1.4.2 裝甲車輛熱管理系統(tǒng)的發(fā)展

由于裝甲車輛的特殊性，早期裝甲車輛熱管理的關(guān)注點在于保障系統(tǒng)的可靠性及產(chǎn)熱部件的散熱需求，系統(tǒng)管理相對粗放，可控性較差，熱量利用率也相對較低，需要結(jié)合現(xiàn)有民用先進熱管理技術(shù)及裝甲車輛的實際需求，對裝甲車輛熱管理系統(tǒng)進行合理改進。其發(fā)展方向可以歸納為以下幾方面。

1）部件精確控制

考慮到部件工作的可靠性，早期裝甲車輛的冷卻水泵和冷卻風扇均采取機械驅(qū)動的方式，目前僅有部分裝甲車輛的冷卻風扇采取液壓驅(qū)動的方式。對于機械驅(qū)動式冷卻水泵和冷卻風扇，冷卻介質(zhì)流量取決于發(fā)動機轉(zhuǎn)速，冷卻液的流量及通過散熱器的空氣流速不能靈活調(diào)節(jié)，無法實現(xiàn)按需冷卻，從而難以保障發(fā)動機在最佳溫度下工作，導(dǎo)致燃料經(jīng)濟性和發(fā)動機性能不佳。液壓驅(qū)動的冷卻風扇也只能實現(xiàn)按擋位調(diào)節(jié)，無法根據(jù)冷卻需求實時變化。

電子控制的冷卻水泵、冷卻風扇及節(jié)溫器，能夠?qū)⒗鋮s介質(zhì)的流速與發(fā)動機轉(zhuǎn)速解耦，根據(jù)車輛的運行工況動態(tài)調(diào)整冷卻量，實現(xiàn)冷卻系統(tǒng)的電控化和智能化，進而達到以下目標：①根據(jù)運行工況動態(tài)調(diào)整冷卻強度，避免冷卻過度和冷卻不足，改善冷卻效果，同時降低冷卻水泵、冷卻風扇的功耗，提高車輛的動力性和燃油經(jīng)濟性；②產(chǎn)熱部件能夠在合理的溫度范圍內(nèi)工作，工作可靠性更高；③能夠改善發(fā)動機的起動性和排放性能。

目前，冷卻系統(tǒng)的電控化在民用汽車上的應(yīng)用已非常廣泛。韓國現(xiàn)代汽車公司生產(chǎn)的某型轎車，將散熱器和冷凝器的冷卻風扇分別改為電控模式，以對冷卻液溫度和空調(diào)冷凝器溫度進行多級聯(lián)合控制，可使冷卻風扇的功率消耗減少90%，節(jié)省燃油10%[26]。

由于裝甲車輛冷卻風扇的功率較大，受功率及體積影響，電控風扇還沒有應(yīng)用到裝甲車輛上。從可靠性的角度出發(fā)，冷卻水泵也都采用機械水泵。但隨著水泵及電機技術(shù)的進步、混合動力的出現(xiàn)、車輛發(fā)電量的增大，電控水泵及風扇在裝甲車輛上的應(yīng)用將逐步實現(xiàn)，進而實現(xiàn)裝甲車輛熱管理系統(tǒng)的精確控制。

2）提高測試技術(shù)水平

實現(xiàn)熱管理系統(tǒng)的精確控制，需要大量工況及環(huán)境參數(shù)，如環(huán)境溫度、大氣壓力、發(fā)動機轉(zhuǎn)速及排氣溫度等。控制系統(tǒng)將傳感器參數(shù)、微處理器和執(zhí)行機構(gòu)等組織起來，實現(xiàn)各部件的多元聯(lián)合控制、自動調(diào)節(jié)、精確控制，保證發(fā)動機和整車處于最佳工作狀態(tài)，減少傳熱損失和功率損耗。

民用車輛熱管理系統(tǒng)的傳感器技術(shù)已經(jīng)非常成熟，VALEO發(fā)動機冷卻試驗是在散熱器兩側(cè)合理布置測點，以在環(huán)境氣候風洞中實現(xiàn)對車載散熱器兩側(cè)的冷卻液和空氣的流速、溫度和壓力等的有效測量[27]。文獻[28]設(shè)計了一種直徑僅為26mm的半球形傳感器，用于直接測量車輛底盤的局部傳熱系數(shù)。Victor Reinz公司在發(fā)動機氣缸襯墊中嵌入溫度傳感器，與傳統(tǒng)裝在氣缸蓋水套中的傳感器相比，離燃燒室更近，對溫度變化的測量也更加可靠和快捷[29]。

由于裝甲車輛運行環(huán)境惡劣，受傳感器工作可靠性、穩(wěn)定性等因素的影響，早期裝甲車輛熱管理系統(tǒng)中安裝的傳感器數(shù)量較少。隨著傳感器技術(shù)的發(fā)展、可靠性的提高，各類傳感器在裝甲車輛熱管理系統(tǒng)中的應(yīng)用將變得越來越多。

3）加強廢熱利用

熱平衡試驗顯示，大多數(shù)內(nèi)燃機僅有30%左右的燃料熱量用于做功，其余的70%則作為廢熱被冷卻介質(zhì)和排氣等帶走。如何合理有效地利用廢熱是熱管理技術(shù)的主要研究內(nèi)容之一。目前，民用車輛對廢熱的利用主要從以下三個方面著手。

（1）冷卻液熱量利用。文獻[30]對冷卻系統(tǒng)進行了改進，取消了散熱器風扇，并在暖氣風箱中增加鼓風機，將冷卻液中的廢熱用于駕駛室供暖。設(shè)計的可調(diào)暖通裝置適用于一年四季各種不同的外部熱環(huán)境，在一定程度上提高了廢熱的利用。

（2）排氣熱量利用。排氣熱量利用比較成熟的是排氣再循環(huán)（EGR）技術(shù)，如圖1-7所示。它通過將部分廢氣引入進氣道對進氣進行加熱，改善燃燒性能。目前還有一些研究是熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，文獻[31]-[33]運用熱電轉(zhuǎn)換相關(guān)技術(shù)，設(shè)計排氣熱回收裝置，通過仿真和試驗研究，證明排氣熱回收系統(tǒng)可行有效。文獻[34]則研究了車輛排氣廢熱利用的熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)，研究表明，想要通過熱電轉(zhuǎn)換技術(shù)來提高車輛的燃料經(jīng)濟性，單純依靠提高熱電轉(zhuǎn)換效率是不夠的，還要提高熱交換器等相關(guān)設(shè)備的性能。

（3）熱量綜合利用。熱量綜合利用是指冷卻液熱量和廢氣熱量的綜合應(yīng)用。文獻[35]運用熱泵、暖風循環(huán)和暖通空調(diào)進行模塊設(shè)計，構(gòu)成混合加熱系統(tǒng)，并比較該系統(tǒng)在不同運行工況和外部環(huán)境下的能效特性及運行模式，為混合加熱系統(tǒng)的優(yōu)化指明了方向。文獻[36]分析了金屬氫化物制冷系統(tǒng)、吸收式熱泵及沸石熱泵等發(fā)動機廢熱利用裝置的性能及其對材料特性的要求、優(yōu)缺點和研究現(xiàn)狀。

裝甲車輛散熱器的冷卻液溫度一般維持在90℃左右，因此，冷卻液的熱量可以在冬季加以利用，實現(xiàn)乘員舒適性的改善。此外，還可以考慮將EGR技術(shù)應(yīng)用到裝甲車輛上，以改善柴油機的燃燒性能。

4）增強乘員艙舒適性

對于熱管理系統(tǒng)而言，增強乘員艙舒適性就是如何在不同的惡劣環(huán)境下，更好、更快地實現(xiàn)乘員艙溫度的舒適性。文獻[37]和文獻[38]建立了人體生理模型、心理舒適度模型和暖體假人模型，運用計算流體動力學(xué)（CFD）分析了車輛駕駛室內(nèi)的空氣流動和傳熱，研究如何提高乘員舒適性。文獻[39]運用數(shù)值方法分析了高級絕熱材料和車窗傳熱技術(shù)在車輛熱管理中的應(yīng)用，減少了陽光輻射和外部熱環(huán)境對駕駛室的影響，從而提高了汽車的舒適性。

早期裝甲車輛因受到布局的限制，對于增強乘員舒適性的考慮比較少，隨著人們對人-機-環(huán)重視程度的提高，如何提升駕駛室及戰(zhàn)斗艙的溫度舒適性逐漸受到關(guān)注，下一步計劃在裝甲車輛上增加空調(diào)系統(tǒng)及冬季冷卻液熱量利用系統(tǒng)。