美國(guó)電磁輻射對(duì)燃油危害標(biāo)準(zhǔn)簡(jiǎn)介

曹 斌 蔡明娟 范 凱

（1.中國(guó)船舶及海洋工程設(shè)計(jì)研究院 上海200011；2 海軍裝備研究院標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范所 上海200235；3.海軍裝備部駐上海地區(qū)軍事代表局 上海200135）

引 言

現(xiàn)代化艦船上的電子、電氣設(shè)備和系統(tǒng)大量應(yīng)用，通信、雷達(dá)等設(shè)備發(fā)射功率愈來(lái)愈大，頻譜覆蓋范圍不斷擴(kuò)大，使艦船電磁環(huán)境變得十分復(fù)雜。實(shí)際使用中已反映出燃油存在受電磁能量影響的問題，即燃油暴露于電磁輻射環(huán)境中，較強(qiáng)電磁能量的電弧或火花足以導(dǎo)致?lián)]發(fā)性易燃品的燃燒事故，出現(xiàn)電磁輻射對(duì)燃油的危害（HERF，Hazards of Electromagnetic Radiation to Fuel）問題。隨著艦船上機(jī)用燃料日益增加，與之相關(guān)的各種作業(yè)活動(dòng)在艦船上的普遍展開，暴露在艦船露天的航空燃料的易燃性直接導(dǎo)致電磁輻射危害的問題變得更加敏感和難以控制。

本文闡述電磁輻射對(duì)燃油危害的機(jī)理，歸納總結(jié)美軍有關(guān)電磁輻射對(duì)燃油危害的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范及技術(shù)文件，對(duì)較重要部分標(biāo)準(zhǔn)及文件進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。

1 電磁輻射對(duì)燃油危害機(jī)理

電磁輻射引燃燃油的發(fā)生，需要同時(shí)滿足以下三個(gè)條件：

（1）對(duì)于給定的環(huán)境溫度，燃油蒸汽與空氣混和物的比率必須恰當(dāng)；

（2）必須有足夠能量的電弧或火花以產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火溫度；

（3）電弧間隙必須有足夠的長(zhǎng)度和熱量，足以引起火焰。

這三個(gè)條件反映了電磁輻射引燃燃油的要素，即燃油燃燒密切相關(guān)的特性有閃點(diǎn)、燃燒極限以及點(diǎn)火能量三個(gè)因素。 “對(duì)于給定的環(huán)境溫度，燃油蒸汽與空氣混和物的比率必須恰當(dāng)”就是對(duì)燃油蒸汽與空氣混和物關(guān)于燃燒極限的限定；“必須有足夠能量的電弧或火花以產(chǎn)生恰當(dāng)?shù)狞c(diǎn)火溫度”就是對(duì)燃油蒸汽必須達(dá)到閃點(diǎn)以上的限定。需要說(shuō)明的是，閃點(diǎn)溫度與環(huán)境溫度有區(qū)別，即使環(huán)境溫度達(dá)不到閃點(diǎn)溫度，但由于點(diǎn)火源的因素可能使燃油蒸汽與空氣混和物的溫度超過(guò)閃點(diǎn)，從而引起燃燒?！半娀￠g隙必須有足夠的長(zhǎng)度和熱量，足以引起火焰”是對(duì)點(diǎn)火能量的限定。

2 美軍電磁輻射對(duì)燃油危害標(biāo)準(zhǔn)

1955年，針對(duì)美國(guó)海軍艦隊(duì)報(bào)告停放在CVA-42航母甲板上的飛行器受射頻照射發(fā)生了電弧放電現(xiàn)象，美國(guó)海軍開展了針對(duì)射頻能量點(diǎn)燃燃油蒸汽的專項(xiàng)調(diào)查工作，在此基礎(chǔ)上形成了《艦船上射頻電弧使燃油蒸汽點(diǎn)火的研究》報(bào)告（報(bào)告編號(hào)：AD 233049）。以該報(bào)告為基礎(chǔ)，美軍開展了系列研究，最終頒布了一系列指令指示、標(biāo)準(zhǔn)文件、技術(shù)手冊(cè)。

美國(guó)電磁輻射相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化文件范圍主要包括燃油電磁輻射安全性要求及試驗(yàn)方法方面的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范、指令、指示、軍隊(duì)技術(shù)文件資料、出版物等方面的標(biāo)準(zhǔn)化文件；與美軍電磁輻射對(duì)燃油危害有關(guān)的可供參考的標(biāo)準(zhǔn)化文件等相關(guān)資料共計(jì)24份，具體如表1所示。

表1 美軍電磁輻射對(duì)燃油危害相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)參考目錄

續(xù)表1

從整體來(lái)看，美軍HERF相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化文件，除了一些基本的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)以外，還有很多是從海、陸、空各個(gè)部門的需要出發(fā)，用于指導(dǎo)實(shí)際工作的管理手冊(cè)和指令指示文件，而在這些標(biāo)準(zhǔn)化文件中又引用了大量的技術(shù)性要求標(biāo)準(zhǔn)。美國(guó)HERF相關(guān)技術(shù)性標(biāo)準(zhǔn)化文件中，既有詳細(xì)闡述電磁輻射對(duì)燃油危害問題的背景及經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)的HERF專題技術(shù)文件，又有在各種設(shè)計(jì)、作業(yè)等過(guò)程中所涉及的技術(shù)性文件。通過(guò)這些文件，美軍才能做到從實(shí)際出發(fā)，依據(jù)指令法規(guī)有序管理，利用多年來(lái)總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，按照技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施，從而最終實(shí)現(xiàn)電磁輻射對(duì)燃油危害的良好控制。

在這些標(biāo)準(zhǔn)化文件中，DoDD 3222.3《國(guó)防部電磁環(huán)境效應(yīng)綱要》是美軍HERF的綱領(lǐng)性文件，涉及HERF的專題性標(biāo)準(zhǔn)化文件主要是MIL-STD-464C《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)要求》、NAVELEX 0101，106《電磁兼容及電磁輻射危害》、NAVSEA OP 3565 VOLUME 1《電磁輻射危害，第一卷——技術(shù)手冊(cè)（對(duì)人員、燃油的危害）》等等。下面就主要標(biāo)準(zhǔn)及文件進(jìn)行分析。

2.1 DoDD 3222.3《國(guó)防部電磁環(huán)境效應(yīng)綱要》

美軍非常重視電磁環(huán)境效應(yīng)（E3）控制，通過(guò)DoDD 3222.3，美軍從體制上建立了一套控制電磁環(huán)境效應(yīng)（含電磁輻射對(duì)燃油危害）的機(jī)制，規(guī)定了明確的職責(zé)劃分。從實(shí)踐效果來(lái)看，該套機(jī)制發(fā)揮了巨大的作用，確保了美軍電磁環(huán)境效應(yīng)相關(guān)工作的順利開展，有效地避免了美軍電磁環(huán)境效應(yīng)方面事故的發(fā)生。

2.2 MIL-STD-464C《系統(tǒng)電磁環(huán)境效應(yīng)要求》

MIL-STD-464C作為美軍系統(tǒng)電磁兼容性的總體要求標(biāo)準(zhǔn)，涉及電磁兼容性的諸多方面。對(duì)于電磁輻射對(duì)燃油危害，提出總的要求和試驗(yàn)方法，適用于所有軍用設(shè)備、系統(tǒng)，并規(guī)定了電磁輻射對(duì)燃油危害的安全性要求及驗(yàn)證方法。附錄A.5.9.2分別從要求理由、要求指南、檢驗(yàn)指南、經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)等幾個(gè)方面對(duì)HERF問題作了進(jìn)一步說(shuō)明。

2.3 NAVELEX 0101，106《電磁兼容及電磁輻射危害》

NAVELEX 0101，106主要用于指導(dǎo)使用者設(shè)計(jì)新的設(shè)備安裝布置（新研）或者在現(xiàn)有基礎(chǔ)上增加設(shè)備（加裝、改裝），幫助使用者了解電磁干擾以及電磁輻射的危害，并為使用者提供相應(yīng)的預(yù)防措施及技術(shù)手段。NAVELEX 0101，106詳細(xì)介紹有關(guān)電磁輻射對(duì)燃油危害問題的發(fā)生原因，提供檢測(cè)方法。但由于種種限制，該技術(shù)手冊(cè)并未給出具體的電磁輻射對(duì)燃油危害的安全限值，使其實(shí)用性受到一定限制。

2.4 NAVSEA OP 3565《電磁輻射危害》

NAVSEA OP 3565第一卷電磁輻射對(duì)人員、燃油的危害介紹了電磁輻射對(duì)人員危害、射頻灼傷、激光設(shè)備輻射危害生物效應(yīng)、電離輻射及電磁輻射對(duì)燃油危害。

NAVSEA OP 3565提出的有關(guān)預(yù)防電磁輻射危害的安全電磁環(huán)境電平，是目前所有美軍技術(shù)文檔、標(biāo)準(zhǔn)要求中有關(guān)限值的來(lái)源。此外NAVSEA OP 3565還給出了計(jì)算方法，可與安全限值比較以預(yù)測(cè)艦船上的安全區(qū)域（相對(duì)于發(fā)射機(jī)天線的安全距離）。

由于NAVSEA OP 3565提出了比較具體的HERF預(yù)防措施以及有關(guān)電磁輻射對(duì)燃油危害安全電磁環(huán)境的具體限值，使得該手冊(cè)實(shí)用性非常強(qiáng)。

2.5 AD 233049《艦船上射頻電弧使燃油蒸汽點(diǎn)火的研究》

AD 233049報(bào)告主要內(nèi)容包括電磁輻射對(duì)燃油危害問題的本質(zhì)、在實(shí)船上試驗(yàn)的程序以及試驗(yàn)的過(guò)程、試驗(yàn)的結(jié)果、場(chǎng)強(qiáng)及功率密度的測(cè)量、最后是有關(guān)問題的討論。

此報(bào)告的實(shí)船測(cè)量數(shù)據(jù)是依據(jù)1958年4月16日至4月21日期間，在CVA 42（富蘭克林·羅斯福）船上進(jìn)行的射頻電弧發(fā)火場(chǎng)強(qiáng)研究試驗(yàn)，此外一些有關(guān)燃油特性方面的數(shù)據(jù)來(lái)源于試驗(yàn)室內(nèi)的試驗(yàn)研究。該研究中最重要的發(fā)現(xiàn)是，在注油過(guò)程已知的條件下，飛機(jī)上拖出的射頻電弧極有可能點(diǎn)燃燃油蒸汽，遵守良好的操作程序可減少中斷（兩個(gè)導(dǎo)體連接）的可能性。因此，AD 233049還給出了預(yù)防射頻電弧點(diǎn)燃燃油蒸汽的建議。

2.6 其他相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)及文件

MIL-HDBK-237D《采辦過(guò)程的電磁環(huán)境效應(yīng)和頻譜保障性指南》是由美國(guó)國(guó)防部發(fā)布的一份用于指導(dǎo)設(shè)備、系統(tǒng)以及平臺(tái)在全壽命期間建立電磁環(huán)境效應(yīng)及頻譜保障性項(xiàng)目的技術(shù)文件。該手冊(cè)在電磁環(huán)境效應(yīng)概述中闡述電磁環(huán)境、電磁兼容性、電磁干擾、電磁輻射危害、電磁易損性、沉積靜電、靜電放電等內(nèi)容。在電磁輻射危害中說(shuō)明電磁輻射對(duì)燃油危害的機(jī)理、影響因素。

MIL-HDBK-844A《海軍飛機(jī)燃料加注手冊(cè)》由美國(guó)國(guó)防部發(fā)布，供海軍航空兵系統(tǒng)司令部、海軍部及美軍其他部門使用。手冊(cè)正文共9章，分別為:范圍、引用文件、定義、組織機(jī)構(gòu)及培訓(xùn)、航空燃料規(guī)格特性、航空燃料的污染物、（燃油）質(zhì)量的監(jiān)測(cè)、燃料裝卸過(guò)程中的安全事項(xiàng)、注釋。

3 結(jié) 論

艦船電磁輻射對(duì)燃油危害問題不容忽視。美軍尤其是美國(guó)海軍非常重視電磁輻射對(duì)燃油危害問題。早在上世紀(jì)50年代，美軍就已開展相關(guān)實(shí)驗(yàn)及研究，在此基礎(chǔ)上發(fā)布了一系列相關(guān)技術(shù)手冊(cè)用以指導(dǎo)艦船、飛機(jī)的設(shè)計(jì)、制造及使用維護(hù)，并將電磁輻射對(duì)燃油危害作為電磁兼容性的要求納入相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。

美國(guó)作為世界上軍事能力最強(qiáng)的國(guó)家，其HERF相關(guān)軍用標(biāo)準(zhǔn)化文件內(nèi)容全面、完整，在技術(shù)上發(fā)展得較為成熟，具有相當(dāng)程度的先進(jìn)性和廣泛適用性，為我國(guó)艦船預(yù)防電磁輻射對(duì)燃油危害的研究及艦船設(shè)計(jì)提供了十分重要的參考。

［1］ DoDD 3222.3，DoD Electromagnetic Environmental Effects（E3）Program［S］.2004.

［2］ MIL-STD-464C，Electromagnetic Environmental Effects，Requirements for Systems［S］.2010.

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［5］ MIL-HDBK-235C，Military Operational Electromagnetic Environment Profiles ［S］.2010.

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