高原环境对航空保障装备的影响分析及对策

高 阳，胡 杰，胡连桃

（1．空军勤务学院航空四站系，徐州 221000； 2．空军勤务学院航材管理系，徐州 221000）

近年来，我国西部高原地区形势十分复杂严峻，蚕食与反蚕食、扩张与反扩张、侵略与反侵略尖锐存在，高原地区必然成为军队潜在的重要作战方向，高原飞行作战的保障工作变得越来越突出。然而，受到高原恶劣环境的影响，航空装备保障面临诸多困难和挑战。例如，保障装备动力不足、首次起动困难、产气供气量显著下降、油液和气体泄漏严重、电气绝缘性能变差等，使得保障装备故障率增加，飞行保障能力明显下降。为此，迫切需要加强保障装备高原环境适应性研究，找出高原环境对保障装备的主要影响因素，改进保障装备的高原技术性能，以增强高原飞行保障能力，满足高原飞行保障需求。

1 高原气候环境的特点

构成高原气候环境的因素很多，具体表现为：气压低，在海拔4000m以上，年平均气压54.0kPa～61.7kPa，是平原地区的60%～70%，氧分压比平原减少约38%～46%；年平均气温低，温差大，日平均气温在0℃以下的时间达235～330天，最低气温可达-45℃，昼夜温差可达15℃～30℃；风沙大，每年的2月～4月午后及傍晚多出现大风天气，尘土飞扬，沙尘量多于低海拔空气密度的五倍以上；日光辐射、紫外线照射强烈，海拔越高，空气越稀薄，透明度越大，到达地面的太阳辐射和紫外线辐射就越强。

2 高原环境对航空保障装备的影响分析

2.1 高原环境对装备动力系统的影响

1）大气压力降低对动力性能的影响[1-6]。随着海拔高度的增加，大气压力逐渐降低，使得气缸内充气量减少，过量空气系数下降，气缸燃烧恶化，造成柴油机功率下降，燃油消耗增加。保障装备动力系统高原试验表明，海拔每升高1000m，非增压柴油机的功率下降9%～12%，油耗增加6%～10%；增压柴油机的功率下降3%～8%，油耗增加l%～6%。

2）环境温度降低对启动性能的影响[2,3]。低温条件下蓄电池容量降低，充电能力下降，当启动力矩较大时，会造成蓄电池剧烈放电，极板温度升高，使得极板过早损坏；此外，由于进气温度降低，机油粘度增大，油泵负荷增加，造成起动阻力加大。

3）海拔高度增加对散热性能的影响。海拔高度增加，会造成柴油机冷却系统负荷加大。对于水冷柴油机，由于冷却水的沸点随海拔高度升高而降低，致使冷却水与缸套内的温差减小，散热能力下降。海拔每升高1000m，冷却水沸点降低3.3℃，冷却水套的散热量下降8%～11%；对于风冷柴油机，冷却风量受空气密度降低的影响，散热能力也随之降低。

2.2 高原环境对装备电气系统的影响

1）空气密度降低对电气设备的影响[7,8]。一是导致电气设备外绝缘强度削弱，固体绝缘材料沿表面放电能力降低。二是导致电气间隙的击穿电压降低，电场不均匀程度越大，击穿电压降得越低。三是使以空气介质灭弧的开关电器灭弧性能降低，通断能力下降，触头寿命缩短，海拔每升高1000m，交、直流电弧的燃弧时间延长约5%。四是导致电气产品的散热能力降低，持续载流能力下降。

2）温度、湿度降低和温差增大对电气设备的影响。一是高原环境平均温度随着海拔高度的升高而降低，其递减率为0.5℃/100m～0.6℃/100m，通常可以补偿电气设备的温升问题。二是高原环境日温差较大，容易造成电气产品机械结构变形，涂层开裂脱落，密封结构遭到破坏。三是空气绝对湿度降低，导致直流电机的换向火花增大，碳刷的磨损增加。

3）太阳辐射增加对电气设备的影响[8,9]。海拔高度每增加1000m，太阳热辐射增加6%，海拔5000m时最大太阳热辐射是平原地区的1.25倍。电气产品受太阳热辐射的影响，表面温升增加，使得有机绝缘材料的机械、电气性能下降，材料变形，产生机械热应力。高原紫外线辐射随海拔升高的增加率比太阳热辐射的增加率大得多，海拔3000m处的紫外线辐射会达到平原地区的2倍。紫外线会引起有机绝缘材料加速老化，使空气容易电离，导致电气产品外绝缘强度和电晕起始电压降低。

2.3 高原环境对装备气源系统的影响

由于航空保障装备使用的空气压缩机的排气量是按平原地区环境空气的密度、温度、湿度设计的，在高原环境下，大气压力降低，空气密度下降，使得空气压缩机的排气量减少，海拔每升高l000m，质量排气量平均减少11%～12%，容积排气量平均减少2%～3%。大风沙尘天气致使空气压缩机进气滤清器积垢堵塞，吸气阻力增大，压缩机循环进气量减少，导致压缩机压缩中的压力下降、供气量减少。低温环境使得空气压缩机的润滑油粘度增加，各机械结合部位之间的阻力加大，空气压缩机磨损加重，零部件损耗量增大，部件匹配性变差，气体泄漏量增加。

2.4 高原环境对装备液压系统的影响

受高原环境气压低、温度低、温差大、沙尘多、光照强等因素的影响，液压系统与发动机的匹配性能变差，设备冲击、振动、噪声增多；液压油粘度增加，通过回油管路的阻力增大，回油压力升高；油箱压力降低，液压泵吸油困难；过滤器容易堵塞，元件磨损、老化严重，橡胶密封件过早失效；液压设备散热性能变差，温升增加，导致油温过高；液压胶管爆裂，造成油液泄漏等。

3 高原环境下航空保障装备的改进对策

3.1 对装备动力系统进行技术改进

1）采用功率恢复增压技术，解决发动机功率不足的问题[6]。通过在高原柴油发动机机上安装可调涡轮增压器，同时减少增压器转子转动惯量和涡轮流通面积，可大大改善发动机的加速性能。该方法不仅使增压器与发动机在低速时匹配良好，而且在高速高负荷运行时，通过旁通阀将废气排入大气，可保证增压器不致超速，从而增大柴油发动机的功率和扭矩。

2）采用低温启动技术，解决发动机启动困难的问题[2]。一是在柴油发动机进气处适当加装乙醚启动装置，启动时在进气管喷入适量乙醚，可降低燃料燃点，提高柴油机低速启动性能；二是安装进气加热装置，预热机体，以降低机油粘度，减少启动阻力。

3）采用热平衡技术，解决发动机散热能力差的问题。首先是对冷却系统进行优化配置，可采取如下措施：增大散热器的散热面积，散热器的芯部采用导热系数好的材料；提高水泵转速，加大水泵流量，从而加快冷却液的循环速度；增大风扇直径、调整风扇叶片安装角并提高风扇转速，以增大扇风量。其次，针对换热器冷却水在高原环境下容易“开锅”的问题，建议将底盘发动机和上装发动机的冷却介质由水更换为高原专用型冷却液（PER-30型防锈防冻液）。

3.2 对装备电气系统进行技术改进和器件选择

高原环境对选择电气设备有特殊要求，要选用适合相应海拔高度级别的高原型电气产品，或校验所选的常规型电气设备的电气参数以满足相应海拔高度级别的使用环境要求。主要可从以下三个方面进行改进：

1）对高压电气设备进行校验和选择。研究表明，高原环境温度的降低基本可以补偿海拔升高对高压元器件温升的影响，在海拔5000m以下使用时其额定电流保持不变；当海拔在2000m以上时，对高压元器件应采取加强绝缘的措施，如选用高原型产品、增加元器件之间的空气间隙等。对于高压开关柜，在室外使用时其额定电流保持不变，而在室内使用时高压开关柜中导体的载流量将受到影响，需考虑对相关元器件进行降容校正，断路器、继电器和接触器的修正系数见表1。

2）对低压电气设备进行校验和选择。对于以空气为灭弧介质的开关元器件，应根据海拔高度的增加来降低额定接通和关断电流容量。对于成套低压开关和控制设备，为了保证在高原使用时有足够的耐击穿能力，必须增大电气间隙。高原用电工产品电气间隙的修正系数，见表2。

3）对材料和电缆进行选择。高原电气产品选用的材料应满足最低环境温度的要求，尤其是橡胶产品，必须保证橡胶弹性和密封要求。绝缘材料的选择，应尽量选用受温差变化不大和防老化程度高的绝缘材料，如DMC和SMS模塑料等。另外，在高原地区不宜选用对气候适应性差的聚氯乙烯绝缘电缆，室外电缆最好选择耐太阳热辐射和适应较大温差的交联乙烯-丙烯橡胶电缆。

3.3 对装备气源系统进行技术改进

为满足航空保障装备气源系统在高原地区使用的性能要求，应调整空压机的进气压力和卸载压力，提高压缩比；如果当地的大气压力过低，调整后的压缩比已达到最大的规定值，仍不能满足装备性能要求，应当选择增设增压装置（如鼓风机）对空压机进行预增压，以增大进气压力；对于飞机空调车，可提高鼓风机的转速，来增加供风量。此外，还应选用适应高原低温环境的润滑油，以保证低温条件下空压机具有良好的润滑性能。

3.4 对装备液压系统进行技术改进

提高航空保障装备液压系统的高原适应性，需要考虑在液压油、液压油箱、液压油管及密封件等方面进行改进[5]。液压油是液压系统的重要工作介质，具有传递能量、润滑和冷却的作用，造成液压系统效能低下，很大原因是随意加用和混合使用不同牌号的液压油，高原环境下最好选用具有良好粘温性能的抗磨液压油。液压油箱应该考虑散热、防尘要求，最好采用预压油箱，保证液压泵吸油充分。液压油管也应加装保护套或选用紫外线防护和耐寒性能强的材料，以增加液压油管的高原使用寿命，防止其爆裂。密封件的选用，应具有良好的低温特性和抗老化能力。

表1 断路器、继电器和接触器参数的修正系数表

表2 高原用电工产品的电气间隙修正系数表

4 结束语

通过上述研究可以发现，高原环境对航空保障装备的性能影响十分显著，且表现为多种环境因素的综合作用，使得实际问题的解决变得更为复杂。随着保障装备越来越多地用于高原飞行保障，在装备改进、设计和研制过程中必须充分考虑高原环境因素的影响，加强装备高原环境的适应能力。为此，还需在以下两个方面继续开展工作：一是开展保障装备高原环境模拟试验研究，将环境试验贯穿于装备研制的各个阶段，及时解决存在的问题；二是制订和完善保障装备高原环境标准体系，规定保障装备在高原环境条件下的技术要求，为高原型保障装备的设计、研制提供依据。

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