空空導(dǎo)彈工作溫度分析

張艷輝，史明麗

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

空空導(dǎo)彈工作溫度分析

張艷輝，史明麗

（中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽(yáng) 471009）

目的分析空空導(dǎo)彈高低溫工作溫度的考核要求。方法基于空空導(dǎo)彈的特點(diǎn)，給出其壽命期內(nèi)預(yù)期經(jīng)歷的高低溫工作環(huán)境，并對(duì)在這些環(huán)境下遭遇的極端溫度進(jìn)行分析。結(jié)果以空空導(dǎo)彈掛裝某兩型載機(jī)為例，綜合考慮了壽命期內(nèi)各階段工作環(huán)境，給出了高低溫工作溫度的確定方法以及考核建議。結(jié)論由于各型號(hào)空空導(dǎo)彈的部署區(qū)域和掛裝載機(jī)不同，文中提供的高低溫工作溫度參考值并不能覆蓋所有型號(hào)的空空導(dǎo)彈，仍需具體問(wèn)題具體分析，以獲得相對(duì)準(zhǔn)確的工作溫度，對(duì)其環(huán)境適應(yīng)性做出合理評(píng)價(jià)。

空空導(dǎo)彈；高低溫；工作溫度

自從20世紀(jì)40年代空空導(dǎo)彈問(wèn)世以來(lái)，在空戰(zhàn)中起著越來(lái)越重要的作用。隨著戰(zhàn)爭(zhēng)需求的變化和科學(xué)技術(shù)突飛猛進(jìn)的發(fā)展，空空導(dǎo)彈部署區(qū)域已由傳統(tǒng)的陸地拓展到海洋，掛裝載機(jī)的性能也在不斷提高。這樣，空空導(dǎo)彈所經(jīng)受的環(huán)境也較以往更為復(fù)雜和嚴(yán)酷，因此對(duì)其環(huán)境適應(yīng)性的要求也越來(lái)越高。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，在由環(huán)境影響造成的產(chǎn)品故障中，溫度故障大約占40%，可見(jiàn)，溫度應(yīng)力造成的產(chǎn)品故障是很多的[1]。因此，為了保證產(chǎn)品能適應(yīng)未來(lái)壽命期環(huán)境，溫度試驗(yàn)是產(chǎn)品研制定型和批生產(chǎn)階段用得最多的、最廣泛的試驗(yàn)，同時(shí)也是最重要的試驗(yàn)。溫度試驗(yàn)一般包括高溫貯存和工作試驗(yàn)、低溫貯存和工作試驗(yàn)、溫度沖擊試驗(yàn)。高低溫貯存試驗(yàn)和溫度沖擊試驗(yàn)溫度在GJB 150—86《軍用設(shè)備環(huán)境試驗(yàn)方法》相應(yīng)章節(jié)中有明確規(guī)定，而高低溫工作試驗(yàn)溫度暫未有標(biāo)準(zhǔn)或相關(guān)資料來(lái)統(tǒng)一規(guī)定?；谏鲜鲈?，文中以空空導(dǎo)彈為例，分別從其在陸地部署和海洋部署兩個(gè)角度出發(fā)，給出了其壽命周期內(nèi)的高低溫工作溫度的確定方法和考核建議。

1 空空導(dǎo)彈主要高低溫工作環(huán)境

空空導(dǎo)彈是由飛機(jī)攜帶，從飛機(jī)上發(fā)射，攻擊并摧毀空中目標(biāo)的導(dǎo)彈。飛機(jī)起飛前，一般要利用機(jī)載火控系統(tǒng)的供電、參數(shù)裝訂等實(shí)現(xiàn)空空導(dǎo)彈的地面自檢，自檢正常后轉(zhuǎn)入空中掛機(jī)飛行狀態(tài)?？罩袙鞕C(jī)飛行狀態(tài)是指空空導(dǎo)彈在掛機(jī)飛行條件下，從武器系統(tǒng)準(zhǔn)備、載機(jī)占位開(kāi)始到導(dǎo)彈離機(jī)時(shí)的工作狀態(tài)?？湛諏?dǎo)彈離機(jī)后，便轉(zhuǎn)入自由飛行狀態(tài)?？梢?jiàn)，空空導(dǎo)彈壽命期內(nèi)的工作環(huán)境主要出現(xiàn)在地面掛機(jī)工作、空中掛機(jī)飛行工作以及自由飛行等3個(gè)狀態(tài)[2]。

在自由飛行期間，由于氣動(dòng)加熱，空空導(dǎo)彈表面溫度非常高，可達(dá)450℃左右，但其持續(xù)時(shí)間較短，一般為10～120 s，而且彈身結(jié)構(gòu)都會(huì)采取熱防護(hù)措施，短時(shí)間內(nèi)導(dǎo)彈不會(huì)達(dá)到熱平衡。因此，一般情況下，不把空空導(dǎo)彈自由飛行狀態(tài)的高溫工作環(huán)境看作溫度環(huán)境的一部分，而是把它看作導(dǎo)彈的性能[3]。因此，文中暫不考慮自由飛行期間的溫度環(huán)境。

2 空空導(dǎo)彈工作溫度分析

空空導(dǎo)彈工作溫度范圍很寬，極端的溫度環(huán)境能引起空空導(dǎo)彈局部尺寸發(fā)生改變、導(dǎo)引頭罩和光學(xué)引信等破壞、電子部件性能劣化、發(fā)動(dòng)機(jī)藥柱產(chǎn)生裂紋、密封部件泄露、零部件和表面涂層破裂、有機(jī)材料褪色裂開(kāi)或出現(xiàn)裂紋、工作壽命縮短等[4—6]。為了保證空空導(dǎo)彈在預(yù)期的溫度環(huán)境能夠正常工作，必須開(kāi)展一系列高低溫試驗(yàn)對(duì)其進(jìn)行考核，以為環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)提供依據(jù)。

試驗(yàn)溫度是溫度試驗(yàn)的重要因素，空空導(dǎo)彈工作溫度是指空空導(dǎo)彈能夠正常工作的溫度，超過(guò)這一溫度空空導(dǎo)彈將不能完成規(guī)定的功能。我國(guó)幅員遼闊，氣候條件復(fù)雜，而空空導(dǎo)彈部署范圍廣泛，所處自然環(huán)境基礎(chǔ)溫度差異較大，空空導(dǎo)彈工作溫度不僅與我國(guó)氣候區(qū)的工作極值有關(guān)，還受平臺(tái)微氣候環(huán)境的影響，如載體種類和熱源、相鄰設(shè)備發(fā)熱情況、產(chǎn)品周圍通風(fēng)和傳熱情況以及產(chǎn)品本身冷卻方式等[7]。以下分別從陸地部署和海洋部署兩個(gè)方面對(duì)空空導(dǎo)彈工作溫度進(jìn)行分析。

2.1 陸地部署

在大多數(shù)情況下，空空導(dǎo)彈是從陸地部署到飛機(jī)，然后由飛機(jī)攜帶在空中執(zhí)行任務(wù)。陸地部署空空導(dǎo)彈工作環(huán)境包括了地面掛機(jī)工作狀態(tài)和空中掛機(jī)飛行工作狀態(tài)，因此工作溫度按地面掛機(jī)工作溫度和空中掛機(jī)飛行工作溫度進(jìn)行分析。

2.1.1地面掛機(jī)

高低溫工作溫度通常采用時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率工作極值，而工作極值是依據(jù)極端地區(qū)極端月內(nèi)逐時(shí)（或逐次）測(cè)得的數(shù)據(jù)和時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率確定的值。中國(guó)范圍和世界范圍的地面高低溫工作極值以及出現(xiàn)地點(diǎn)見(jiàn)表 1[8—9]。

表1 地面高低溫工作極值Table 1 The extreme values of high and low operating temperature on ground℃

中國(guó)范圍的地面高低溫工作溫度通常均選取1%的時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率極值[8]。世界范圍的地面高溫工作溫度一般取1%的時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率極值，地面低溫工作溫度一般取20%的時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率極值[9]，即中國(guó)范圍和世界范圍的高溫工作極值分別為45.5℃和49℃，低溫工作極值分別為-48.8℃和-51℃。地面高低溫工作極值是從距地面1.5 m高度處百葉箱中溫度表測(cè)量的大氣溫度，但由于空空導(dǎo)彈地面掛機(jī)工作狀態(tài)下直接暴露于大氣環(huán)境中，高溫極值出現(xiàn)的同時(shí)還會(huì)經(jīng)受強(qiáng)烈的太陽(yáng)輻射，這樣，空空導(dǎo)彈工作環(huán)境溫度要比高溫工作極值要高。我國(guó)在20世紀(jì)70年代對(duì)飛機(jī)進(jìn)行溫度實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)表明，處于陽(yáng)光直接照射下的飛機(jī)，其周圍的溫度要高于高溫工作極值15～20℃[10—11]?？湛諏?dǎo)彈主要掛裝在飛機(jī)機(jī)翼下使用，因此，空空導(dǎo)彈在中國(guó)范圍地面掛機(jī)高溫工作溫度范圍為60.5～65.5℃。世界范圍的高溫極值條件下，附加太陽(yáng)輻射環(huán)境的影響后，GJB 150.3A—2009中規(guī)定此時(shí)的誘發(fā)溫度為71℃[5]。因此，空空導(dǎo)彈在世界范圍地面掛機(jī)高溫工作溫度為71℃。低溫極值條件下，黑夜很長(zhǎng)，太陽(yáng)輻射可以忽略不計(jì)，溫度在一天24 h保持不變，有充足的時(shí)間建立溫度平衡，這樣，誘發(fā)溫度和低溫極值基本相同。因此，中國(guó)范圍和世界范圍的地面掛機(jī)低溫工作溫度分別為-48.8℃和-51℃。

2.1.2空中掛機(jī)飛行

空空導(dǎo)彈空中溫度環(huán)境是由載機(jī)飛行引起的誘發(fā)環(huán)境，它與載機(jī)飛行任務(wù)剖面緊密相關(guān)?？罩袙鞕C(jī)工作溫度可根據(jù)載機(jī)典型任務(wù)剖面數(shù)據(jù)和式（1）計(jì)算確定：

式中：Tr為導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度，K；TE為大氣溫度，K；V為飛行馬赫數(shù)，Ma。

空中氣溫均取1%的時(shí)間風(fēng)險(xiǎn)率極值[8—9]，分別查閱GJB 1172.12—91《軍用設(shè)備氣候極值 空中氣溫》和MIL-STD-210C，得到相應(yīng)高度下中國(guó)范圍和世界范圍的溫度極值?，F(xiàn)以空空導(dǎo)彈掛裝某兩型載機(jī)為例，依據(jù)式（1）進(jìn)行空中掛機(jī)飛行工作狀態(tài)下的導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度計(jì)算，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 典型飛行參數(shù)下的導(dǎo)彈表面恢復(fù)溫度Table 2 The recovery temperature on missile surface under typical flight parameters

由表2可知，彈體表面的恢復(fù)溫度在絕大多數(shù)飛行時(shí)間內(nèi)高溫不高于70℃，僅有極少數(shù)飛行時(shí)間內(nèi)超過(guò)70℃，主要發(fā)生在低空高速飛行和高空超音速飛行狀態(tài)，且每次飛行持續(xù)時(shí)間較短（一般不超過(guò)5 min）。溫度的影響主要取決于它的持續(xù)時(shí)間，大多數(shù)空空導(dǎo)彈的加熱時(shí)間常數(shù)在1～2 h之間[3]，故彈體表面的高溫很難在短時(shí)間內(nèi)傳遞到彈內(nèi)并達(dá)到熱平衡，人們常常把這種短時(shí)高溫環(huán)境由掛飛氣動(dòng)加熱試驗(yàn)單獨(dú)考核。彈體表面的低溫恢復(fù)溫度按中國(guó)范圍的溫度極值計(jì)算，一般不低于-45℃。在相同飛行參數(shù)下，按世界范圍的溫度極值計(jì)算得到的彈體表面的低溫恢復(fù)溫度要更低，可達(dá)-51.3℃，且持續(xù)一定時(shí)間?？紤]到空空導(dǎo)彈全球部署的可能性，需對(duì)空空導(dǎo)彈在該溫度下的環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行考核。

結(jié)合陸地部署空空導(dǎo)彈地面掛機(jī)工作溫度和空中掛機(jī)飛行工作溫度分析結(jié)果，掛裝該兩型載機(jī)的空空導(dǎo)彈高溫工作溫度建議圓整化為70℃，低溫工作溫度建議圓整化為50℃。

2.2 海洋部署

我國(guó)第一艘航母——遼寧艦已經(jīng)交付部隊(duì)使用，這對(duì)我海軍維護(hù)海洋主權(quán)、保護(hù)航道自由等均有重大意義。航母之所以成為艦艇編隊(duì)最核心的作戰(zhàn)力量，主要依賴于其特有的武器裝備——艦載機(jī)，空空導(dǎo)彈正是艦載機(jī)升空后奪取制空權(quán)和進(jìn)行遠(yuǎn)程打擊的關(guān)鍵，可以說(shuō)空空導(dǎo)彈的列裝對(duì)航母至關(guān)重要。

我國(guó)海洋邊界線漫長(zhǎng)、海域遼闊，海洋環(huán)境條件復(fù)雜多變，空空導(dǎo)彈隨航母在海洋航行、訓(xùn)練和執(zhí)行作戰(zhàn)任務(wù)時(shí)所遇到的海洋環(huán)境十分惡劣。溫度是空空導(dǎo)彈隨航母服役時(shí)首先必須面對(duì)的一項(xiàng)環(huán)境因素，如果航母在熱帶（或夏季）航行、或遇到海洋暖流時(shí)，空空導(dǎo)彈會(huì)遇到高溫環(huán)境。如果航母在冬季航行，尤其是在高緯度海域航行時(shí)，空空導(dǎo)彈會(huì)遇到低溫環(huán)境[12—13]。

海洋部署空空導(dǎo)彈工作環(huán)境包括艦面掛機(jī)工作和空中掛機(jī)飛行，但空中掛機(jī)飛行時(shí)所遇到的溫度環(huán)境與陸地部署空空導(dǎo)彈基本相同，這里不再分析，而僅對(duì)艦面掛機(jī)工作狀態(tài)下的工作環(huán)境進(jìn)行分析。

GJB 1060.2—91《艦船環(huán)境條件要求氣候環(huán)境》中規(guī)定，艦船露天部位設(shè)備高溫工作溫度按1%風(fēng)險(xiǎn)率取值，低溫工作溫度按5%風(fēng)險(xiǎn)率取值。這樣，海面環(huán)境高溫工作極值則為48℃，但由于空空導(dǎo)彈艦面掛機(jī)工作狀態(tài)下直接暴露于大氣環(huán)境中，則應(yīng)在高溫工作極值的基礎(chǔ)上再加上1110 W/m2太陽(yáng)輻射熱產(chǎn)生的溫升（相當(dāng)于17℃），則高溫工作溫度為65℃。對(duì)于低溫，非極區(qū)航行的艦船露天部位設(shè)備低溫工作極值按5%風(fēng)險(xiǎn)率取值為-28℃，極區(qū)航行的艦船露天部位設(shè)備低溫工作極值為-54℃，但我國(guó)航母在極區(qū)航行的可能性極小，故該環(huán)境可暫不考慮?！队?guó)國(guó)防裝備環(huán)境手冊(cè)》中規(guī)定全球比較寒冷的海洋地區(qū)的誘發(fā)溫度最低為-34℃，故低溫工作按-35℃考核即可滿足海洋低溫環(huán)境要求[14—15]。

綜上所述，海洋部署空空導(dǎo)彈高低溫工作環(huán)境較陸地部署空空導(dǎo)彈溫和，高溫工作溫度取65℃，低溫工作溫度取-35℃即可滿足航母服役要求。

3 結(jié)語(yǔ)

文中基于地面（或海洋）極端溫度環(huán)境和空中典型飛行參數(shù)進(jìn)行分析，給出了空空導(dǎo)彈高低溫工作溫度的確定方法，并提供了適應(yīng)文中兩型載機(jī)的高低溫工作溫度參考值，即高溫為70℃和低溫為-50℃。事實(shí)上，我國(guó)空空導(dǎo)彈型號(hào)多樣，各個(gè)型號(hào)的空空導(dǎo)彈由于部署區(qū)域、掛裝載機(jī)的不同，所遇到的溫度環(huán)境也是千差萬(wàn)別的。這就需要具體問(wèn)題具體分析，以獲得相對(duì)準(zhǔn)確的工作溫度，對(duì)其環(huán)境適應(yīng)性做出合理評(píng)價(jià)。

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Analysis on Operating Temperature for Air-to-Air Missiles

ZHANG Yan-hui，SHI Ming-li
（China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China）

ObjectiveTo analyze the assessment requirements of high and low operating temperature for air-to-air missiles.MethodsBased on the characteristics of air-to-air missile,the expected high and low operating environments throughout its life cycle were given,and the extreme temperatures under these environments were analyzed.ResultsA two-type carrier aircraft with air-to-air missile was taken as an example,the operating environments at different stages of the life cycle were comprehensively considered and the determination method as well as assessment suggestions for high and low operating temperature were given.ConclusionAs different air-to-air missiles have different deployment area and carrier aircraft,the reference values of high and low operating temperature given in this paper could not cover all types of air-to-air missiles,so we should make a concrete analysis of each specific question to obtain relatively accurate operating temperature and to reasonably judge the environmental adaptability.

air-to-air missile；high and low temperature；operating temperature

2014-08-31；

2014-12-23

張艷輝（1985—），女，工程師，主要研究方向?yàn)闄C(jī)載設(shè)備環(huán)境工程。

Biography：ZHANG Yan-hui（1985—），F(xiàn)emale，Engineer，Research focus：environmental engineering of airborne equipment.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.021

TJ760

A

1672－9242（2015）02－0099-05

2014-08-31；

2014-12-23