某車載站保障方艙車總體結構設計

喬 雨

(中國電子科技集團公司 第二十七研究所，河南 鄭州 450047)

0 前言

現代軍事戰術技術的發展要求軍事裝備擁有更加有效的機動能力和可靠的工作性能，在日益復雜和惡劣的戰場環境中，軍事裝備必須改善其適應各種使用環境的能力[1]。車載站因其具備機動性好、適應性強、展開撤收快、運輸方便等特點，在現代軍事領域得到廣泛應用。如何在車載站的總體結構設計和布局方面采取有效措施，使裝備布局更緊湊合理，空間利用率更高，載荷分配更有效，便于裝備的操作和維修，提高裝備的機動性，滿足公路運輸和裝備快速轉場的要求，實現易地快速展開工作，是車載站總體結構設計時需重點考慮的因素。同時電子設備方艙作為電子設備和操作人員的主要載體，方艙的環控設計、電磁屏蔽設計及人機工程也是設計師在進行電子設備設計時應考慮的重點[2-4]。以某車載站保障方艙車為例，對該車載站的設計思路及總體結構布局設計進行簡要說明，并從整車安全性、系統溫控、電磁屏蔽及人機工程等方面進行了詳細的分析和論述。

1 設計思路及總體結構布局設計

根據某車載站的使用要求，保障方艙車應具備良好的公路行駛性、抗風性能、展收便捷性、環境適應性的特點。同時，方艙車裝載的設備量大，設備集成度高，主要的電子設備包括6個機柜、4個操控臺、1個2.4 m天線、1個動中通天線、1臺40 kW汽油機及其他設備。考慮到2.4 m天線應具備單獨使用的功能及天線在升降過程對人機環境造成的影響，保障方艙車采用了運輸車裝載2個方艙的布局。圖1為保障方艙車整體布局圖。

圖1 保障方艙車布局圖

運輸車作為設備的承載平臺，應具有足夠的承載能力及良好的動力性能。根據方艙車承載設備質量和體積需求，運輸車選擇了陜汽SX 2300型重型卡車，該車具有承載能力強、越野性能好等特點。運輸裝載車改裝主要包括運輸平臺、調平支腿及附件箱等設計。

運輸車裝載有2個方艙，分別為設備方艙和天線方艙，其中設備方艙主要裝載設備機柜和操控臺，為操作人員提供安全舒適的工作環境；天線方艙主要裝載2.4 m天線及其配套電子設備。根據設備需求，設備方艙采用標準的6 m直角大板方艙，其外形尺寸為：長度為6 058 mm，寬度為2 438 mm，高度為2 290 mm。

設備方艙劃分為3個獨立空間：方艙前部為供電間，艙內上方安裝整體式空調，下方安裝靜音電站，艙頂安裝動中通天線；方艙中部為設備間，艙內安裝有4個36U機柜，艙頂安裝2臺頂置空調；方艙后部為工作間，艙內安裝有4個操作臺和配套座椅、UPS柜、配電箱及其他配套設備。

天線方艙外形尺寸為：長度為2 820 mm，寬度為2 438 mm，高度為2 290 mm。安裝有2.4 m天線系統，艙內左右兩側各設置1個25U機柜，艙內后部安裝了空調和避雷裝置。天線方艙頂采用電動頂蓋結構，工作時可自動打開，天線系統可通過升降平臺升至艙頂。

2 安全性分析

保障方艙車結構設計中，為確保整車設備結構布局的合理性，應避免出現整車重心過于偏離車輛縱向中心線及重心過高或重心過于靠后靠前等現象，因此應對保障方艙進行安全性校核。

假設保障方艙車的長度方向為X軸，寬度方向為Y軸，高度方向為Z軸建立空間三維坐標系。通過計算，得到保障方艙車的質心位置為：X軸向5 719.5 mm，Y軸向1 231.9 mm，Z軸向2 259.1 mm。

2.1 軸載及穩定性校核

設備運輸車允許的最大裝載質量為40 000 kg，設備方艙及其他設備總質重約為26 500 kg，前后橋負載的計算表達式分別為：

G前=G總(L-x)/L

(1)

G后=G總-G后

(2)

式中，G前為前橋負載，單位kg；G后為后橋負載，單位kg；G總為總質量，單位kg；L為軸距，單位mm，x為質心距離前橋的縱向距離，單位為mm。經計算，后橋負載G后為11 395 kg，小于后軸允許最大軸載質量(14 000 kg)；前橋負載G前為15 105 kg，小于前軸允許最大軸載質量(26 000 kg)。

保障方艙車前橋負載與設備方艙及其他設備總質量的比例為43%，大于允許的比例(20%)，因此保障方艙車前后軸負荷分配合理，滿足要求。

假定保障方艙車左向靜止在側坡上，以左輪為支點在右側輪的受力為零時達到傾覆的臨界點，根據橫向靜態穩定角計算公式：

tg?=(b/2-e)/H

(3)

式中，?為橫向靜態穩定角，單位(°)；b為輪距，單位mm；e為質心偏離縱向中心線的距離，單位mm；H為質心高度，單位mm。經計算，得到保障方艙車的橫向靜態穩定角為23.4°，大于橫向靜態臨界傾覆角要求的20.0°。因此，保障方艙車側坡行車安全，滿足橫向穩定性要求。

縱向靜態穩定角的計算公式為：

?′=arctan(L2/H)

(4)

式中，?′為縱向靜態穩定角，單位(°)，L2為質心到后橋中心線的水平距離，單位mm，H為質心高度，單位mm。經計算，得到保障方艙車的縱向靜態穩定角為45.5°，大于縱向靜態臨界傾覆角要求的21.8°。因此，保障方艙車縱坡行車安全，滿足縱向穩定性要求。

2.2 抗風能力校核

根據設計要求，設備應滿足風速為12級時的穩定可靠性。風阻力計算公式為：

Fx=Cxv2A/16

(5)

式中，Fx為風阻力；Cx為風阻力系數，矩形平板取1.2，單位N·s2·m-4；v為風速，12級風速取35 m/s，A為迎風面積，單位m2。經計算，保障方艙車的風阻力為3 215.6 N。

風阻力產生的最大傾覆力矩計算公式為：

M=FxⅹH風

(6)

式中，M為最大傾覆力矩，單位kg·m；H風為風阻力到地面的垂直距離，單位m。經計算，保障方艙車的風阻力產生的最大傾覆力矩為8 039.1 N·m。

保障方艙車的最小抗傾覆半徑Rmin為該車承受最大風阻力時產生的最大傾覆力矩與車輛總質量的比值，其值為0.3 m。假設保障方艙車輪距為1.99 m，則其穩定半徑R約為1 m。當風速達到12級風時，保障方艙車的安全系數計算表達式為：

n=R/Rmin

(7)

式中，n為安全系數；R為穩定半徑，單位m；Rmin為最小抗傾覆半徑，單位m。

經計算，得到保障方艙車的安全系數為3.3，大于安全系數為1.0的標準值。由此可以判定，在風速為12級時，保障方艙車穩定可靠。此外，通過計算，得出保障方艙車的抗滑移安全系數為3.1，大于抗滑移安全系數標準值(1.5)。因此，保障方艙車抗滑移性能穩定可靠。

3 溫控設計

設備方艙安裝了2臺制冷量為5 kW和2臺制冷量為4 kW的空調，天線方艙安裝了1臺制冷量為5 kW的空調。方艙采用空調溫控方式，要求在夏季時設備方艙內溫度不高于28 ℃，天線方艙內溫度不高于35 ℃。方艙內熱負荷主要來源于方艙熱傳導、電子設備散熱、人員散熱、太陽輻射及空氣換熱等幾個方面。經計算，設備方艙總熱負荷為14 399 W，天線方艙總熱負荷為2 844 W。

此外，保障方艙車要求在冬季環境溫度為-40 ℃的情況下能正常工作，且工作艙內溫度不低于18 ℃，天線方艙的溫度不低于0 ℃。在此狀況下，方艙內的熱量損失主要包括方艙傳熱、空氣交換及設備預熱等方面。經計算，設備方艙的熱量損失為7 738 W，天線方艙的熱量損失為2 318 W。

根據上述參數及保障方艙車使用環境要求，設備方艙內選用了4臺空調總制冷量為18 kW，制熱量為10 kW；天線方艙內選用了空調總制冷量5 kW，制熱量為3 kW。保障方艙車選用的空調能夠滿足環境要求。

4 電磁屏蔽設計

方艙要求在頻率150 kHz～10 GHz范圍內，屏蔽效能大于40 dB。方艙屏蔽設計主要包括以下幾個方面：① 方艙大板采用兩面鋁板蒙皮結構，具有一定的屏蔽功效，能有效減少電磁泄露；② 方艙大板間采用鉚接工藝進行連接，可使方艙成為完整的電連續體，提高了屏蔽性能；③ 方艙門采用特制的鋁型材結構，門與門框的鋁型材之間裝有導電密封墊材料；④ 方艙通風孔口處安裝了高屏蔽效能的蜂窩屏蔽波導；⑤ 為了防止電磁干擾，避免由于電磁感應而降低方艙的屏蔽效能，同時為了更好地實現電源濾波，確保人員和設備的安全，方艙必須采用合理的接地方法。

5 人機工程學設計

設備方艙不僅是電子設備的安裝空間，也是操作人員的工作場所，因此，設備方艙的設計不但應滿足設備性能要求，還應為操作人員提供舒適的工作環境。設備方艙將操作人員工作間與機柜設備及油機間隔開，并在油機間內粘貼吸音棉，使操作人員工作間的噪聲降至60 dB以下。方艙內飾噴涂冰灰色氟碳漆，操控臺等設備均以淺灰色色調為主，整體色彩較為淡雅。操控臺高度、臺面上工作區域、操作人員四肢活動空間等均符合人機工程學設計，工作間還配備了航空座椅，為操作人員提供了舒適的工作環境。

6 結語

本文介紹了某車載站保障方艙車的總體結構設計及相關分析論證，其總體設計能夠滿足機動性能、環境適應性、維修性能的要求，同時具備了維修便捷、操作簡單、機動靈活等特點，可廣泛應用于軍事裝備領域。