装甲车辆空调技术特点及指标体系研究

冷晓艳，李 静，张海川，牛 茹

（解放军63961 部队，北京 100012）

0 引言

装甲车辆按用途可分为突击战斗车辆（如坦克、步兵战车、装甲输送车等）、火力支援车辆（如自行反坦克炮、自行榴弹炮、自行加榴炮、自行迫榴炮、自行高炮、自行火箭炮、防空导弹发射车、反坦克导弹发射车等）和侦察指挥车辆（如装甲侦察车、装甲指挥车、装甲通信车等）等，现代战场上，由于作战纵深大、火力密度强，原来没有装甲防护的车辆也有装甲化趋势，使装甲车辆种类不断增加［1］。装甲车辆的基体大多由金属材料构成，比热小、导热快，车辆内部温度受外部环境温度和太阳辐射的影响较大。当外部温度在35℃时，装甲车辆舱内温度可达50℃以上，远超人体最舒适温度（约为33℃～34℃）［2］。从人机工效角度考虑，给车内乘员提供舒适的工作环境，对提高战斗力有重要作用。此外，一些电子设备对工作环境温度也有较高要求。因此，装甲车辆配备空调极具必要性，能够改善坦克、步兵战车、自行火炮等各类装甲车辆的温度环境条件，对提高乘员作业效能、保证舱内设备正常高效工作有重要作用。在此背景下，研究装甲车辆空调技术特点和指标体系，对提高装甲车辆空调质量和装甲车辆空调的标准化、系列化、通用化水平具有重要意义。

1 装甲车辆空调技术特点

1.1 装甲车辆空调分类

装甲车辆空调的温度调节方式一般为单冷式。空调热泵因制冷剂特性在零下10℃的环境温度下效果差，能效比低，频繁除霜，造成车内温度范围波动大。且电加热的用电功耗大，对车辆电网压力大，所以装甲车辆一般采用发动机余热、电加热制热或燃油加热器辅助制热。

按照工作原理不同，装甲车辆空调主要分为蒸汽压缩式循环制冷空调、空气循环制冷空调、固体吸附式制冷空调等［3-5］。其中，技术上最成熟的是蒸汽压缩式循环制冷空调。蒸汽压缩式循环制冷是根据逆卡诺循环原理，利用制冷剂在低温低压下蒸发吸热，在高温高压下冷凝放热来进行热量转移，基本工作流程是压缩、冷凝、节流、蒸发等。空气循环制冷是根据逆布雷顿循环原理，利用压缩空气膨胀时吸热来制冷，常用于飞机上的环境控制系统。固体吸附式制冷是通过微孔固体吸附剂在较低温度下吸附制冷剂，在较高温度下解吸制冷剂，通过吸附、解吸的循环来实现制冷。国内生产的装甲车辆空调大多为蒸汽压缩式循环制冷空调。

蒸汽压缩式循环制冷装甲车辆空调（以下简称“此类装甲车辆空调”）的主要组成一般由制冷系统、通风系统、控制系统等组成，其中，制冷系统包括压缩机、冷凝器、节流机构、蒸发器、制冷剂等，通风系统包括风机、送风道、末端出风口等，控制系统包括主控制箱、操控面板、各类保护及报警器等。

对于此类装甲车辆空调，可按照空调压缩机的驱动方式分类，分为机械驱动、电驱动和双制式混合驱动。机械驱动包含发动机驱动、液压驱动等。电驱动的供电来源一般是车辆发电、外接市电或油机供电，按空调工作方式又分为定频和变频两种。双制式混合式驱动有机械驱动和电驱动两种工况。国内生产的此类装甲车辆空调驱动方式大部分为机械驱动，双制混合式驱动次之，电驱动较少。

此类装甲车辆空调还可按照空调结构型式分类，大体可分为分体式和整体式。分体式空调分为内机和外机，内机一般包含蒸发器、蒸发风机，外机一般包含冷凝器、冷凝风机，节流机构可根据不同设计需求集成在内机或外机中，压缩机可集成在外机中，或单独放置。整体式空调相对于分体式，将内机和外机整合在一个结构箱体内，压缩机根据需求可集成在该箱体内或单独布置。国内生产的此类装甲车辆空调的结构型式大部分是分体式的。

1.2 装甲车辆空调驱动方式

由于装甲车辆内设备、人员密集，所需的空调制冷量一般较大，装甲车辆在选用空调时首先需考虑怎样为空调提供动力。装甲车辆空调需要外界提供驱动动力的一般是压缩机、控制系统和风机，压缩机的驱动方式可大概分为机械驱动、电机驱动、双制式驱动和辅机驱动4 种，而控制系统和风机，一般直接采用车电DC26 V±4 V 驱动。

1.2.1 压缩机机械驱动

大部分装甲车辆空调的压缩机依靠机械驱动，传动方式主要有两种，一是发动机传动，二是液压传动。其中，发动机传动利用底盘发动机自由端的带轮，通过皮带驱动压缩机，运行和停机由压缩机主轴上的电磁离合器控制。发动机传动具有结构简单、传动效率较高、噪音小的优点。发动机传动也有较明显的缺点：发动机传动装置会影响到动力舱的总体布置；空调压缩机转速受底盘发动机转速的影响，波动剧烈，造成空调的制冷能力波动范围比较大；当发动机停止运行时，空调系统也停止运行；压缩机工作要消耗底盘发动机的动力，对车辆的机动能力也有一定影响。液压传动是通过恒转速液压马达驱动压缩机，需要在装甲车辆安装液压马达和液压管路。与发动机传动相比较，液压传动的优点是：可以保证压缩机的转速相对稳定，空调的制冷效率较高；布置灵活，可在发动机动力舱外，不影响动力舱的总体布置。液压传动的缺点是：液压系统使传动装置的结构更加复杂，传动效率下降；噪音变大，尤其是液压马达布置在乘员舱时，其噪音会对乘车环境造成较大影响；液压马达功率较小，只能带动小功率的空调系统，使用范围受限。

1.2.2 压缩机电机驱动

电机驱动是指空调压缩机选用电动型压缩机，通过市电或者车电直接驱动空调压缩机运转，按照驱动电压又可细分为DC28 V 电驱动、AC220 V 电驱动、DC270 V～DC320 V 电驱动、DC540 V～DC600 V电驱动等多种模式。电机驱动的优点是：压缩机的转速稳定，电机的传动效率比皮带轮传动效率高，因此，空调的制冷效率较高；压缩机可以布置在动力舱外，利于动力舱的总体布置，增加了设计的灵活性，并可提高发动机的维修性。缺点是：对车辆电网的压力较大，需要在车辆设计时综合考虑空调及其他电子设备用电，用电高峰时车辆自身用电和空调用电难以兼顾。

1.2.3 压缩机双制式驱动

压缩机双制式驱动是指空调采用双压缩机，底盘发动机驱动和电机驱动组合使用，能满足行驶和驻车两种状态下的空调使用需求。行驶时采用发动机皮带轮驱动压缩机，其中一台压缩机通过皮带传动由车辆发动机驱动；驻车时车辆发动机不工作，通过外接市电AC220 V 或车载自发电装置，由电机驱动另一台压缩机工作。这种驱动方式的优点是车辆发动机停止工作时空调也能运行，缺点是增加了一台压缩机和相应的管路，结构复杂，成本较高。

1.2.4 压缩机辅机驱动

辅机驱动是利用小型发动机驱动空调压缩机。这种传动方式的优点是空调的工作不受车辆发动机的影响，发动机停止工作时空调照样运行；压缩机也不消耗车辆发动机的功率。缺点是结构复杂，成本较高，同时增加了整车的重量和总体布置的难度。

1.3 装甲车辆空调的布置

由于装甲车辆内部空间狭小，设备高度集中，空调的布置要满足装甲车辆总体布置的需要，这就造成了装甲车辆空调布置的多样性。

分体式装甲车辆空调根据内机数量又可细分为一拖一（一个外机拖带一个内机）、一拖二（一个外机拖带两个内机）、一拖多（一个外机拖带多个内机）。即一台压缩机布置在动力舱内靠近发动机的位置，一个冷凝器布置在车外适当位置，2 个或3 个蒸发器布置在驾驶舱和乘员舱的适当位置，相互之间通过软管连接。

整体式装甲车辆空调的压缩机仍然布置在动力舱内靠近发动机的位置，一般将冷凝器和蒸发器作成一体布置在车外适当位置，通过风道实现车内和蒸发器间的空气交换。整体式装甲车辆空调的冷凝器和蒸发器安装时可放置在车顶、外挂在车壁或放置在隔舱内。

2 装甲车辆空调相关标准

2.1 装备车辆空调现行军用标准

标准是装甲车辆空调设计、制造与验收的依据。目前，装甲车辆空调的主要标准是GJB 1913A—2006《军用方舱空调设备通用规范》和GJB 5997—2007《装甲车辆空调设备通用规范》，其中，GJB 1913A—2006 虽然名称上限定为军用方舱空调设备，但该标准适用于军用方舱空调设备和装甲车辆空调设备。这两个军用标准分别由总装备部和国防科学技术工业委员会发布实施，两个标准在密封性、绝缘电阻、电气强度、可靠性、维修性、冲击等方面存在相互矛盾的方面，如下页表1 所示。

表1 两个标准的主要不同Table 1 Main differences beween two standards

2.2 现行标准待修订

GJB 1913A—2006《军用方舱空调设备通用规范》和GJB 5997—2007《装甲车辆空调设备通用规范》均已发布十几年，标准中很多内容相对滞后，已不适用于指导实际使用。尤其是环境适应性和电磁兼容性指标，如GJB 1913A—2006 在环境适应性要求中引用的1986 版GJB 150 系列的《军用设备环境试验方法》已被2009 版GJB 150A 系列的《军用装备实验室环境试验方法》替代，GJB 1913A—2006 在电磁兼容性要求中引用的GJB 151A—1997《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求》被GJB 151B—2013《军用设备和分系统电磁发射和敏感度要求与测量》替代。除此以外，相关的安全性标准的最新版本为GB 4706.32—2012 和GJB 900A—2012，可靠性标准由GJB 899—1990 升版至GJB 899A—2009，测试性工作通用要求已升版至GJB 2547A—2012，维修性工作通用要求已升版至GJB 368B—2009。因此，GJB 1913A—2006 和GJB 5997—2007 的空调设备相应指标需进行更新。

3 装甲车辆空调指标体系

通过深入研究装甲车辆空调的使用需求、军用标准、技术水平、质量保证等各方面因素，结合GJB 5997—2007《装甲车辆空调设备通用规范》和GJB 1913A—2006《军用空调设备通用规范》的技术要求，着眼为装甲车辆空调研制、生产和检验提供依据，本文对装甲空调的技术指标进行梳理和完善，以提高装甲车辆空调的通用化、系列化、模块化水平。

装甲车辆空调指标框架如188 页图1 所示。指标框架包括性能、通用质量特性、电磁兼容性和物理属性四大类指标，其中，性能指标包括制冷剂、工作方式、制冷量、制冷消耗总功率、最大运行制冷、最小运行制冷、循环风量、制冷系统密封性、空调密封性、凝露、冷凝水排除能力、噪声和电源13 项指标；通用质量特性指可靠性、安全性、维修性、测试性、保障性和环境适应性，安全性包括绝缘电阻、泄漏电流、接地措施、电气强度，环境适应性包括冲击、振动、湿热、淋雨、砂尘、霉菌、盐雾、贮存和低气压；电磁兼容性包括电磁发射和电磁敏感度两项指标；物理属性包括尺寸、重量、颜色、标志、外观质量、加工质量和元器件7 项指标。

图1 空调指标体系图Fig.1 Indicator system diagram of air conditioner

相比GJB 5997—2007 和GJB 1913A—2006，该指标体系中增加了制冷剂、工作方式、电源适应性、重量和元器件5 个指标，去掉了电热装置制热消耗功率指标。制冷剂指标增加，是为鼓励企业选用环保制冷剂，可用消耗臭氧潜能值、全球变暖潜能值来衡量制冷剂的环保性能；工作方式是指空调定频或变频工作方式，当前变频技术已比较成熟，相比十几年前定频空调为主的情况，变频和定频应作为可选的工作方式；电源适应性是能体现装甲车辆空调与装甲车辆关系的一个指标，为提高军用空调的通用化、系列化、模块化水平，电源制式在满足装备个性化需求的情况下，应尽量统一；重量是武器装备对上装设备高度关注的一项指标，轻量化是未来趋势；元器件指标主要是对元器件国产化率进行要求；由于装甲车辆空调大部分为单冷空调，因此，删除了电热装置制热消耗功率指标。

4 结论

装甲车辆是一种技术密集度高、人机环密切结合的武器系统，改善乘员舱环境品质，特别是温度环境，直接关系到武器系统战斗力的发挥。因此，在装备论证和研制中需要加强对人机环问题的关注，加强对装甲车辆空调的研究。对装甲车辆空调的技术特点进行研究分析，对装甲车辆空调的指标体系进行梳理完善，能够为装甲车辆空调选型、论证和研制提供帮助，进而提高装甲车辆空调的质量和性能，进一步改善装甲车辆内温度环境问题。

装甲车辆空调是军用空调中较为复杂的一类，在驱动方式、空间布置上有其特殊性，与装甲底盘结合较为紧密，装甲车辆空调性能的充分发挥还与空调的安装和后期维护关系密切，同时需要对装甲车辆在保温、隔热、气密等方面提出技术要求。