可以分为线间短路和对地短路)，高阻故障。

上述分类对于军用装备电缆而言过于详细，不适用于战场电缆抢修的管理。在汇总电缆故障分类方法的基础上，根据便于战场抢修的原则，将军用装备电缆战场损伤总结归纳为以下3类：断路故障，主要指高阻故障，尤其是断线故障；短路故障，主要指低阻故障，尤其是对地低阻和线间低阻；虚焊故障，主要指似断非断故障，尤其是接头虚焊和线间虚接。军用装备电缆战场操作分类模型如图1所示。

图1　军用装备电缆战场损伤分类模型

3军用装备电缆抢修器材筹措

针对军用装备电缆的常见故障，依据维修工作分析方法形成一套军用电缆抢修工作分析方法，其基本思路是对电缆断路、短路和虚焊故障分析其抢修需求和方法，然后进行抢修器材筹措综合评价，最后得出抢修工具器材集，用于电缆故障紧急抢修。

抢修工作分析就是通过对每一项断路、短路和虚焊故障战场抢修工作进行详细的分析，将其分解为各个子工作或工序，确定出每个子工作或工序所对应的备件工具的需求，作为确定系统中备件工具品种与数量的重要输入信息。抢修工作分析的详细分析工作内容包括3个方面：确定抢修工作内容，包括断路、短路和虚焊故障战场抢修的内容、工作频率、维修工作的级别。将上述工作分解为子工作和工序，并确定各子工作和工序的相互顺序关系。确定一次抢修工作对保障资源的需求，这包括每一子工作和工序所需的人员的数量专业与技术等级；是否需要备品备件和所需备品备件的品种和数量；是否需要工具器材及其品种、数量。抢修工作分析的基本流程如图2所示。

图2　抢修工作分析的基本流程

以电缆断路故障抢修为例，抢修工作分析把电缆断路抢修工作分解为破拆电缆表皮、清理断路接头、备用连接线、接续断路电缆、绝缘表皮包裹等五道工序。破拆电缆外表皮需要使用电工刀、斜口钳、尖嘴钳等工具；清理断路接头需要使用斜口钳、老虎钳修剪不合规格的接口，并使用剥线钳去除电缆内表皮；对于断开线路较长的电缆，两个断路接头可能不能够直接接续在一起，因此需要使用一段连接线接续；在标准修理状态下，断路接头需要使用焊锡焊接在一块，非标准应急修理状态下，可以将断路接口使用压接式快速接线端子压接在一块；将断路电缆连通后，需要使用绝缘胶布或热缩套管将金属裸露部分包裹起来，同时还要将破拆的电缆表皮进行封装，这样整个抢修过程才算结束。因此，一次电缆断路抢修需要的工具器材为电工刀、斜口钳、尖嘴钳、老虎钳、电烙铁各一把，备用电缆、绝缘胶布、焊锡丝若干，压接式快速接线端子2个或适合电缆直径的热缩套管若干。此外，通过抢修工作分析得到每次电缆断路抢修消耗的备用电缆约0.2 m，绝缘胶布约1 m，焊锡丝约0.2 m，压接式快速接线端子2个。因此，断路抢修耗材按照备用10次量级进行准备，需要准备备用电缆2 m，绝缘胶布10 m，焊锡丝2 m，压接式快速接线端子20个。

抢修工作分析原理比较简单，但工作量大，需花费大量的时间与劳动量，但这项分析工作又是科学地确定抢修备件工具器材需求的必要方法和手段。最终获得电缆抢修工具备件需求表如表1所示。

表1　电缆抢修工作备件工具需求

4电缆故障抢修程序

军用装备电缆战场抢修恢复的电缆基本连通功能和电缆标准测试维修是有明显差异的。电缆标准测试维修的测试项目和维修规程相当严格，其目标是最大程度地保证军用装备电缆的可靠性、安全性和可信性。但是电缆标准测试维修在战时环境条件下是不具备实施条件的，且维修时间长，与战斗进程的短促性要求不相符合。军用装备电缆战场抢修的核心在于抢修，其主要工作方式是施以非标准的应急维修，从而相对有效地解决系统连通的问题。军用装备电缆战场抢修程序主要分为5步：掌握故障症候，完好性检测，战损评估，故障类型判断和战损定位，实施战场抢修。军用电缆战场抢修流程如图4所示。

4.1掌握故障症候

军用电缆战场抢修工作在4种情况下启动：一是单装系统自检正常，而整机系统自检故障；二是发现有明显战场损伤切口或者碾压痕迹；三是人为暴力破坏情况明确；四是确定有系统互联风险的其他因素。

4.2完好性检测

可以确定的是，不是所有具有故障症候的电缆都是故障电缆，但是具有上述故障症候的电缆，直接用于系统互联的安全风险是很大的。然而如果直接进行故障测试和抢修可能并不一定会有效果。因此，最安全的方法是对故障电缆进行完好性检测，对于军用装备电缆战场抢修而言，一般采用直流电阻法进行粗测即可确定电缆是否完好。如果电缆是完好的，可以结束抢修工作，用于系统互联。如果电缆是故障的，则进入下一步。

4.3战损评估

对于出现故障的军用电缆，需要根据战场抢修时限，组织由基层级维修人员确定战损能否恢复和由谁抢修的评估。评估结果可能是：经抢修后可正常使用、有战损不需修理但可有限制使用、有战损不完全修理后可有限制使用、有战损需后方修理后可使用、无法修理[8]。

4.4故障类型判断和战损定位

电缆故障类型主要可以分为断路、短路和虚焊故障3个大类，而且这3种故障类型对应的故障定位方法并不相同。因此这一步中，主要是采用检测设备，确定故障的类型。电缆故障粗测方法一般可以分为电桥法和行波法。电桥法按其测试原理可以分为直流电阻电桥法、直流高压电阻电桥法，电容电桥法。行波法按其测试脉冲的性质分为低压脉冲测试法(简称脉冲法)，直流高压闪络测试法(简称直闪法)，冲击高压闪络测试法(冲闪法)。借鉴上述两种方法的优长，结合军用装备电缆长度短、阻值低的特性和在现场检测需求，采用数字信号回路法来确定电缆故障。

对于断路和短路故障，可以采用声测法或者行波法进行故障定位，由于考虑军用装备电缆长度较短，使用行波法可能存在测试盲区，采用声测法，定位精度不小于0.2 m。对于虚焊故障定位一般采用红外或者微波探伤进行判别，但是成本较高，系统庞大，部队使用不够方便，因此本项目结合虚焊的应力特性和频谱分析，提出了基于低频振动的虚焊检测技术，可以定位到电缆的故障芯线。

军用电缆故障类型判断和战损定位流程如图3所示。

图3　电缆故障类型判断和定位示意图

4.5战场抢修实施

在故障定位以后，就是利用相应的工具、器材和备件进行电缆抢修。抢修后的电缆再次进行完好性检测，进入下一个抢修工作循环(图4)。

图4　军用电缆战场抢修流程

5结束语

军用装备电缆战场损伤在武器装备系统故障类型中看似简单，但其造成的武器系统战斗力损失可能要比系统中某一兵器故障所造成的损失更大。军用电缆的短路、断路、虚焊故障会造成武器装备系统的传输的数据信号错误或某项功能丧失，甚至整个系统瘫痪。本文对电缆战场损伤的原因进行了分类，通过军用装备电缆抢修分析方法得出抢修工具集，确定了电缆战场抢修的步骤，是研制在战场环境下快速确定电缆故障类型、查找故障点位置、实现高效电缆抢修的军用装备电缆战场抢修设备的理论基础。

参考文献：

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(责任编辑唐定国)