高原环境下动力传动系统热平衡试验

装甲车辆在高原地区进行环境适应性试验时，由于受路面条件、场地条件限制，负荷测功车无法在高原使用，因此不能参照军标对动力传动系统热平衡进行试验考核，而高原特殊的地理气候环境，对装甲车辆热平衡有较大影响，如部分车辆在高原环境条件下，发动机无法达到热平衡状态，车辆只能降挡或降低性能使用，严重制约了装甲车辆在高原环境条件下性能的发挥。

通过模拟高原环境，在传动装置两侧进行加载模拟地面负荷，获得各种车速和负载组合条件下，传动油温、发动机水温等平衡值，获得ATB特性指标、发动机热适应率、稳定温度曲线和最高可使用环境温度。

高原地区动力传动系统热平衡试验的条件是动力源和综合传动之间需要布置转速转矩传感器，传动和加载单元之间也需要布置转速转矩传感器。发动机水温、油温等信号能够通过数据采集设备获取。试验舱能够模拟高原环境。

（一）影响因素分析

热平衡试验不同测点的稳定温度取决于传动系统的效率、辅助系统的散热能力、发动机的散热量、环境温度等多种因素。

（1）高原环境对发动机动力性的影响。

装甲装备配置的发动机分为非增压（自然吸气）发动机和增压发动机。

对于涡轮增压发动机，采用增压器后发动机充气系数大幅增加，混合气比例趋于正常，燃烧状况大为改善，当海拔升高，大气压力下降，涡轮的膨胀比将增大，增压器转速上升，使压气机压比升高，因此部分补偿了因海拔高度升高引起的进气密度下降的问题，起到高原恢复功率的作用，但涡轮增压器也存在局限，在发动机起动或低转速区，发动机排气能量较小，增压器转速较低，进气量不足，影响发动机扭矩上升；在高转速区，由于排气背压降低，增压器转速上升，从而引发可靠性问题。所以，涡轮增压器的应用，虽然提高了发动机的高原适应性，但仍需对发动机供油系统进行调整，以优化低转速区和高转速区的性能。

（2）高原环境对柴油机热负荷的影响。

当功率不变时，随着海拔高度的升高，增压空气温度也随着增压压比的升高而升高。这就导致柴油机整个工作循环温度水平的提高。另外，柴油机在高原地区工作时由于进气量减少，过量空气系数变小，燃烧不良，因而柴油机排气温度升高。试验结果表明，海拔高度每升高1 000 m，涡轮增压柴油机在等喷油量的情况下，排气温度升高20～30℃。

（3）高原环境对冷却性能的影响。

冷却水的沸点随大气压力的降低而降低，使冷却水带走的热量减少，同时，大气密度的下降，流经散热器的空气流量下降，使气侧带走的热量减少，而大气温度升高或降低，将影响空气的密度和流经散热器进出口的压差，也将影响冷却系统性能。

在高原环境条件下，大气压力降低、空气密度下降，使发动机功率下降、燃烧恶化、排温升高、热负荷增加，这就要求冷却系统能充分发挥效能，保证发动机正常工作。但在实际使用过程中，经常出现由于发动机水温过高，车辆不得不停车降温或降低行驶速度，以保证发动机水温在正常工作范围内的情况，说明冷却系统效能不能满足发动机高原冷却需要，一是由于发动机热负荷升高，在相同条件下增加了冷却系统的工作负荷，二是由于高原环境对冷却系统本身的影响，降低了冷却系统的效率，高原环境对冷却系统的影响主要表现在以下几个方面：(www.xing528.com)

①冷却液沸点降低。

随海拔高度升高，大气压力下降，水的沸点降低，如在海拔4 000 m下，水的沸点大概是87℃。在膨胀水箱蒸汽活门开启压力不变的情况下，大气压力降低导致闭式冷却系的压力降低，冷却系统内的冷却沸点降低，冷却水容易沸腾，造成“开锅”现象，也容易形成气阻，进一步影响冷却效率。

②进气温度升高。

在高原环境下，使用涡轮增压可以在一定程度上恢复发动机功率，但大气压力的降低，使涡轮增压器转速升高，压比上升，造成发动机进气温度升高，使发动机热负荷进一步加重，采用涡轮增压中冷技术可以缓解这一问题。

③冷却空气质量流量下降。

在海拔3 500～5 000 m的地区，空气密度只有平原的58%～70%，当风扇转速不变时，空气的体积流量不变，因此空气密度的下降大大降低了冷却空气的质量流量。而冷却空气质量流量的降低使从散热器传递的热量大大减少，降低了冷却系统的散热效率。

通过对散热系统的分析计算可知，海拔高度为3 000 m、4 000 m和5 000 m时，冷却系统总的散热能力需提高到平原地区的1.3倍、1.5倍和1.6倍。

综合以上分析，在高原环境下，发动机以相同的工作转速工作时，冷却系统的散热能力大大降低，发动机传递到冷却水的热量不能够通过散热器及时地散失到空气中，造成热量在发动机和冷却系统中进一步聚集，形成发动机热负荷增加的恶性循环。

（二）试验设计

开展高原环境动力传动系统热平衡试验，模拟车辆在海拔4 500 m进行高原发动机热平衡试验，将发动机水温控制在95℃，当以试验挡位和发动机转速行驶时，发动机水温超过95℃且持续上升，不能达到平衡状态时，说明发动机冷却系统已不能满足发动机工作要求，试验停止。

（三）试验数据分析

根据试验结果，可以分析得到不同挡位行驶，在发动机什么转速范围内，发动机水温能够达到平衡状态，以及平衡后的水温值；发动机转速超过多少，发动机水温超过设计阈值且持续上升，不能达到平衡状态。