特種車輛空調系統優化方案

中圖分類號：U463.851 文獻標識碼：A 文章編號：1003-8639（2025）06-0072-05

Optimization Scheme for Air Conditioning SystemsofSpecial Vehicles

Li Yang，Zhou Zhou

（Beijing Automotive Research Institute Co.，Ltd.，Beijing ）

【Abstract】Inviewof the expansion of the ambient temperaturerange for the use of military vehicles due to global climatechange，thisarticledesignsanddevelopsanairconditioning system for militaryspecial operationsvehicles. Through environmentalsimulationtests，thefactorsaffecting itsperformance wereanalyzed，suchastheflowfieldof the rearairconditioningsystem，theoverallair tightnessand heat insulationperformanceof thevehicle，andtheairintake of thecondenser，etc.Afterrectificationandoptimizationof various factors，thecooling and heating performance of the airconditioning systemcanbesignificantlyimproved，succesfullymeetingthetechnicalindicators.This isconduciveto improving thedriving and riding environment and combat environment insidethevehicle，enhancing combat efectiveness，andcanprovidea guiding planforthedevelopmentandoptimizationofairconditioningsystemsforsimilar vehiclesin the future.

【KeyWords】militaryspecialvehicles;airconditioningsystem;performanceoptimization;environmentalsimulation test

在當今復雜多變的軍事環境中，軍用特種車輛執行任務時面臨著極為嚴苛的氣候條件。從酷熱難耐的沙漠地區，到嚴寒刺骨的極地地帶，環境溫度的巨大差異給車輛的運行以及車內人員的工作狀態帶來了嚴峻挑戰。車內環境的舒適度直接關聯到作戰人員的戰斗力與持久作戰能力，而空調系統作為調節車內環境的核心設備，其性能優劣至關重要?；诖?，深人研究并精心設計適配軍用特種車輛的空調系統技術方案成為當務之急。以下將詳細闡述針對該車輛空調系統展開的一系列技術研究與實踐。

1空調系統方案設計

1.1空調系統指標要求

根據特種車輛指標要求，空調系統需具備降溫和采暖功能。其具體指標如下： ① 降溫性能，在環境溫度為 （35±3）^qC 、車速 60km/h 的條件下，試驗20min ，車內人員呼吸點與環境溫差應 35% ； ② 采暖性能，在環境溫度為 （-25±3）^°C 、車速 60km/h 的條件下，試驗 40min ，車內人員足部溫度應 ≥15^°C 。

根據此要求，在車輛已有邊界條件允許情況下設計空調系統。

1.2空調系統冷熱負荷計算

準確計算汽車空調車室冷負荷，不僅可為制冷裝置設計提供依據，還能通過分析各構成部分，尋出降低空調冷負荷的方法。

1.2.1 設計計算條件

1）制冷工況：車內設計溫度 30^°C ，室外溫度35^°C ，車速 60km/h ，太陽直射強度 1000W/m² ，太陽散射強度 100W/m² ，室內外空氣相對濕度 50% ，乘坐人數10人。

2）制熱工況：車內設計溫度 15^°C ，室外溫度 -25^°C 車速 60km/h ，太陽直射強度 0W/m² ，太陽散射強度0W/m² ，室內外空氣相對濕度0，乘坐人數10人。

1.2.2冷熱負荷計算結果

經計算，整車制冷量總需求 9.7kW ，整車制熱量總需求 kW 。

1.2.3 壓縮機選型計算

1.2.3.1 確定設計參數

系統制冷量不低于 9.7kW ，蒸發溫度 T_s=0^°C ，蒸 發壓力 P_s=0.293MPa ，冷凝溫度 T_c=55^°C ，冷凝壓力 P_c=1.4912MPa ，過冷度 ΔT_sc=5^°C ，過熱度 ΔT_su=10^°C 。 壓縮機傳動比1.45，取4擋，速比1，主減速比7.1， 車輪滾動半徑 0.59m ，壓縮機入口制冷劑溫度 T_λ= 5% 。根據H-P圖，查出各狀態點的參數：蒸發器入 口制冷劑比焓 h_?1=271.34kJ/kg ；蒸發器出口制冷劑比 焓 h₂=406.78kJ/kg ；壓縮機入口制冷劑比焓 h₃=402.855 kJ/kg ；壓縮機出口制冷劑比焓 h₄=464.84kJ/kg ；冷凝 器入口制冷劑比焓 h₅=464.84kJ/kg ；冷凝器出口制冷 劑比焓 h₆=271.34kJ/kg ；壓縮機吸氣比容 v=0.070964 m³/kg 。

計算壓縮機各性能指標：單位制冷量 Δh= 131.515kJ/kg ；制冷劑循環量 G=Q/Δh=265.52kg/h 制冷劑體積流量 V=G×v=18.84m³/h ；單位壓縮功 W= h₄-h₃=61.985kJ/kg ：壓縮機功 N=WG/（0.9×0.9）=5.64kW 制冷效率 COP 用 H_cop 表示，即 H_cop=Q/N=1.71 。

1.2.3.2 確定壓縮機排量

1）發動機轉速確定。車速 60km/h 時，發動機轉速和車速的對應關系為：

n_e=9.55i₀i_gV/R

式中： i₀ —變速器對應擋速比； i_g —主減速器速比；V—車速； R —車輪動力半徑； n_e 一發動機轉速。計算得 n_e=1606.16r/min 0

2）排量計算。壓縮機計算公式為：

V₁=V×10⁶/（N×60×η）

式中： V₁ ——壓縮機理論排量；V—壓縮機的氣缸體積； N —壓縮機轉速； η —壓縮機的容積效率。計算得壓縮機理論排量 V₁=208.75cc/rev 。

1.2.4冷凝器性能計算

1）冷凝單位放熱量： Q₁=h₅-h₆ ，已知冷凝器入 口制冷劑比焓 h₅=464.84kJ/kg ，冷凝器出口制冷劑比 焓 h_?6=271.34kJ/kg ，則 Q₁=h_s-h₆=193.5kJ/kg°

1.2.5 系統送風量計算

1）制冷系統送風量計算。系統制冷量為 9.7kW ，在系統臺架試驗時，蒸發器進口干球溫度 30% ，相對濕度 50% ，此時空氣比焓 h₁=64.2kJ/kg ；蒸發器出口干球溫度設計值為 7% ，相對濕度 70% ，此時空氣比焓 h₂=18.1kJ/kg ， Δh=h₁-h₂=46.1kJ/kg 。計算可得制冷系統送風量計算值 G=Q/Δh=757.48m³/h 。考慮

HVAC帶風道后的風量損失，將送風量放大 5% ，即制冷系統送風量 G₁=795.35m³/h 。

2）制熱系統送風量計算。 其中 ∣c∣ （空氣比熱， W?h/kg^?K） 取0.28， γ （空氣密度，kg/m³） 取1.227， t_H （暖風出風口溫度）取 65°C ， t_λ （暖風進風口溫度）取 15^°C 。計算得采暖系統風量 523.93m³/h ；取修正系數 k=1.5 ，實際采暖系統風量需求為 786m³/h 。

1.2.6熱負荷計算結論

制冷系統性能參數：系統制冷量為 9.7kW ，壓縮機排量為 210cc/rev ，冷凝器放熱量為 21.4kW ，系統送風量為 848m³/h 。

采暖系統性能參數：系統制熱量為9kW，采暖風量為 786m³/h ○

2 空調系統方案設計

空調系統主要零部件見圖1，主要零部件技術狀態及參數見表1。

3空調系統性能試驗

由于車輛為軍用特種車輛，無法進行路試驗證，因此在風洞試驗室進行整車空調系統性能的環境模擬試驗驗證。

3.1空調系統降溫試驗結果

按照QC/T658—2000《汽車空調整車降溫性能試驗方法》對車輛進行環境模擬試驗，其制冷性能試驗結果見表2。表中要求的環境溫度為 36.4⁹C ，測試車速為 60km/h ，測試時間為 20min 。

3.2 空調系統采暖試驗結果

按照GB/T12782—2007《汽車采暖性能要求和試驗方法》對車輛進行環境模擬試驗，采暖性能試驗結果匯總見表3。表中要求的環境溫度為 -25.3^°C ，測試車速為 60km/h ，測試時間為 40min 。

3.3 試驗結果判定

根據環境模擬試驗結果及技術指標要求評定，除前排駕駛員與副駕駛員性能指標達到標準外，后排指標項均不合格。

4空調系統性能試驗結果分析及整改

根據環模試驗結果，對影響后空調系統性能的因素分析如下： ① 后空調系統流場差，出風口吹出空氣不能覆蓋肩部及腳部區域； ② 整車保溫隔熱性能差，導致外界冷熱量過多傳入車內，冷熱負荷過大； ③ 整車氣密性能差，大量冷熱空氣漏入車內，影響空調系統效果； ④ 冷凝器前端通風效果差，導致冷凝效果不佳，影響空調系統性能。

針對上述分析排查情況，對各影響因素進行優化整改。

4.1后空調系統流場優化

試驗結果表明，前排降溫采暖性能好，原因之一是出風方向及空氣流場可覆蓋肩部及腳部區域，而后排不達標主要是出風方向及空調流場差。空調風道對空調性能影響重大，決定車內溫度、流場分布等。整改優化后的空調系統布置方案見圖2，優化后的主要零部件性能參數見表4。重新設計后吹面風道及后吹腳風道，并進行CFD設計分析優化。CFD分析可縮短產品開發周期、降低成本，快速獲取空調系統流動特性參數，判定系統合理性并提供優化方案。

4.2 后吹面流場優化

后吹面流場經多輪設計優化，在風道內部增加分風結構并同步CFD分析，保證各出風口風量比例均勻，出風比例優化情況見表5。通過增加出風擋板及調整出風口角度，實現流場覆蓋后排乘員肩部呼吸點區域，利用CFD軟件優化后出風口方向及流場，如圖3所示，優化后后吹面出風口風量分配均勻，空氣流場覆蓋后排乘員肩部呼吸點區域。

4.3 后吹腳流場優化

后排吹腳風道經過多輪次優化分析，優化風道結構走向布置，增加風道內部分風結構，同步CFD分析，出風風量比例優化情況見表6（吹腳為左右兩個暖風機，左右對稱布置，風量只計算一側數據），最終優化出風風向及流場情況見圖4，優化后后排吹腳出風口風量分配均勻，空氣流場覆蓋后排乘員足部區域。

4.4整車氣密性能優化

整車氣密性對NVH、空調制冷制熱等性能影響顯著，是決定整車舒適度的重要因素。對車輛進行氣密性測試，在 300Pa 壓力下，整車泄漏量為 262.3m³/h 氣密性較差，嚴重影響空調系統性能。利用煙霧發生器排查泄漏點，主要泄漏點為各工藝檢修孔、后空調箱外循環處、整車泄壓閥處、前圍轉向管柱過孔處及制動閥體過孔處，示意情況見圖5。針對這些問題，采取以下整改措施： ① 取消空調系統外循環，由三防系統清潔通風功能替代； ② 取消整車泄壓閥，由三防系統超壓排氣閥功能替代； ③ 在轉向過孔及制動閥體過孔處增加密封結構； ④ 在全部檢修蓋板安裝連接部位增加密封結構。

整改后再次測試，在 300Pa 壓力下，整車泄漏量降至 48.1m³/h ，氣密性能大幅提升，滿足空調系統要求。

4.5整車隔熱性能優化

在整車空調系統性能試驗中，監測車輛前車頂外部表面、車頂內部表面及內部海綿層表面溫度，監測溫度曲線信息如圖6所示。車身前后圍、左右側圍和頂蓋是車身圍護結構的主要傳熱部位，其隔熱保溫效果對汽車空調性能影響極大。試驗數據顯示，試驗樣車部分部位無保溫隔熱措施，金屬車身直接暴露，由于金屬導熱系數高，整車降溫時，這些部位與車外溫度溫差小，車外熱量持續進入車內，車身冷熱負荷過大，影響空調系統效果。

針對此問題，對整車隔熱保溫性能進行整改，對車身車體進行保溫措施提升，在車身內部裸露部分增加隔熱海綿，在車體下表面噴涂隔熱材料，提升車輛的隔熱保溫性能。試驗結果表明，增加隔熱保溫材料比無隔熱保溫材料的部位，溫度降低 15^°C 左右。

4.6冷凝器進風優化

對于風冷式換熱器，空氣側熱阻約占總熱阻的70% ，強化空氣側換熱能力是提高其性能的關鍵。經分析，車輛發動機艙空調冷凝器總成前部進風效果差，風量損失大，影響空調系統降溫。為此，對冷卻模塊前部進風進行優化，增加進風導向密封板，導向密封板結構及位置見圖7，CFD流場分析見圖8。增加密封導向板后，通過冷凝器的風量明顯增加，經計算，風量增加約 15% 。

5優化后空調系統性能試驗驗證

對上述各影響要素進行分析優化，制定整改方案并在車輛上實施。整改完成后，在風洞試驗室進行第2次空調系統性能環境模擬試驗。

5.1空調系統降溫優化試驗結果

按照QC/T658—2000《汽車空調整車降溫性能試驗方法》進行空調系統降溫性能模擬試驗，其制冷性能試驗結果見表7。表中要求的環境溫度為 35.8^qC ，測試車速為 60km/h ，測試時間為 20min 。

5.2 空調系統采暖優化試驗結果

在重慶中汽研風洞試驗室對車輛進行第2次環境模擬試驗，按照GB/T12782—2007《汽車采暖性能要求和試驗方法》進行空調系統采暖性能模擬試驗，采暖試驗結果見表8，表中環境溫度為 ，測試車速為 60km/h ，測試時間為 40min 。

5.3優化后空調性能試驗結果判定

根據環境模擬試驗結果評定，優化后的空調系統，前排及后排駕乘人員降溫與采暖性能均達到預定的性能指標要求，表明優化措施成效顯著。

6總結

全球氣候持續變化，軍用車輛面臨的使用環境溫度范圍日益拓寬。如今，裝甲戰斗車輛配備乘員空調系統已不再是奢侈之舉，而是關乎戰斗力，尤其是生存力的關鍵因素?？照{系統助力乘員與車輛在極端氣候下高效運作，相較于敵方未裝備空調的同類車輛，具備明顯戰術優勢。傳統軍用裝甲特種車輛的通風裝置僅能滿足空氣流通，無法調節車內溫濕度，難以營造舒適環境。在復雜的現代氣候與戰爭環境下，軍用特種車輛對空氣調節裝置的需求極為迫切，這對于為作戰人員提供舒適駕乘與作戰條件至關重要。

本研究結合軍用特種作戰車輛的特性，設計開發空調系統，深入剖析影響其性能的因素，并針對性地實施整改優化。經環境模擬試驗驗證，車輛空調系統的降溫與采暖性能顯著提升，成功達成技術指標要求，極大地改善了車內人員的駕乘與作戰環境，有效增強了車輛及人員的戰斗力。研究成果為后續軍用特種作戰車輛空調系統的開發設計與性能優化提供了極具價值的指導性方案。

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（編輯林子衿）