導彈用貯運發(fā)射箱內濕度控制研究

鄧 科，鄒偉偉，周成康，杜新宇，林相偉

(北京特種機械研究所，北京 100143)

【機械制造與檢測技術】

導彈用貯運發(fā)射箱內濕度控制研究

鄧 科，鄒偉偉，周成康，杜新宇，林相偉

(北京特種機械研究所，北京 100143)

提出了一種吸濕效率較高的新型防潮劑，對該防潮劑在貯運發(fā)射箱內密閉空間吸濕特性進行分析，對不同初始濕度環(huán)境下防潮劑的用量進行了計算，并通過試驗驗證。結果顯示，選擇氯化鈣作為發(fā)射箱內環(huán)境濕度調節(jié)的防潮劑是一種較為理想的方案。

防潮劑;發(fā)射箱；濕度；校正系數(shù)

導彈用貯運發(fā)射箱使導彈在長時間的貯存或運輸期間處于良好環(huán)境，與惡劣的自然環(huán)境隔絕，大大提高了導彈的貯存可靠性和發(fā)射可靠性。

發(fā)射箱通常為密封狀態(tài)，并充以一定量的干燥空氣或惰性氣體，使導彈處在更加優(yōu)越的環(huán)境。用來衡量發(fā)射箱貯存環(huán)境優(yōu)劣的參數(shù)主要有溫度、壓力和濕度。其中，濕度受到導彈裝填時初始環(huán)境條件影響最大，也最難以控制，而濕度條件的變化對導彈的絕緣性能、密封件的壽命等有著較大的影響。因此，將發(fā)射箱內的濕度控制在適宜的范圍內是設計時需要考慮的一個重要環(huán)節(jié)。利用防潮劑對發(fā)射箱內環(huán)境濕度進行調節(jié)，防潮劑的種類與用量選擇是能否將發(fā)射箱內環(huán)境濕度控制在適宜范圍的關鍵。

1 發(fā)射箱內部濕度指標的確定

濕度過高對導彈產生的直接影響就是絕緣性能下降、鋼制零件銹蝕或電子元器件老化，而濕度過低則會導致導彈的橡膠密封件等老化，使用壽命降低。例如，對于光學器件或磁記錄材料，其基體材料本身由多層高分子材料復合而成，是霉菌生長的溫床，如果濕度過高，會促進霉菌繁殖生長，進而導致產品功能失效；對于集成電路、液晶器件等，濕度過高會導致產品出現(xiàn)吸潮現(xiàn)象，從而產生故障；對于電容器、接插件、開關件、電極材料等，潮濕的危害更加明顯；對于精密機械、儀器儀表或高亮度器件等，高濕度環(huán)境導致的氧化作用會致使機械精度下降、儀表精度失準、亮度降低等。

導彈是典型的機電產品，盡管在導彈研制過程中經(jīng)過了環(huán)境試驗考核，但如果在導彈貯存期間提供最為適宜的環(huán)境，無疑能夠使導彈的貯存可靠性和發(fā)射可靠性大大提高。

對于人來講，環(huán)境相對濕度處于40%RH～60%RH最為適宜；對于工業(yè)產品來說，通常不要越過“三七線”，即環(huán)境相對濕度不要大于70%RH，不要小于30%RH；從元器件及原材料的特性來說，要發(fā)揮最佳特性，環(huán)境相對濕度在40%RH左右為宜。考慮到環(huán)境相對濕度與溫度直接相關，因此，發(fā)射箱設計者通常將箱內相對濕度控制在常溫下(25℃)30%RH～60%RH作為目標[1-2]，本文以某型號要求的常溫下(25℃)28%RH～48%RH為目標進行研究。

2 防潮劑種類的選擇

2.1 常用防潮劑種類

防潮劑的種類很多，考慮到發(fā)射箱及箱內導彈均為典型的機電產品，金屬結構件、高分子材料結構件、橡膠密封件、集成電路、插接件等為主，也會有部分光學器件、液晶器件、高精度儀器儀表，因此，防潮劑需滿足幾個基本特點[3]：

1) 無毒害，不具有腐蝕性，便于裝備使用人員操作、更換；

2) 無有害物質揮發(fā)對箱內光學器件、高精度儀器儀表等產生影響，不會有損設備功能；

3) 有較高的吸濕率，在滿足箱內濕度調節(jié)要求的前提下質量最??；

4) 保證吸濕過程不可逆，不能因溫度變化產生水滴或水分揮發(fā)；

5) 吸濕后不發(fā)生化學反應放熱、產生氣體，對箱內溫度、壓力不產生影響。工業(yè)上常用的防潮劑如表1所列。

2.2 防潮劑選擇

從上述常見防潮劑特點可知，通過物理吸附，雖然存在環(huán)保、可再生等優(yōu)點，但其吸濕率最高不超過100%。在一個內部空間較大、初始濕度較大的發(fā)射箱內，如果要將濕度降低到一個適宜的范圍，需要的防潮劑用量較大；而通過化學反應進行吸濕，效率高得多。

發(fā)射箱內相對濕度的目標在常溫下是一個范圍，因為放入發(fā)射箱內的防潮劑用量不可能太精確，可能出現(xiàn)箱內防潮劑過多，使得箱內濕度偏低，或過少，造成箱內濕度偏高。如果采用氯化鈣作為防潮劑，其濕度低時吸濕率低、濕度高時吸濕率高的特點就能很好的克服用量不精確帶來的隱患。

表1 常用的防潮劑

3 防潮劑用量計算

3.1 影響用量的因素

3.1.1 發(fā)射箱內絕對水分子量M

發(fā)射箱內絕對水分子量M是影響防潮劑用量的首要因素。發(fā)射箱內絕對水分子量M是用絕對濕度ρ和發(fā)射箱內空腔體積V0的乘積來表征的，即M=V0·ρ。其中絕對濕度ρ表示每立方米濕空氣中含水蒸氣的質量(kg/m3)。

實際工作中人們更習慣用相對濕度RH表征大氣中水分子含量，相對濕度RH可通過測試儀表或傳感器直接測量。相對濕度RH和絕對濕度ρ之間可用如下公式進行換算，

RH(%)=ρ1/ρ0x 100%

(1)

ρ1=ρ0·RH(%)

(2)

式中，ρ1為絕對濕度，ρ0為同種溫度條件下空氣中水分飽和時的絕對濕度。不同溫度下空氣中水分飽和時的絕對濕度是個常量，可查閱相關手冊獲得。因此，通過式(2)可得到在一定相對濕度(RH)、溫度(℃)下單位體積(1 m3)的水分子量m(g)，如表2所列。

表2 每立方米水分子量m與溫度、相對濕度的關系

假設發(fā)射箱內的空氣體積為V0，發(fā)射箱內絕對水分子量

M=m·V0

(3)

發(fā)射箱內腔在貯存導彈的狀態(tài)下是一個密閉空間，通常都有較為嚴苛的氣密要求。根據(jù)發(fā)射箱設計標準，導彈貯存期間，發(fā)射箱內的氣體壓力要確保大于箱外壓力，從而避免箱內與箱外產生濕氣交換。對于某一只發(fā)射箱而言，一旦進行了密封操作，則發(fā)射箱內的水分子絕對數(shù)量M即視為不發(fā)生變化。

3.1.2 防潮劑吸濕率a

防潮劑吸濕率a表征防潮劑吸水的能力，從表1可以知道，防潮劑在環(huán)境濕度不同時，其吸濕率在變化。本文研究對象是氯化鈣，在長期使用當中，人們獲得了氯化鈣吸濕率與環(huán)境相對濕度的對應關系。以某種包裝的氯化鈣防潮劑為例，其對應關系如表3所示。

3.1.3 校正系數(shù)k

上文提到某種包裝的防潮劑因包裝不同，其表現(xiàn)出來的吸濕效果也不同。例如，防潮劑散開放在發(fā)射箱內，由于防潮劑與箱內濕空氣接觸面積大，防潮劑會在較短的時間內達到飽和，防潮劑被充分利用，吸濕效率較高，如果防潮劑放置在一個無紡布做成的包裝袋中，則靠近包裝袋的一層防潮劑會迅速吸濕，達到飽和，然后逐漸向內層滲透。如果包裝較大，則內層的防潮劑很可能無法發(fā)揮效果。在密閉空間中，空氣缺乏流動，也在一定程度上影響了防潮劑的工作效率。所以，針對不同的發(fā)射箱和不同包裝，在進行防潮劑用量的計算時，需要考慮一個校正系數(shù)k，這個參數(shù)可以通過除濕試驗獲得。

表3 某種包裝的氯化鈣防潮劑吸濕率a與其所對應的相對濕度 %

3.2 用量計算方法

假設某發(fā)射箱在裝填導彈以后進行封閉，封閉后箱內空氣體積為V=1.5 m3，此時通過環(huán)境參數(shù)傳感器測得箱內相對濕度RH=74%，環(huán)境溫度為25℃，采用某型包裝氯化鈣防潮劑，每10 g為一個獨立包裝。如果，發(fā)射箱內貯存濕度目標值為30%～50%，則防潮劑用量G可采用如下方式進行計算。

先確定箱內絕對水分子量，此時，V=1.5 m3，m查表1獲得25℃時80%RH對應的m值后通過線性差值可得，m=16.84 g。代入式(3)可得M=25.26 g。如果將30%RH～50%RH作為目標值，則需要除掉的水分子量為30%RH～50%RH對應的水分子含量與箱內初始水分子量的差值。采用同樣的方法，得到M1=8.175 g，M2=15.06 g。記ΔM為8.175 ～15.06 g。

再確定一個獨立包裝的氯化鈣防潮劑的吸濕能力，用吸水質量表征。由于防潮劑的吸濕率隨著箱內環(huán)境相對濕度的變化而變化，因此，在進行快速估算時，需要取平均吸濕率，然后通過校正系數(shù)校正誤差。故氯化鈣吸濕率采用98%，可知一個獨立包裝的氯化鈣防潮劑可吸收水質量為

M′=10×98%×k=9.8k(g)

若用Q表示防潮劑用量，則

Q=(ΔM×10)/9.8k

式中，k通過試驗獲得。

Q/10圓整后就是某種包裝的防潮劑包數(shù)。以此類推，可以得到某技術陣地(帶空調室內條件，溫度基本穩(wěn)定，25℃)在不同初始環(huán)境濕度條件下，某型發(fā)射箱的防潮劑用量，如表4所列。

同樣的方法，如果環(huán)境溫度是一個變量，通過表2所列溫度與相對濕度的關系，以及式(3)可以得出相應的防潮劑用量。

表4 某型發(fā)射箱氯化鈣防潮劑用量 (25℃，V=1.5 m3)

3.3 用量計算結果

在表4中，防潮劑用量含有一個系數(shù)k，k為校正系數(shù)，它與吸濕率的選取原則、箱內空腔結構、防潮劑在箱內位置分布、防潮劑存放盒的結構等有關，需要通過試驗確定。

以某型發(fā)射箱為試驗箱，在6月和9月分別開展了5次試驗，試驗結果如表5所列。

表5 發(fā)射箱除濕試驗結果

由此，可得k值在0.001 6～0.002 4之間，取中間值0.002，則得到某型發(fā)射箱采用某種包裝的氯化鈣防潮劑用量如表6所列。

表6 某型發(fā)射箱氯化鈣防潮劑用量列表(25℃，V=1.5 m3)

4 試驗驗證

按照上述計算結果，在某型發(fā)射箱的靶場試驗當中，進行了考核，參加考核的發(fā)射箱與本文3.3節(jié)試驗用發(fā)射箱同型。試驗共3次，發(fā)射箱狀態(tài)無變化，初始濕度有一定差異，實際測得的濕度變化與防潮劑用量如表7。

表7 試驗數(shù)據(jù)列表

試驗結果表明，理論計算值與實測值誤差在5%之內，說明計算方法合理，校正系數(shù)k適應性較好。另外，防潮劑的效能在前3天最強，此后也對吸濕有一定的貢獻。在實際應用中，如果希望目標濕度偏向上限或下限，則應該適當減少或增加防潮劑用量。

5 結論

1) 選擇吸濕性能較高、衛(wèi)生安全的氯化鈣作為發(fā)射箱內濕度環(huán)境調節(jié)的防潮劑；

2) 校正系數(shù)k是確定防潮劑用量的關鍵參數(shù)，不同發(fā)射箱的校正系數(shù)k的大小不同。

3) 通過靶場試驗驗證，本文介紹的計算方法理論計算值與實測值誤差在5%之內，與濕度傳感器4%的測量誤差相當，說明本文介紹的計算方法合理。

[1] 李杏軍，宣兆龍，易建政，等.封套封存中干燥劑用量的計算[J].包裝工程，2004(1).

[2] 段志強，易建政，宣兆龍，等.封套材料透視率影響因素分析[J].包裝工程,2003,24(4).

[3] 李寧，王樹軒，王壽江，等.氯化鈣生產和應用綜述[J].鹽業(yè)與化工，2009(11).

[4] 劉川文，黃紅軍，李志廣，等.改性聚乙烯醇-氯化鈣共混物的吸濕性能研究[J].科學技術與工程，2007,24(6).

[5] 王歡，肖志煒.導彈金屬包裝箱濕度顯示紙變白問題的分析[J].河南科技，2013(5)：54-55.

[6] 楊春.武器產品的金屬包裝箱結構設計[J].戰(zhàn)術導彈技術，2011(5)：38-40.

[7] 李偉義，劉相新，何麗.導彈發(fā)射箱傳熱研究[J].導彈與航天運載技術，2013(1)：27-30.

[8] 蘇紅，趙春海.基于MSP430F149單片機的發(fā)射箱參數(shù)記錄儀[J].戰(zhàn)術導彈技術,2011(3):104-108

(責任編輯唐定國)

Study on Humidity Control of Launch Canister

DENG Ke, ZOU Wei-wei, ZHOU Cheng-kang, DU Xin-yu, LIN Xiang-wei

(Beijing Institute of Specialized Machinery, Beijing 100143, China)

The new moisture resistant agent with the very rapid moisture absorption was proposed. The moisture absorption characteristics of the moisture resistant agent was analyzed in the sealed space of launch canister. At the same time, the amount of the moisture resistant agent was calculated in the different humidity environments, and the correctness of the amount of the moisture resistant agent was validated. The results show that CaCl2can better regulate humidity environments of launch canister, which is excellent moisture resistant agent.

moisture resistant agent; launch canister; humidity; correction coefficient

2016-06-26；

2016-09-25

鄧科(1981—)，男，碩士，高級工程師，主要從事兵器發(fā)射理論與技術研究。

10.11809/scbgxb2017.01.037

鄧科，鄒偉偉，周成康，等.導彈用貯運發(fā)射箱內濕度控制研究[J].兵器裝備工程學報，2017(1):163-167.

format:DENG Ke, ZOU Wei-wei, ZHOU Cheng-kang, et al.Study on Humidity Control of Launch Canister[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):163-167.

TJ768

A