通信指挥方舱取暖试验方法优化研究

秦超，王永顺，赵宝禄，肖小明

（军事科学院系统工程研究院 环境与可靠性试验室，河北 涿州 072750）

现在的通指车辆车厢取暖指标测试方法都是按照 GJB 219B—2005《军用通信车通用规范》规定[1]的要求进行，在完成-40 ℃低温贮存和工作试验后，再将环境温度升至-30 ℃进行取暖测试（在环境温度-30 ℃条件下，由暖风机等设备将舱内温度在规定时间内由-30 ℃升至 0 ℃进行评价）。也就是说，通指车辆低温试验时，在-40 ℃（或其他温度点）温度点测试结束后，还要将环境温度变化到-30 ℃测试车厢的取暖性能。由于该测试项目只是简单的指标测试，为提高测试效率，节约成本，研究者们希望能将车厢取暖温度测试点调整至-40 ℃与车辆功能一块测试或调整至其他温度点进行测试。若要调整温度点，两种环境温度下的升温曲线必须相吻合。

2018年，在GJB 219B—2005修订时，希望将车厢取暖指标测试的温度测试点调整至-40 ℃，与车辆功能一块测试，或调整至常温点进行测试，但大会未能通过审查。原因是在标准修订评审大会上，专家对在没有任何依据情况下凭经验将温度测试点从-30 ℃修改到-40 ℃存在质疑，且当时也没有其他参考资料。故正在履行审批程序的 GJB 219C—XXXX仍然沿用了GJB 219B—2005相关的内容，且仍然保留了原来的试验方法。

在上述背景下，为更加科学地进行环境试验，节省试验时间，提高试验效率，节约试验成本，在贴近实际使用的基础上，申报了该方面的课题进行专门研究。经过近一年的调研、环境试验经验总结分析、理论分析和试验验证等，取得了满意的研究结果。相信本研究结论对GJB 219B—2005车厢取暖试验方法测试用温度点的修订能起到一定的技术支撑和参考。

1 理论分析

1）物体升温所吸收的热量：

式中：Q为物体吸收的热量；C为物体的比热容；m为物体的质量；(t1-t2)为物体的温度变化值。

从式（1）可以看出，物质吸收和放出热量的多少只由物体的质量、物体比热容和物体温度的变化量这3个量的乘积决定，跟物体的温度的高低无关，也与环境温度等因素无关。也就是说，一个物体从一个温度升至另一个温度，吸收的热量只与温差有关。

2）燃料燃烧释放热量：

式中：q为燃料热值；m为燃料质量。从式（2）可以看出，热风机燃料燃烧释放的热量只与燃料的质量和燃烧值有关，与环境温度等因素无关。

3）舱壁传热速率：

式中：λ为传热系数；A为传热面积；dt/dx为温度梯度。可以看出舱壁导热速率与温度无关，只与温度梯度（温差）有关。

另外，由于暖风机是在-40 ℃可以工作的设备，不存在-30 ℃可工作而-40 ℃或其他合理温度下不能工作情况。理论分析表明，在加热措施、升温设备、材料等条件一致情况下，温升值只与温差有关。

2 试验验证

2.1 验证方案

在考虑试验成本和数据有效性的情况下，课题组分别选择了1辆方舱通信车和1辆方舱指挥车作为样本，进行理论验证测试。环境温度变化曲线见图1。测试条件如下所述。

图1 XXX型方舱温升曲线Fig.1 Temperature rise curves of XXX-type shelter: a) command vehicle; b) communication vehicle

1）在试验箱开放状态下放置10 h后测试。常温（16 ℃）下测试 2次，-30、-40 ℃环境下各测试 1次。

2）温度变化与保持。环境升、降温速率不大于3 ℃/min，从常温降至到-31 ℃，在舱内平均温度达-30 ℃并保持0.5 h后，调整环境温度为-30 ℃，并恒温保持2 h，然后开始测试。-30 ℃降至-41 ℃，在舱内平均温度达－40 ℃保持0.5 h后，调整环境温度为-40 ℃，并恒温保持2 h，然后开始测试。

3）记录舱内温度变化值；

4）加热计时。测试时，首先关闭门窗，然后启动暖风机，再从监控温度探头检测到温度升高时开始计时，5 s记录一个数据。

5）由于车厢内部前后空间不匀称，在按照 GJB 219B—2005要求布置温度探头方法的基础上，为取得更多可靠数据，将温度探头增加至9个，平均分布在车厢合适位置。

6）利用记录的测试温度值，画出同一个车辆在不同环境温度下的升温值与时间的关系曲线，并进行比较。

2.2 试验结果

试验共记录有8组数据，有效数据约23 040个。常温结果验证失败。试验过程中，由于暖风机有温度保护措施，致使常温测试时舱内温度超过保护值，暖风机出现保护现象。在2次常温测试过程中，指挥车上暖风机均出现自动停机保护现象，致使采集的温度数据不能与低温下有效比较。另外，通信车上暖风机在车内环境温度高于一定值时也出现了温度保护现象。现场表现为暖风机供油频率降低，相应制热速度减缓，致使采集的温度数据也不能与低温下有效比较。

低温试验结果与理论计算结果基本一致，测试结果见表1。由表1可以看出，在-30、-40 ℃两种环境下，在60、65、70 min，指挥车的温升测试结果分别相差0.0328、0.0097、0.1201 ℃；通信车的温升测试结果分别相差0.0736、0.1945、0.1111 ℃。由于本试验温度的不确定度为0.6 ℃，数据曲线表明，在-30、-40 ℃环境下方舱内的温升曲线基本吻合，试验效果基本一致。

表1 车厢温升最终测试结果Tab.1 Final test results of Communication command shelter temperature rise

3 结论

-30、-40 ℃环境中分别对同一车厢进行升温，在前70 min时间内，车厢内温度变化曲线基本一致。在升温60、65、70 min时间点的升温值基本相同，即两种环境温度下的升温试验测试结果基本相同。

测试结果表明，在车厢升温试验中，对于同一个指挥、通信车辆，在规定的时间内，车厢内外温差变化值几乎相同（在暖风机不保护情况下）。也就是说，对于同一车辆，可以将环境温度-30 ℃下测试的车厢温升指标调整到-40 ℃环境中测试。