军用高机动越野车整车核生化集体防护设计

齐和平 ，魏锐强 ，段志强 ，王田喆 ，杨瑞光

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.防化驻太原地区军事代表室，太原 030001）

军用高机动越野车整车核生化集体防护设计

齐和平1，魏锐强2，段志强1，王田喆1，杨瑞光1

（1.北方自动控制技术研究所，太原 030006；2.防化驻太原地区军事代表室，太原 030001）

对军用高机动越野车整车核生化集体防护的气密性条件进行了分析和计算，得出了允许的漏气当量。以典型军用高机动越野车为试验对象，对整车气密性指标进行了测试，并进行了气密性等效试验。以试验结果为依据，给出了整车气密性设计和核生化集体防护系统设计方案。

军用高机动越野车，核生化集体防护系统，整车气密性，Ⅲ级防护

0 引言

我军未来可能面临的战争将是信息化条件下的局部战争，通常是在核、化学、生物武器和次生核、化学、生物威胁条件下的常规战争。在未来军事冲突和局部战争中，敌军在难以达成作战企图时，可能会使用核生化武器进行有限规模的袭击，以造成我军严重杀伤和心理恐慌，以期望对战局发展造成重大影响。

针对现实存在的核生化威胁，我军装甲车辆、方舱车辆、高机动越野车辆等主要移动作战指挥平台必须具有一定的核生化防护能力，而核生化集体防护系统则是移动作战指挥平台核生化防护的最有效装备。目前，我军各类履带/轮式装甲车辆、方舱车辆均已配备核生化集体防护系统，而作为未来高机动作战的主要平台，军用高机动越野车尚无核生化集体防护能力。针对核生化战场条件，军用高机动越野车需要加装超压式核生化集体防护系统，以提高整车在核生化污染恶劣环境中的防护能力，保护车内人员和装备的安全。当车辆受到敌方核生化武器侵袭处于污染环境中时，能够自动打开滤毒通风装置，车外的污染空气经过过滤成为洁净空气，送入车内供乘员呼吸，并在增压风机的作用下使车内压力略高于车外大气压力，阻止车外的污染空气通过密封不严的孔口缝隙进入，形成超压防护，从而实现核生化条件下的集体防护能力。

1 概述

根据军用高机动越野车底盘的特点，整车加装集体防护系统需要重点解决两方面的技术：一是对底盘进行气密性改进设计，尽可能减小整车泄漏量，以实现车内建立标准超压，达到核生化集体防护的目的。二是结合军用高机动越野车底盘气密性能力的先天不足，在现有集体防护系统的基础上进行适应性改进设计，综合考虑其他因素，尽可能增大进风量。

根据军用高机动越野车作战使命，加装集体防护系统应满足GJB7943-2012《陆军机动平台三防系统通用要求》中Ⅲ级防护的相关要求，主要包括：

（1）机动平台内部超压应不小于300 Pa；

（2）整车气密性应满足内部超压为300 Pa时最大空气泄露量不大于三防系统额定风量。

由于国内现有装备尚无在军用高机动越野车底盘上实现整车气密性的先例，本文主要通过理论计算、工程设计、工程实施、试验验证的方式，选取典型军用越野车底盘为对象，对整车核生化集体防护功能设计进行可行性分析，为在同类型军用高机动越野车底盘上加装核生化集体防护系统提供参考。

本文提出的军用高机动越野车整车核生化集体防护设计主要思路如下：

图1 军用高机动越野车核生化集体防护设计主要思路

2 超压建立的气密性条件分析

2.1 允许漏气当量面积计算

理想条件下，向车体内以一定流量和压力输气，通过一定时间后，车体内外的压差始终稳定在一个定值上，此时达到平衡状态，输入气体量等于泄露气体量。设进气流量为Q m3/s（立方米/秒），漏气当量面积为A m2（平方米），气体密度为D kg/m3（千克 /立方米），压力差 ΔP Pa（帕（Pa）），则当在平衡状态下，有下述关系：

其中，气体密度D kg/m3（千克/立方米）的计算公式为：

这里，ps，Ts，Ds是标准大气压（帕）、标准绝度温度（开氏温度）和空气密度（kg/m3），P为当地气压（帕）、当地气温（开氏温度）（注：实际计算时，由于进气效率的关系，进风量按近似2倍折算）。

在标准状态下（干燥空气，温度为0℃（摄氏度），绝对压强为101 325 Pa）下，空气的密度为1.293 kg/m3。在当地气压为P帕，温度为T℃（摄氏度）时：

在工程计算时，绝对温度也可以使用273，标准大气压也可以使用101 300 Pa。这时，上述公式可以写成：

根据上述模型，可以计算出进气量和等效漏气孔口半径之间的关系。当压差为300 Pa时，进气量与等效漏气孔口半径关系曲线如图2所示：

图2 进气量与等效漏气孔口半径关系曲线

2.2 结果分析

由以上计算和分析可以看出，在额定进气量为250 m3/h，稳定进气量220 m3/h的情况下，在车内建立300 Pa的稳定压差，军用高机动越野车底盘整车允许的等效漏气面积约为40 cm2。

3 整车气密性等效试验

3.1 试验过程

为了分析军用高机动越野车的气密性能力，我们采用在车内使用加压气泵，车外配合使用蜡烛、燃香等手段，对改装前的原车进行了泄漏点摸底试验，梳理出了整车主要泄漏点。为了对下一步的气密性工程实施提供依据，对车内主要泄漏点进行了等效气密处理，并对处理后的整车进行了气密性等效试验。试验时，当地气压为1个大气压，环境温度为29.5℃。试验系统组成如图3所示，试验结果见表1。

图3 试验系统组成图

表1 整车密封性试验数据表

3.2 试验数据分析

3.2.1 输入气体流量Q和舱内压差ΔP关系计算

根据GJB 59.19-88《装甲车辆试验规程三防装置性能试验》，乘员室漏气测试中，舱内压差ΔP与对应的流量Q，有如下关系：

式中：A、α系数在标定时给出；舱内压差ΔP由测试时给出。P0为标准大气压（单位Pa）；t是试验时当地的温度（单位℃）；P是试验时当地的大气压（单位Pa）。

为了利用测试数据求取A、α，采用数据拟合办法。将

在当地气压P和当地气温t给定时，K是一个确定的常数。对于给定的一组测试数据ΔP和Q，可以计算出一组x和y。假设有n组测试数据，由此可以得到n组x和y，记为{（xi，yi），i=1，…，n}。

建立目标函数：

将α，β视为自变量，使J达到最小。则：

则有：

则：A=exp（β）

3.2.2 输入气体量计算

在进行气密性验证试验时，输入的是高压气体，需要把它换算成等效的当地气压的气体量。

气体流量解算近似按理想气体状态方程建模。理想气体状态方程为：假设气体的总量不变，气体在某一时刻的状态为：气压P1帕，开氏温度为T1K，气体的体积为V1m3；在另一时刻的状态变为：气压P2帕，开氏温度为T2K，气体的体积为V2m3，则满足下述方程：

在温度不变，即T1=T2的假设下，就变为：

假设流量计的读数是Q1m2/h，压力表的读数为P1pa，当地大气压为P pa，等效的气体流量为Q m2/h，如果以小时为核算时间单位，流量可以看成是一小时内气体的体积。在气体温度是相同的假设下：

3.3 试验结果计算

利用试验数据，通过拟合方法，经计算得出：

进气量和压差的关系式为：

按上述拟合结果进行标定，得到的进气量压差曲线见图4，计算得到的进气量与试验结果对比情况见表2。

图4 进气量压差曲线

表2 舱内压差与进气流量反推结果

从拟合曲线和试验实测数据的对比可以看出，结果是符合客观实际的。从图中可以看出，拟合曲线上，在压差低于180 Pa时，同等的输气量，拟合曲线上的压差低于实测数据，这是因为压差低时，一些潜在的漏气位置由于阻滞作用还没有开始漏气，实测压差冲高；在压差达到200 Pa时开始逆转，这是因为随着压差增加，漏气量增大，实测压差数据低于拟合数据。但是压差增加到一定程度，漏气面积接近漏气面积极限值，压差增加加快，少量的进气量增量，导致较大的压差增加量。

由计算结果可以看出，要达到300 Pa的舱内压差，需要输入的气体量为211.91 m3/h。

4 底盘气密性设计与工程实施

4.1 底盘泄漏点分析

目前主流的军用高机动越野车底盘，其密封性指标要求只是针对淋雨和涉水提出，未考虑加装集体防护系统的气密性能力，其标准出厂状态的整车密封性能远低于加装集体防护系统的气密性要求，因此，需要在车辆改装过程中采取多种措施提高整车的气密性，如尽量减少车体上的孔、口、盖、洞等数量，针对门、窗等活动部件、孔口、操控装置、空调进风口等位置进行重点密封处理等，以保证车辆的等效漏气面积小于40 cm2，满足加装集体防护系统要求。

为满足车辆气密性要求，需要对底盘的泄露点进行分析和梳理，并提出相应的解决措施，以确保后续工程实施能够顺利进行。下面是通过对试验样车进行气密性试验，分析出的整车各泄露点，主要包括分车舱外壁部分、车内活动部件部分、舱内过孔部分、整车集成增加开孔部分。

4.2 重点部位密封性设计

车内各泄漏点的密封措施主要包括添加橡胶密封垫、制作橡胶护罩、密封胶填充、补充焊接、电磁阀门等方式，如下页表3所示。

根据军用高机动越野车底盘的结构特点，车内活动件为气密性设计的重点和难点。车内活动件主要是指驾驶车辆所必需用到的各种操控件，包括变速杆、手制动、分动器、转向柱、离合器、制动器以及油门。由于操作的需要，对应车舱板上开设的孔口不能直接采用封堵的方式进行密封处理，同时相应的密封措施要确保各部件的灵活操作，以确保车辆行驶的安全性。下面以变速杆部位的密封性设计为例，阐述车内活动件的密封性设计措施。

变速杆安装在驾驶员右手侧的车舱底板上，其开孔位置设有活动连杆，其本身设置有皮质护套，但是套装在内饰板上，只能起到防尘作用，无法满足气密性要求。变速杆及其开孔如图6所示。一是根据相应孔口尺寸，重新设计安装整体褶皱型橡胶密封护罩，将其套装在手柄上，密封护罩直接固定于车内底板上；二是可以在底盘下面过孔处加装局部密封罩，连杆通过橡胶件封装，能够保证变速杆部位的密封，从而达到气密性要求，并不影响车辆的行驶性能。

5 核生化集体防护系统设计

集体防护系统主要由核辐射与毒剂监测探头、滤毒通风装置（含过滤吸收器、直流电动风机、滤尘器、自动开启装置）、控制分系统（含控制器、核化报警器、压差变送器）等组成，与车厢共同构成一个超压式集体防护系统。系统具有核辐射与毒剂监测、滤毒通风、风量控制等功能，其中风量控制包括差压探测功能。系统组成如图7所示。

图7 集体防护系统组成示意图

考虑到军用高机动越野车底盘气密性实际情况，集体防护系统应选用最大为250 m3/h通风量的滤毒通风装置。考虑到底盘的载重、安装空间等因素，需要在已有核生化集体防护系统的基础上进行改进设计，包括增大滤毒通风装置的过滤吸收器，使其额定滤毒通风量最大为250 m3/h，同时根据滤毒通风装置系统配套技术要求，选择压头较高、风量适中、噪音低，符合滤毒通风装置风量、风压要求的专用风机；同时通风管路、电源接口、底座、罩体及密封元件等按要求进行相应结构设计。通过改进，能够实现集体防护系统最大通风量不小于220 m3/h。

6 核生化集体防护试验验证

6.1 整车气密性试验

为了对改装后的底盘进行气密性能分析，我们使用专业试验环境，对底盘进行了整车气密性试验，试验结果表明：当进气量约为60 m3/h时，车内外压差达到280 Pa；当进气量约为120 m3/h时，车内外压差达到800 Pa；当进气量约为180 m3/h时，车内外压差达到1 200 Pa。试验结果表明，整车改装后气密性满足“在滤毒通风装置额定通风量220 m3/h时，车内外压差不小于300 Pa”的指标要求。

6.2 整车集体防护功能试验

整车气密性改装完成后，在试验样车上加装改进后的核生化集体防护系统，并进行了整车集体防护功能试验，试验结果表明，在启动报警后，核生化集体防护系统能够迅速在车内建立超压，超压值稳定在300 Pa左右。

同时，对集体防护系统正常工作情况下的整车漏气量进行了测试试验，由于车内压差保持稳定时，进气量与漏气量相等，因此，采用在集体防护系统滤毒通风装置进风口测量进气量的方法进行等效试验。试验结果表明，车内压差稳定在298 Pa～318 Pa，漏气量稳定在122 m3/h～117 m3/h，满足滤毒通风装置额定通风量220 m3/h的要求。

7 结论

通过以上对底盘气密性的分析与计算，以及气密性试验的结果，我们认为采用整体密封的形式对军用高机动越野车底盘进行改装，并加装改进型集体防护系统（超压值不小于300 Pa条件下，通风量不小于220 m3/h），能够满足GJB7943-2012《陆军机动平台三防系统通用要求》中Ⅲ级防护的相关要求。从而确保载车在核、生、化污染等恶劣环境中的能够建立有效的超压防护，保护车内人员和装备的安全。

本文以典型军用越野车底盘为对象，进行了分析计算和试验验证，提出了整车核生化集体防护解决方案，可以为同类型军用高机动越野车底盘实现核生化集体防护提供参考。在下一步的工作中，需要继续深入研究军用高机动越野车底盘气密性设计方案，提高整车气密性能力，减小对核生化集体防护系统的进风量要求，降低整车功耗。整车气密性设计措施的可靠性和维修性能力也需进一步试验验证。

［1］夏泰淳.工程流体力学［M］.上海:上海交通大学出版社，2005.

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Vehicle Design of Nuclear-Biological-Chemical Collective Protection for Military High-Maneuvering Off-Road Vehicle

QI He-ping1，WEI Rui-qiang2，DUAN Zhi-qiang1，WANG Tian-zhe1，YANG Rui-guang1
（1.North Automation Control Technology Institute，Taiyuan 030006，China；2.Martial Delegate Office of PLA Chemical Soldier in Taiyuan，Taiyuan 030001，China）

This paper analyzes and calculates the gas-tightness condition of the military highmaneuvering off-road vehicle on NBC collective protection，and comes out the blow-by gasleak equivalent allowable.This paper takes typical military high-maneuvering off-road vehicle as the test object to test the index of the vehicle gas-tightness，and do the equivalent experiment of gas-tightness.On the base of the experiment result，this paper gives out the scheme on the design of vehicle gastightness and NBC collective protection system.

military high-maneuvering off-road vehicle，NBC collective protection system，vehicle gas-tightness，three-level safety

1002-0640（2017）10-0152-05

U469；TJ92

A

10.3969/j.issn.1002-0640.2017.10.032

2016-09-01

2016-10-11

齐和平（1964- ），男，山西永济人，研究员级高级工程师。研究方向：指控系统总体设计。