简要介绍了现役通信机用发电机组的现状和当前外军发电机组开发应用情况，研究提出了全水冷超静音箱柴油发电机组研制过程中涉及的关键设计技术。

　　长期以来，我军通信机野外供电具体由安装于机内的小容量交流工频柴油发电机组来提供，在驻机或条件许可时则优先利用市电。因为发电机组可靠性偏低，通常采用两台机组“用一备一”的冷备份方式，造成占用机内空间大、机辆易超重等问题，影响了机辆越野机动性能。另外，由于发电机组的原动机为单缸风冷柴油发电机组，整个机组设计为固定式结构，振动和噪声都比较大，发热量高，无法在机内长时间连续工作，通常做法是在驻机时将发电机组取下来，抬到远离机辆几十米的地方进行发电，制约了通信机“运动中通信”和“运动中指挥控制”的保障能力。

　　基于上述问题，“十一五”期间我军研制并装备使用了基于水冷发电机组的第一代低噪音柴油发电机组，整体设计为相对封闭的箱式组成，噪声和振动较低、发热量较小，可在通信机上长时间连续工作，较好地解决了机辆运动中使用的难题，但与国外先进水平相比还有一定的差距，急需进行提高改进，以更好地满足实际使用要求。

　　为了增强发电机组的适应能力和战场能力，20世纪90年代美军规划发展了第二代战术无声发电机（TQG，Tactical Quiet Generator），共有6个容量等级（3、5、10、15、30、60 kW）、18个品种，容量等级和类型符合MIL－STD－633E标准系列，在美国陆海空三军得到了广泛应用，效果良好。TQG均为低噪音型发电机组，原动机均采用多缸水冷柴油发电机组，7 m处噪声等级不超过70 dB（A），在400 m以外检查不到机组的电磁、红外和噪声辐射，避免了敌方的探测和。美军10 kW TQG如图1所示。

　　当前全世界范围内在发电机组低噪音化设计技术方面最为领先的是Fischer Panda公司，该公司推出的一系列全水冷超静音发电机组，不仅发电机组采用多缸水冷柴油发电机组，发电机也采用水冷式。为了达到超低噪音工作状态和微弱的红外辐射目标，发电机组、发电机及排气消声装置全部封装在一个隔声舱内，构成紧凑，发电效率高。7 m 处噪声等级为55～65 dB（A），20 m以外检修不到机组的噪声辐射，产品除大量列装本队外，还广泛使用于美国和其他北约，同时在我军也有少量使用（均为该公司进口民用产品）。Fischer Panda公司10 kW全水冷超超静音柴油发电机组如图2所示。

　　我军第一代静音式发电机组产品噪声指标实际控制在1 m处不超过73 dB（A），第二代全水冷超静音式柴油发电机组设计目标为1 m处不超过70 dB（A），接近甚至达到了Fischer Panda公司设计水平。在该型机组研制过程中须解决以下几个方面的主要问题：

　　柴油发电机组运转带动发电机工作，由交流变换器将发电机输出的中频电能转换为工频电能后向外供电；通过增压器对柴油发电机组进气进行增压，提升柴油发电机组在高海拔时输出容量；通过隔声罩、消声器等措施进行降低处理；通过循环冷却液将柴油发电机组、消声器、交流变换器、发电机热量带到散热器对机组进行散热。机组总体方案原理框图如图3所示。

　　发电机组具体由水冷柴油发电机组、水冷永磁中频发电机、水冷交流变换器、水冷消声器、电动增压器、散热器、隔声罩、油箱等部分结构。机组外形结构示意如图4所示。

　　发电机组作为发电机组的核心部件，在选型过程中应重点关注体积、净重、容量（特别是连续功率）、可靠性、噪声等指标，尽量能够自带增压器。从目前国内外市场上来看，日本Kubota公司Z、D、EA系列和意大利Lombardini公司LDW系列多缸水冷柴油发电机组均是不错的选择。

　　由于永磁发电机具有结构大概、体积小、净重轻、可靠性高、效率高、无无线电干扰等特征，方案设计采用三相水冷永磁中频同步发电机。发电机结构可以设计为内转子式和外转子式两种，因为内转子式水冷发电机加工和装配简单，外转子式水道布局及装配相对复杂，因此方案选用内转子式发电机构成。

　　内转子式结构为发电机的转子组合在定子组合内部，定子外部压装电机壳体，发电机壳体内开有水道槽，发电机通过壳体内流动的冷却液对其散热，发电机构成如图5所示。

　　永磁发电机额定输出为400 V／400 Hz中频中压电能且自身无法调节励磁，而通信机需要稳定的220 V／50 Hz工频电能。因此，需通过交流变换器（核心是逆变器）进行电能变换，满足稳压稳频输出要求，同时不增加永磁发电机自身的体积与毛重。交流变换器需在标的55℃高温下工作，加上设备自身温升，封装在隔声罩内的变换器需承受高达上百度的温度，因此，必须优选性能优异的元器件，并做好耐设计和散热设计，否则无法满足机组可靠性指标要求。

　　发电机组的散热方式设计为全水冷散热，对机组发热的部件柴油发电机组、消声器、发电机、交流变换器以冷却液为热交换介质，通过外置散热器进行散热。由于柴油发电机组在正常工作时，循环水进口水温一般设计在80℃～90℃之间，此温度不适宜水冷发电机和交流变换器散热。因此冷却系统需设计为相隔离的两，冷却液循环示意如图3所示。

　　b．机械性噪声：它是因为机组工作时产生振动而产生，机组一般都是通过减振器与机架连接，尽管有减振措施，仍会造成隔声罩内局部共振，产生低频噪声；

　　c．空腔共鸣：由于机组振动而向隔声罩辐射的声波，在遇到障碍物反射回来时，二次激励诱发构成的振动，形成空腔共鸣。

　　因为冷却系统为隔离的两，因此散热器需设计为相隔离的两层，其原理为采用强制风冷的冷却风首先冷却下层交流变换器和发电机水的循环水，其次冷却上层柴油发电机组和消声器水的循环水。同时为适应高原的使用，设计专门的泄压阀冷却水沸点。

　　要控制噪声，首先要从减小声源的噪声着手。因为机组排气采用消声器，对机组的振动采用减振器，组成设计要使固有频率隔开。为机组声源的，有效的办法是减小开口间隙或采取密封及迷宫式构成。在静音机组的噪声综合治理中，除对发电机组的消声器进行合理设计外，还采用减振、隔声罩的吸声阻尼、隔声罩的隔声等措施。

　　水冷消声器是机组设计的具体降噪措施之一。对柴油发电机组燃烧废气设计专门的冷却管，进行充分的水冷却，使其温度降低，压力降低，再设计合理的扩张室，几次扩张后排出尾管，达到良好的降噪效果。

　　对传到隔声罩壁的噪声，采用吸声的办法控制，即利用吸声材料作为内饰来吸收入射到其上的声能，减弱反射的声能，从而降低机组的噪声。

　　多孔性吸声材料：其机理是当声波进入材料表面的空腔，导致空隙中空气和材料微小纤维的振动，由于内摩擦和粘滞阻力，使相当一部分声能为热能。常采用的此类吸声材料有玻璃棉、泡沬铝、毛毡、聚氨酯泡沬塑料、岩棉板等。

　　孔壁吸声材料：为了提高中、低频声波的吸声系数，往往在材料上开很多小孔，小孔背后保存有一定的空气层，使其产生共振而消耗能量。它往往与多孔性吸声材料混合使用，吸声系数与孔径和穿孔率有关。

　　超低噪声机组重点考虑发电机组的噪声，可用各种隔声材料和组成来隔离。隔壁面密度越大，隔声效果越好，但质量要相当大。在设计中应综合考虑降低噪音的各种因素，结合吸声材料设计隔声罩壁结构。即隔声罩外壁为一定厚度的钢板，内饰相应厚度的吸声材料。

　　将发电机组、发电机、散热器连接成一个整体，然后通过橡胶隔振器安装在机组底盘上，以机组底盘为基础形成整体。

　　由于发电机组与大量无线通信设备同机装配使用，要使系统能够兼容工作，机组电磁干扰控制便成为设计关键内容之一。经解析，机组具体的传导源和辐射源为交流变换器和发电机。因此在对交流变换器、发电机、隔声罩等部件设计时，需考虑其电磁屏蔽及滤波，主要设计措施如下：

　　（1）交流变换器各容量器件设计完善缓冲与吸收电，在降低功率器件的电应力的同时，可有效降低功率级的电磁干扰；同时对交流变换器外罩进行密闭性设计，外罩四面采用焊接组成，只保留一面用来拆装交流变换器，此面采用紧配合的止口连接，进一步降低电磁辐射。

　　（2）发电机所有开口进行电磁屏蔽设计。在发电机的所有开口处加装匹配的波导板，发电机输出连接采用电连接器。

　　（3）机组的发电机、交流变换器、控制箱、充电发电机、机组输出接口等连接电在适当设置滤波器进行滤波。

　　（4）对隔声罩的所有结合部位进行屏蔽设计。对箱体的底板、底架端部、机箱上盖、输出箱装配法兰等使用不锈钢材料；机组所用的橡胶条，全部采用具有电磁屏蔽作用的导电硅橡胶条；在进气口加装通风波导板；在隔声罩与散热器的各水接口处加装通风波导板。

　　（5）机组在设计控制电时，采取电磁辐射源较大与电磁辐射源较小部件进行隔离设计，易于机组的电磁屏蔽及滤波设计。

　　总之，对水冷发电机组进行超低噪音设计，应从噪声的途径入手，综合采用隔声、吸声、消声等降噪措施，切断或衰减噪声的，同时采用有效的散热方式，在满足输出容量的前提下，达到超静音式目的。该型机组不仅可用于野战通信机辆，还可广泛应用于指挥控制、情报侦察、电子对抗、武器发射等战术机辆，满足系统在驻机及机动过程中长时间连续可靠供电需求，且大大提高了战场安全性能。相信在装备使用后可全面提升我军机载电源系统的综合水平，使其发挥更大的军事效能。石家庄康明斯加强了在电动技术商业化方面的投入，将康明斯的专业知识和在电动传动系统方面的重要经验相结合。

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