軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷及搶修研究

【后勤保障與裝備管理】

軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷及搶修研究

方強(qiáng),陳希林,季新源

(空軍空降兵學(xué)院，廣西 桂林541003)

摘要：連接武器系統(tǒng)各裝備間的電力、通信、控制信號電纜是武器系統(tǒng)發(fā)揮其戰(zhàn)斗力的重要保證，電纜在前線戰(zhàn)斗中受到損傷會導(dǎo)致整個武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力的損失甚至喪失；為了在戰(zhàn)場緊張環(huán)境下快速修復(fù)電纜故障，梳理了電纜戰(zhàn)場故障的主要原因，提出了電纜故障的分類方式，并通過軍用裝備電纜搶修分析方法得出軍用電纜戰(zhàn)場搶修工具集，確定了電纜戰(zhàn)場搶修的步驟方法，是成功研制電纜戰(zhàn)場搶修設(shè)備的重要依據(jù)。

關(guān)鍵詞：軍用；電纜；戰(zhàn)場搶修；戰(zhàn)場損傷分類

收稿日期：2015-03-14

作者簡介：方強(qiáng)(1979—)，男，碩士，講師，主要從事指揮信息系統(tǒng)和戰(zhàn)場搶修研究。

doi:10.11809/scbgxb2015.09.015

中圖分類號：TP391

文章編號：1006-0707(2015)09-0056-05

收稿日期：2015-06-02

基金項(xiàng)目：中國科學(xué)院知識創(chuàng)新工程國防科技創(chuàng)新重要項(xiàng)目(YYYJ-1122)

本文引用格式：方強(qiáng),陳希林,季新源.軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷及搶修研究[J].四川兵工學(xué)報，2015(9):56-59.

Citation format:FANG Qiang, CHEN Xi-lin, Ji Xin-yuan.Research on Battlefield Damage and Repair of Military Equipment Cables [J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(9):56-59.

Research on Battlefield Damage and Repair of Military

Equipment Cables

FANG Qiang, CHEN Xi-lin, Ji Xin-yuan

(Air Force Airborne Academy, Guilin 541003, China)

Abstract:Cables which connect equipments in weapon system to transfer power and communication and control signal are the important guarantee to play the combat effectiveness of the weapon system, while cable damage will lead to weapon system combat loss at the front in the battle. In order to quickly repair the cable damage in battlefield urgent environment, we sorted out the main reason of cable damage in battlefield, and presented damage classification of cables, and concluded military equipment cable repair tools by using military equipment cable repair method, and determined the steps and method of cable repair in battlefield, and it is an important basis for the successful development of cable battlefield repair equipment.

Key words: military use; cable; BDAR (battlefield damage assessment and repair); battlefield damage classification

現(xiàn)代高技術(shù)局部戰(zhàn)爭具有作戰(zhàn)空間大、戰(zhàn)場變化快、裝備戰(zhàn)損率高等特點(diǎn)，戰(zhàn)場維修保障力量能否快速到達(dá)裝備損傷現(xiàn)場并實(shí)施高效的戰(zhàn)場應(yīng)急維修，直接關(guān)系到戰(zhàn)斗力的恢復(fù)和保持，事關(guān)戰(zhàn)局乃至戰(zhàn)爭的成敗[1]。在戰(zhàn)場環(huán)境下，軍用裝備電纜的損傷將有導(dǎo)致整套武器系統(tǒng)的癱瘓，從而造成部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力的損失。快速、準(zhǔn)確的修復(fù)軍用裝備電纜，恢復(fù)電纜的基本功能，是軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修的迫切需求。正確分析軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷模式，確定搶修程序和方法，對于設(shè)計(jì)電纜戰(zhàn)場搶修設(shè)備具有重要的指導(dǎo)意義。

1軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修的特征及要求

軍用裝備電纜是指用于連接武器系統(tǒng)各兵器間用于傳輸電力、通信、控制信號的媒介。軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷的特點(diǎn)在于電纜連接兵器間的信號連通功能的喪失，即由一部兵器發(fā)送出的電力、通信、控制信號不能夠通過電纜穩(wěn)定地到達(dá)與之相連接的武器系統(tǒng)中的其他兵器。

軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修是指戰(zhàn)時在裝備集結(jié)地域或部署陣地上，通過使用一切可以利用的有效維修資源，在有限的時間內(nèi)對戰(zhàn)傷電纜進(jìn)行檢測定位，并施以標(biāo)準(zhǔn)修理和非標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)急修理，使其恢復(fù)具有一定程度的傳輸電能或者信息、數(shù)據(jù)的能力。其中，“裝備集結(jié)地域或部署陣地”可以是戰(zhàn)時裝備存放的庫房、測試間，也可以是裝備的陣地位置。“維修資源”可以理解為電纜戰(zhàn)損情況下一切可以利用的人力、物力。“有限時間”，是指在前線戰(zhàn)場環(huán)境下緊迫的時間條件，由于電纜戰(zhàn)損導(dǎo)致連通功能喪失，造成武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力的損失。戰(zhàn)場搶修的任務(wù)目標(biāo)并不是恢復(fù)軍用裝備電纜的全部功能，比如閃絡(luò)測試法表現(xiàn)出來的反射或泄露特性，而是要求在短時間內(nèi)恢復(fù)軍用裝備電纜為武器系統(tǒng)間連接提供一定程度的傳輸電能或者信息、數(shù)據(jù)的這一基本能力。

2軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷的原因及分類

電纜是由一根或多根相互絕緣的導(dǎo)體和外包絕緣保護(hù)層制成，將電力或信息從一端傳輸?shù)搅硪欢说膶?dǎo)線，主要實(shí)現(xiàn)電能、信息的傳輸和電磁能的轉(zhuǎn)換。

2.1軍用裝備電纜主要類型

對于軍用裝備而言，主要的電纜類型有通信電纜、通信光纜、射頻電纜、裝備供電電纜。

通信電纜是傳輸電話、電報、電視、廣播、數(shù)據(jù)和其他電信息的電纜。通信光纜是以光導(dǎo)纖維(光纖)作為光波傳輸介質(zhì)，進(jìn)行信息傳輸?shù)耐ㄐ啪€路。射頻電纜是適用于無線電通信、光波和有關(guān)電子設(shè)備中傳輸射頻信號的電纜。裝備供電電纜是指從電力系統(tǒng)的配電點(diǎn)把電能直接傳送到各種用電設(shè)備、器具的電源連接線路用電線電纜。這類產(chǎn)品使用面最廣、品種最多，而且大多要結(jié)合所用裝備的特性和使用環(huán)境條件來確定產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)、性能。

非光纖和非射頻類的通訊電纜、控制電纜和裝備供電電纜在電纜戰(zhàn)場搶修范疇中更具有普適性，因此文章所指戰(zhàn)場搶修的軍用裝備電纜類型為這3類電纜。

2.2軍用電纜戰(zhàn)場損傷主要原因

軍用裝備電纜是武器系統(tǒng)中各兵器間電力和信息傳輸?shù)拿浇椤Ｔ谇熬€作戰(zhàn)時軍用裝備電纜會遭受各種損傷，其主要威脅分別來自于彈藥攻擊、電磁攻擊[2]和人為損傷。

1) 彈藥攻擊。20世紀(jì)80年代以來，精確制導(dǎo)武器在戰(zhàn)爭中的廣泛運(yùn)用，使得武器系統(tǒng)在戰(zhàn)場上受到攻擊的概率大大增強(qiáng)。未來信息化戰(zhàn)爭中，由于裸露在地表，用于連接武器系統(tǒng)各裝備間的電纜受到導(dǎo)彈、炸彈或其破片損傷的概率也前所未有，這必將造成此類電纜的巨大戰(zhàn)損消耗[3]。

2) 電磁攻擊。電磁攻擊是信息化條件下空襲與反空襲作戰(zhàn)的重要手段。敷設(shè)于地表或淺層地下的電纜在受到不同強(qiáng)度電磁攻擊時，其損傷表現(xiàn)為：高壓擊穿、微波加熱和附加損傷[4]。

3) 人為損傷。在戰(zhàn)場混亂的環(huán)境中，敷設(shè)在地面的裝備電纜還會遭受車輛或者人員的碾壓形成損傷。以及在戰(zhàn)場緊張的環(huán)境中，戰(zhàn)士不按操作規(guī)程拖拽電纜頭，造成電纜頭焊點(diǎn)脫落而人為形成損傷。

2.3軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷的分類

電纜主要由5大部分組成：導(dǎo)體芯線、主絕緣層、半導(dǎo)電層、金屬屏蔽層、金屬或金屬護(hù)套。因此，五部分的哪一部分出現(xiàn)問題都可以認(rèn)為是該電纜有故障。但是，在一些特定的條件下只考慮或只分析電纜中某些主要材料的故障。比如通信電纜、控制電纜一般可以不分析外護(hù)套層故障，而只關(guān)注金屬導(dǎo)體(芯線和屏蔽層)和絕緣層的好壞；再如對于裝備供電電纜電壓一般不會超過380 V，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于35 kV的應(yīng)力門限，一般不考慮載荷應(yīng)力故障。

由于人們的工作屬性和目的要求不同等原因，將電纜故障按不同的方法進(jìn)行了多種分類[5-7]。按電纜的組成材料分類，分為導(dǎo)體故障(或稱開路故障，含斷線故障、似斷非斷故障)，絕緣故障(含泄露性故障和閃絡(luò)性故障)。按電纜故障發(fā)生的原因分類，分為運(yùn)行故障，預(yù)試故障和外力破壞形成故障。按故障外表特性或人的直覺性分類，分為外露性故障和封閉性故障。按電纜故障發(fā)生的部位分類，分為主絕緣體故障，護(hù)套故障，本體故障，接頭故障。按故障損壞程度分類，分為單點(diǎn)故障、多點(diǎn)故障，大面積或長距離故障，介質(zhì)強(qiáng)度破壞。按電纜測試原理分類，分為開路故障，低阻故障(可以分為線間短路和對地短路)，高阻故障。

上述分類對于軍用裝備電纜而言過于詳細(xì)，不適用于戰(zhàn)場電纜搶修的管理。在匯總電纜故障分類方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)便于戰(zhàn)場搶修的原則，將軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷總結(jié)歸納為以下3類：斷路故障，主要指高阻故障，尤其是斷線故障；短路故障，主要指低阻故障，尤其是對地低阻和線間低阻；虛焊故障，主要指似斷非斷故障，尤其是接頭虛焊和線間虛接。軍用裝備電纜戰(zhàn)場操作分類模型如圖1所示。

圖1　軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷分類模型

3軍用裝備電纜搶修器材籌措

針對軍用裝備電纜的常見故障，依據(jù)維修工作分析方法形成一套軍用電纜搶修工作分析方法，其基本思路是對電纜斷路、短路和虛焊故障分析其搶修需求和方法，然后進(jìn)行搶修器材籌措綜合評價，最后得出搶修工具器材集，用于電纜故障緊急搶修。

搶修工作分析就是通過對每一項(xiàng)斷路、短路和虛焊故障戰(zhàn)場搶修工作進(jìn)行詳細(xì)的分析，將其分解為各個子工作或工序，確定出每個子工作或工序所對應(yīng)的備件工具的需求，作為確定系統(tǒng)中備件工具品種與數(shù)量的重要輸入信息。搶修工作分析的詳細(xì)分析工作內(nèi)容包括3個方面：確定搶修工作內(nèi)容，包括斷路、短路和虛焊故障戰(zhàn)場搶修的內(nèi)容、工作頻率、維修工作的級別。將上述工作分解為子工作和工序，并確定各子工作和工序的相互順序關(guān)系。確定一次搶修工作對保障資源的需求，這包括每一子工作和工序所需的人員的數(shù)量專業(yè)與技術(shù)等級；是否需要備品備件和所需備品備件的品種和數(shù)量；是否需要工具器材及其品種、數(shù)量。搶修工作分析的基本流程如圖2所示。

圖2　搶修工作分析的基本流程

以電纜斷路故障搶修為例，搶修工作分析把電纜斷路搶修工作分解為破拆電纜表皮、清理斷路接頭、備用連接線、接續(xù)斷路電纜、絕緣表皮包裹等五道工序。破拆電纜外表皮需要使用電工刀、斜口鉗、尖嘴鉗等工具；清理斷路接頭需要使用斜口鉗、老虎鉗修剪不合規(guī)格的接口，并使用剝線鉗去除電纜內(nèi)表皮；對于斷開線路較長的電纜，兩個斷路接頭可能不能夠直接接續(xù)在一起，因此需要使用一段連接線接續(xù)；在標(biāo)準(zhǔn)修理狀態(tài)下，斷路接頭需要使用焊錫焊接在一塊，非標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)急修理狀態(tài)下，可以將斷路接口使用壓接式快速接線端子壓接在一塊；將斷路電纜連通后，需要使用絕緣膠布或熱縮套管將金屬裸露部分包裹起來，同時還要將破拆的電纜表皮進(jìn)行封裝，這樣整個搶修過程才算結(jié)束。因此，一次電纜斷路搶修需要的工具器材為電工刀、斜口鉗、尖嘴鉗、老虎鉗、電烙鐵各一把，備用電纜、絕緣膠布、焊錫絲若干，壓接式快速接線端子2個或適合電纜直徑的熱縮套管若干。此外，通過搶修工作分析得到每次電纜斷路搶修消耗的備用電纜約0.2 m，絕緣膠布約1 m，焊錫絲約0.2 m，壓接式快速接線端子2個。因此，斷路搶修耗材按照備用10次量級進(jìn)行準(zhǔn)備，需要準(zhǔn)備備用電纜2 m，絕緣膠布10 m，焊錫絲2 m，壓接式快速接線端子20個。

搶修工作分析原理比較簡單，但工作量大，需花費(fèi)大量的時間與勞動量，但這項(xiàng)分析工作又是科學(xué)地確定搶修備件工具器材需求的必要方法和手段。最終獲得電纜搶修工具備件需求表如表1所示。

表1　電纜搶修工作備件工具需求

4電纜故障搶修程序

軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修恢復(fù)的電纜基本連通功能和電纜標(biāo)準(zhǔn)測試維修是有明顯差異的。電纜標(biāo)準(zhǔn)測試維修的測試項(xiàng)目和維修規(guī)程相當(dāng)嚴(yán)格，其目標(biāo)是最大程度地保證軍用裝備電纜的可靠性、安全性和可信性。但是電纜標(biāo)準(zhǔn)測試維修在戰(zhàn)時環(huán)境條件下是不具備實(shí)施條件的，且維修時間長，與戰(zhàn)斗進(jìn)程的短促性要求不相符合。軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修的核心在于搶修，其主要工作方式是施以非標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)急維修，從而相對有效地解決系統(tǒng)連通的問題。軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修程序主要分為5步：掌握故障癥候，完好性檢測，戰(zhàn)損評估，故障類型判斷和戰(zhàn)損定位，實(shí)施戰(zhàn)場搶修。軍用電纜戰(zhàn)場搶修流程如圖4所示。

4.1掌握故障癥候

軍用電纜戰(zhàn)場搶修工作在4種情況下啟動：一是單裝系統(tǒng)自檢正常，而整機(jī)系統(tǒng)自檢故障；二是發(fā)現(xiàn)有明顯戰(zhàn)場損傷切口或者碾壓痕跡；三是人為暴力破壞情況明確；四是確定有系統(tǒng)互聯(lián)風(fēng)險的其他因素。

4.2完好性檢測

可以確定的是，不是所有具有故障癥候的電纜都是故障電纜，但是具有上述故障癥候的電纜，直接用于系統(tǒng)互聯(lián)的安全風(fēng)險是很大的。然而如果直接進(jìn)行故障測試和搶修可能并不一定會有效果。因此，最安全的方法是對故障電纜進(jìn)行完好性檢測，對于軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修而言，一般采用直流電阻法進(jìn)行粗測即可確定電纜是否完好。如果電纜是完好的，可以結(jié)束搶修工作，用于系統(tǒng)互聯(lián)。如果電纜是故障的，則進(jìn)入下一步。

4.3戰(zhàn)損評估

對于出現(xiàn)故障的軍用電纜，需要根據(jù)戰(zhàn)場搶修時限，組織由基層級維修人員確定戰(zhàn)損能否恢復(fù)和由誰搶修的評估。評估結(jié)果可能是：經(jīng)搶修后可正常使用、有戰(zhàn)損不需修理但可有限制使用、有戰(zhàn)損不完全修理后可有限制使用、有戰(zhàn)損需后方修理后可使用、無法修理[8]。

4.4故障類型判斷和戰(zhàn)損定位

電纜故障類型主要可以分為斷路、短路和虛焊故障3個大類，而且這3種故障類型對應(yīng)的故障定位方法并不相同。因此這一步中，主要是采用檢測設(shè)備，確定故障的類型。電纜故障粗測方法一般可以分為電橋法和行波法。電橋法按其測試原理可以分為直流電阻電橋法、直流高壓電阻電橋法，電容電橋法。行波法按其測試脈沖的性質(zhì)分為低壓脈沖測試法(簡稱脈沖法)，直流高壓閃絡(luò)測試法(簡稱直閃法)，沖擊高壓閃絡(luò)測試法(沖閃法)。借鑒上述兩種方法的優(yōu)長，結(jié)合軍用裝備電纜長度短、阻值低的特性和在現(xiàn)場檢測需求，采用數(shù)字信號回路法來確定電纜故障。

對于斷路和短路故障，可以采用聲測法或者行波法進(jìn)行故障定位，由于考慮軍用裝備電纜長度較短，使用行波法可能存在測試盲區(qū)，采用聲測法，定位精度不小于0.2 m。對于虛焊故障定位一般采用紅外或者微波探傷進(jìn)行判別，但是成本較高，系統(tǒng)龐大，部隊(duì)使用不夠方便，因此本項(xiàng)目結(jié)合虛焊的應(yīng)力特性和頻譜分析，提出了基于低頻振動的虛焊檢測技術(shù)，可以定位到電纜的故障芯線。

軍用電纜故障類型判斷和戰(zhàn)損定位流程如圖3所示。

圖3　電纜故障類型判斷和定位示意圖

4.5戰(zhàn)場搶修實(shí)施

在故障定位以后，就是利用相應(yīng)的工具、器材和備件進(jìn)行電纜搶修。搶修后的電纜再次進(jìn)行完好性檢測，進(jìn)入下一個搶修工作循環(huán)(圖4)。

圖4　軍用電纜戰(zhàn)場搶修流程

5結(jié)束語

軍用裝備電纜戰(zhàn)場損傷在武器裝備系統(tǒng)故障類型中看似簡單，但其造成的武器系統(tǒng)戰(zhàn)斗力損失可能要比系統(tǒng)中某一兵器故障所造成的損失更大。軍用電纜的短路、斷路、虛焊故障會造成武器裝備系統(tǒng)的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號錯誤或某項(xiàng)功能喪失，甚至整個系統(tǒng)癱瘓。本文對電纜戰(zhàn)場損傷的原因進(jìn)行了分類，通過軍用裝備電纜搶修分析方法得出搶修工具集，確定了電纜戰(zhàn)場搶修的步驟，是研制在戰(zhàn)場環(huán)境下快速確定電纜故障類型、查找故障點(diǎn)位置、實(shí)現(xiàn)高效電纜搶修的軍用裝備電纜戰(zhàn)場搶修設(shè)備的理論基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

[1]馬世寧.裝備戰(zhàn)場應(yīng)急維修技術(shù)[M].北京:國防工業(yè)出版社,2009.

[2]商文忠,匡智軍.地空導(dǎo)彈戰(zhàn)場搶修問題探討[J].防空兵指揮學(xué)院學(xué)報,2010(3):65-66.

[3]潘耀華,王立武,黃忠衛(wèi).信息化條件下的裝備戰(zhàn)場搶修[J].四川兵工學(xué)報,2010,31(10):59-60,74.

[4]華蕓.電磁武器的攻擊與防護(hù)[J].網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用,2003,(12):22-24.

[5]徐丙垠,李勝祥,陳宗軍.電力電纜故障探測技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2001.

[6]Gongmin,Zheng.AReflectometer for Cable Fault Location with Multiple Pulse Reflection Method[J].Sensors & Transducers,2014,183(12):8-12.

[7]任俊.電力電纜故障測距綜述[J].電子技術(shù)與軟件工程,2013,(16):128-129.

[8]易星，肖沙里，彭光輝，等.基于紫外激光器的無線光通信系統(tǒng) [J].重慶工商大學(xué)學(xué)報：自然科學(xué)版，2014，31(7)：46-49.

[9]石春和.“戰(zhàn)場搶修手冊”若干編寫問題研究[J].軍械維修工程研究,2011(2):67-71.

(責(zé)任編輯唐定國)