空空導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)海洋環(huán)境腐蝕防護(hù)

肖 軍, 廖志忠, 吳連鋒

(1.中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009；2.海洋涂料國家重點實驗室，山東 青島 266071)

0 引 言

高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)紫外線(三高一強(qiáng))和微生物綜合作用，容易引起海洋環(huán)境中空空導(dǎo)彈金屬結(jié)構(gòu)腐蝕、電器短路、非金屬老化、運(yùn)動部件失靈等故障，不僅影響導(dǎo)彈外觀，還存在功能異常和事故等風(fēng)險。海洋環(huán)境腐蝕防護(hù)是關(guān)系到戰(zhàn)斗力的一個重要問題。為適應(yīng)我國近海防御、遠(yuǎn)洋護(hù)衛(wèi)，攻防兼?zhèn)渌{(lán)色海軍的發(fā)展戰(zhàn)略，滿足沿海及遠(yuǎn)洋、艦面及島礁基地長期服役的要求，有必要開展彈體結(jié)構(gòu)適海性相關(guān)的腐蝕防護(hù)應(yīng)用研究。

海洋環(huán)境中的彈體防護(hù)涉及電化學(xué)、材料學(xué)、環(huán)境工程、生物學(xué)和結(jié)構(gòu)兼容等諸多學(xué)科，是一項多學(xué)科、復(fù)雜的系統(tǒng)工程[1]。本文討論了空空導(dǎo)彈彈體結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中腐蝕防護(hù)相關(guān)問題。

1 海洋環(huán)境中的空空導(dǎo)彈

1.1 結(jié)構(gòu)材料及防護(hù)

空空導(dǎo)彈彈體通常由多個圓形截面、不同功能的薄殼艙體連接而成[2]，彈體外裝有舵面翼面和電纜整流罩等結(jié)構(gòu)件，艙體內(nèi)各電氣組件和儀器儀表通過框架和緊固件與彈體連接固定。

為提升導(dǎo)彈的射程和機(jī)動性，結(jié)構(gòu)設(shè)計通常選用比強(qiáng)度和比剛度高的工程材料。由于外形尺寸嚴(yán)格受限，除紅外、激光、電磁透波等窗口材料外，彈體結(jié)構(gòu)多設(shè)計成鋁合金、鎂合金、鈦合金、高強(qiáng)度不銹鋼、超高強(qiáng)鋼(發(fā)動機(jī))薄壁結(jié)構(gòu)，舵面和旋轉(zhuǎn)尾翼等采用耐蝕鈦合金或不銹鋼結(jié)構(gòu)。

彈體表面噴涂三防漆，金屬表面進(jìn)行鈍化、陽極氧化、鍍鋅/鎳/鎘等防護(hù)性和裝飾性處理，對在內(nèi)陸環(huán)境服役的導(dǎo)彈有良好的防護(hù)功效。

1.2 任務(wù)及壽命剖面

空空導(dǎo)彈服役壽命通常在十年以上，有一個或多個大修期[3-4]。任務(wù)剖面一般經(jīng)歷貯存、運(yùn)輸、通電測試、戰(zhàn)斗等事件[3-4](多次裝箱、運(yùn)輸、檢測、掛飛，直至發(fā)射或返修、退役)，面臨多次開箱檢測、掛飛前檢測，測試口蓋、舵面翼面、整流罩及艙段拆/裝或更換。日常維修保障主要是檢查和保養(yǎng)，大修期進(jìn)行較為專業(yè)的維修和修復(fù)。

在壽命期內(nèi)，空空導(dǎo)彈掛機(jī)值班期間直接暴露于海洋濕熱、鹽霧、紫外線以及振動、沖擊等惡劣環(huán)境，比在內(nèi)陸環(huán)境中更容易出現(xiàn)故障。

1.3 海洋環(huán)境腐蝕特性分析

持續(xù)高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)紫外線和霉菌的綜合作用是海洋環(huán)境腐蝕的主要特征[5-9]。艦載機(jī)掛載導(dǎo)彈處于海洋大氣“三高一強(qiáng)”環(huán)境以及艦/機(jī)排放酸性廢氣的特定環(huán)境中。研究發(fā)現(xiàn)，艦載導(dǎo)彈所處局部環(huán)境呈酸性，pH值在3左右。這種含SO2酸性鹽霧與濕熱、紫外線結(jié)合會加速金屬腐蝕、非金屬老化、密封失效，增大故障風(fēng)險。

對比沿海、海洋與內(nèi)陸地區(qū)鹽霧檢測數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)海洋環(huán)境中鹽霧濃度高達(dá)0.036 9 g/(m2·d)，為內(nèi)陸的100倍以上，且鹽的成份復(fù)雜(如MgCl2對不銹鋼腐蝕比實驗室中性NaCl嚴(yán)酷)，如表1～2所示。

表1 沿海/內(nèi)陸大氣環(huán)境對比

Table 1 Comparison of atmospheric data among coastal and inland regions

地點環(huán)境因素年平均氣溫/℃高低溫/℃平均濕度/RH%年降雨量/mmCl-含量/(g/m2·d)北京1239/-17575520.0005武漢1740/-107712340.0011萬寧24.737/88718990.0671

表2 海洋鹽霧的多種成份

腐蝕、滲漏和短路是海洋環(huán)境中電氣設(shè)備常見故障。金屬的鹽霧腐蝕符合電化學(xué)規(guī)律，普通河水的電導(dǎo)率為2×10-2S/m，而含鹽海水的電導(dǎo)率通常為前者的200倍，是強(qiáng)電解質(zhì)溶液。此外，海洋環(huán)境中氯等鹵素離子能破壞金屬鈍化層，促進(jìn)陽極腐蝕過程和異種金屬的接觸腐蝕。氧是海水腐蝕的去極化劑，海洋環(huán)境中飛濺海水、風(fēng)、雨等環(huán)境因素都會促進(jìn)溶氧去極化反應(yīng)，加速腐蝕破壞。

同一緯度下海洋大氣的濕度普遍高于內(nèi)陸，通常年均相對濕度不小于70%，熱帶和亞熱帶海洋濕度不小于80%。我國周邊各海域濕度高，持續(xù)時間長，南海30 ℃以上氣溫超過160 天/年，鹽霧濃度高，太陽輻射強(qiáng)，一些在內(nèi)陸干燥地區(qū)首翻期8年左右的裝備，在南海等熱帶海域僅0.5～3年就不得不大修。我國黃海、東海、南海海域環(huán)境的差異，造就了不同的腐蝕類型、程度和現(xiàn)象。其中，南海海域環(huán)境最為嚴(yán)酷。

此外，雖然世界可航行水域的海面溫度僅在-38～+51 ℃，但導(dǎo)彈掛飛過程的氣動加熱、溫度沖擊、振動和過載等效應(yīng)會加劇腐蝕與老化失效。海洋“三高一強(qiáng)”等腐蝕促進(jìn)因素的綜合作用大于單因素破壞作用；光化學(xué)效應(yīng)會加速掛飛導(dǎo)彈暴露于強(qiáng)紫外線部位的以及非金屬涂層、密封和吸波材料起泡、剝落、分層等故障，進(jìn)而導(dǎo)致提前失效。

1.4 故障及風(fēng)險

彈體金屬結(jié)構(gòu)在內(nèi)陸干燥、少鹽環(huán)境中的腐蝕進(jìn)程緩慢，而在海洋大氣中多種鹽電解質(zhì)、高濕、高溫、強(qiáng)紫外線及霉菌等因素疊加，相互促進(jìn)作用，加速了常見涂層、鍍層和密封等防護(hù)措施的失效，導(dǎo)致彈體外觀、強(qiáng)度/剛度和運(yùn)動配副功能劣化、可靠性異常。此外，封閉在導(dǎo)彈艙體內(nèi)的金屬結(jié)構(gòu)、儀器儀表、PCB板和器件/組件、接插件結(jié)構(gòu)復(fù)雜[7]，精度和可靠性要求高，受滲透潮氣、鹽霧腐蝕作用的時間更長，對適海性的影響不容忽視。

金屬結(jié)構(gòu)在海洋環(huán)境中的腐蝕有小孔腐蝕、縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、腐蝕疲勞、磨損腐蝕等形式，電化學(xué)腐蝕是常見現(xiàn)象，也存在化學(xué)腐蝕。許鳳玲等人[9]研究認(rèn)為強(qiáng)紫外線會降低鋼鐵的阻抗，加速腐蝕。導(dǎo)彈吊掛、轉(zhuǎn)軸、鉸鏈部件等有摩擦磨損的金屬裸露部位在海洋環(huán)境中存在縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞等風(fēng)險。彈體表面三防漆、熱防護(hù)涂層和局部密封部位的非金屬材料，受濕熱、鹽霧、紫外線和霉菌作用提前老化失效可引起縫隙腐蝕，以及殼體、緊固件、接插件等外露部位的腐蝕(見圖1)，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降、運(yùn)動失靈、配合間隙改變等故障，應(yīng)力腐蝕和腐蝕疲勞還會帶來彈體結(jié)構(gòu)承受飛行過載能力下降，甚至有脆斷的風(fēng)險[10-11]。氫脆是值得關(guān)注的破壞形式，常常在瞬間因脆性斷裂失效導(dǎo)致故障或事故的發(fā)生。

圖1 彈體表面海洋鹽霧腐蝕狀況

Fig.1 Corrosion on airborne missiles external surface in marine environment

海洋環(huán)境的腐蝕常常引起結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)故障，甚至誘發(fā)事故。如2002年和2007年，各有一架美軍F-15戰(zhàn)機(jī)因為結(jié)構(gòu)腐蝕斷裂和腐蝕疲勞而空中解體；2007年，約67%的F-22A戰(zhàn)機(jī)因為腐蝕故障耗費大量的經(jīng)費維修，更換結(jié)構(gòu)件，降低了隱身性能[5]。

與箱式或筒裝發(fā)射的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈不同，艦載掛機(jī)導(dǎo)彈戰(zhàn)備值班期間直接暴露于海洋環(huán)境，多次的掛彈/卸彈、測試口蓋和整流罩拆/裝或艙段更換的操作，容易造成緊固件表面和緊固件安裝部位破損，艙段、舵面翼面、整流罩、測試口蓋等結(jié)構(gòu)件邊緣和表面涂層/鍍層的破損，進(jìn)而容易產(chǎn)生腐蝕。導(dǎo)彈/發(fā)射裝置摩擦配副金屬裸露面在海洋環(huán)境中極易腐蝕，不僅存在結(jié)構(gòu)強(qiáng)度/剛度下降，還存在摩擦系數(shù)增大影響發(fā)射安全性等風(fēng)險。

2 易腐蝕部位

2.1 結(jié)構(gòu)連接轉(zhuǎn)動及摩擦磨損部位

導(dǎo)彈吊掛摩擦副的服役工況最為嚴(yán)酷、復(fù)雜。該結(jié)構(gòu)直接暴露于海洋濕熱、鹽霧、砂塵等嚴(yán)酷環(huán)境中，并反復(fù)承受掛機(jī)巡航過程的振動、沖擊、過載、加速度、微動磨損。由于強(qiáng)烈的沖擊、振動和微動磨損，防護(hù)涂層和鍍層的耐久性不足以持續(xù)到首次大修期，臨時性防護(hù)和外場維修難以適應(yīng)裝備快速響應(yīng)及免維修要求，存在縫隙腐蝕和腐蝕疲勞的風(fēng)險。導(dǎo)彈吊掛、雨蝕頭、控制面的舵軸、旋轉(zhuǎn)尾翼、推矢裝置轉(zhuǎn)動和傳動等部位裸露的金屬結(jié)構(gòu)難以用密封材料和涂層防護(hù)，存在鹽霧滲漏、縫隙腐蝕等風(fēng)險；鎢滲銅或鉬滲銅結(jié)構(gòu)件因鎢、鉬與銅元素電位差異大而不耐濕熱，在海洋環(huán)境中腐蝕故障的風(fēng)險大。

導(dǎo)彈各艙對接面、測試口、接插件等部位服役期間多次開啟，不經(jīng)意的磕碰、劃傷、封閉不嚴(yán)的縫隙都可能出現(xiàn)腐蝕。導(dǎo)彈掛飛巡航過程中持續(xù)振動、沖擊、過載的動態(tài)應(yīng)力環(huán)境使長徑比10～20、多個艙段相互連接的彈體結(jié)構(gòu)變形和位移增大、縫隙擴(kuò)大，造成局部密封提前失效；此外，掛飛過程的微動磨損、穿越云層以及海面超低空突防過程受云霧、雨水、鹽霧的沖刷作用，會加速結(jié)合部位腐蝕磨損、滲透和電偶腐蝕。有研究認(rèn)為，腐蝕條件下的金屬磨損可達(dá)到普通磨損的8～35倍，極端情況下可達(dá)到2～4個數(shù)量級水平。

2.2 多次拆裝部位

試驗表明，帶有較大安裝應(yīng)力的緊固件、楔塊容易腐蝕(見圖1)，重復(fù)拆裝螺釘有時會出現(xiàn)斷裂、難以拆卸等故障，給維修保障帶來困難。此外，航母上空空導(dǎo)彈舵面翼面、電纜整流罩和測試口蓋快速拆裝作業(yè)對這些部位的結(jié)構(gòu)密封和三防設(shè)計是一個挑戰(zhàn)。

2.3 涂層/鍍層破損部位

彈體金屬表面涂層和鍍層、密封和復(fù)合材料結(jié)構(gòu)受機(jī)械擠壓、磕碰和剮蹭出現(xiàn)的破損，老化失效產(chǎn)生的缺陷在海洋環(huán)境中出現(xiàn)腐蝕是彈體常見故障。涂層/鍍層和表面處理的缺陷和使用過程中損傷的部位都容易因鹽霧、潮氣滲透而腐蝕。涂層破損后生成的腐蝕物、局部脫粘形成的縫隙都會增加局部污染、腐蝕的風(fēng)險，見圖2。

圖2 涂層破損加速腐蝕

Fig.2 Further corrosion due to damaged coating

3 腐蝕防護(hù)

空空導(dǎo)彈適海性相關(guān)的腐蝕防護(hù)是一項重要、復(fù)雜的系統(tǒng)工程。為實現(xiàn)導(dǎo)彈壽命期內(nèi)防護(hù)目標(biāo)，需要綜合考慮材料優(yōu)選、結(jié)構(gòu)兼容、熱/表處理、密封隔離，以及儲運(yùn)、包裝、使用與維修保障。

導(dǎo)彈總體設(shè)計應(yīng)結(jié)合海洋環(huán)境、任務(wù)和壽命剖面、彈體結(jié)構(gòu)特點，依據(jù)專項規(guī)范開展設(shè)計?？山梃b國外海洋裝備設(shè)計、試驗、制造規(guī)范和經(jīng)驗，根據(jù)研制目標(biāo)通過彈體結(jié)構(gòu)數(shù)字模型、工程軟件對腐蝕趨勢進(jìn)行分析、評估，結(jié)合型號工程經(jīng)驗開展防護(hù)策劃，在設(shè)計-試驗-改進(jìn)-驗證的迭代中完善設(shè)計。

3.1 防護(hù)策略

防護(hù)策略有臨時性防護(hù)和長效防護(hù)兩種方案。通常,臨時性防護(hù)方案成本低、簡便易行，具有短時或有限防護(hù)功效；而為實現(xiàn)總壽命或首次大修期限長效防護(hù)方案的成本和難度往往較高。

3.2 防護(hù)設(shè)計

彈體結(jié)構(gòu)設(shè)計包括氣動外形、布局和連接方式、強(qiáng)度/剛度、結(jié)構(gòu)兼容、腐蝕防護(hù)、維修保障等。總體結(jié)構(gòu)相容性設(shè)計的任務(wù)之一，是解決彈體結(jié)構(gòu)電偶腐蝕、化學(xué)腐蝕等影響適海性的相關(guān)問題。國外有成熟的導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)完整性設(shè)計規(guī)范和制造規(guī)范等資料可供參考，如美軍標(biāo)MIL-M-8856B以及MIL-STD-1568, MIL-STD-1587等[5]。

彈體結(jié)構(gòu)防護(hù)設(shè)計首先應(yīng)依據(jù)適海性設(shè)計目標(biāo)，優(yōu)選滿足耐蝕性要求的輕質(zhì)、高強(qiáng)材料；其次，采用先進(jìn)結(jié)構(gòu)設(shè)計、熱/表面處理(涂層/鍍層/覆層)和優(yōu)化工藝提升防護(hù)性能；通過結(jié)構(gòu)相容性設(shè)計處理電偶腐蝕等相關(guān)問題，避免大陰極-小陽極(如鈦合金殼體連接部位的鋼螺釘)和電位差過大等情況。從結(jié)構(gòu)相容的角度，對焊縫、鈦合金/超高強(qiáng)鋼艙體接縫進(jìn)行密封避免縫隙腐蝕；采用鍍鋅/鎳、封閉等措施解決鈦合金艙體連接用65Mn楔塊外露端容易銹蝕的問題；此外，微弧氧化處理有利于降低鈦/鋁合金與多種金屬之間的電位腐蝕。若上述工作仍未達(dá)到預(yù)定目標(biāo)，還可以通過合理的維修保障設(shè)計控制腐蝕破壞。

彈體大面積外露表面覆蓋三防漆隔離海洋環(huán)境是一種簡捷、有效的防護(hù)措施。導(dǎo)彈各艙之間和測試口的縫隙、控制面轉(zhuǎn)軸和吊掛摩擦副等結(jié)構(gòu)，宜采取密封隔離、特種材料替換以及復(fù)合鍍、激光熔覆等表面工程綜合技術(shù)加以防護(hù)；多次拆/裝緊固件的外場防護(hù)較困難，采取鈦合金緊固件、定期更換新零件、結(jié)合密封膠等防護(hù)措施較為適宜。

島礁和艦載環(huán)境通常難以實現(xiàn)內(nèi)陸場站細(xì)致、周全的腐蝕防護(hù)，應(yīng)升級彈體出廠前的腐蝕防護(hù)措施，簡化外場維修保障[5-6]。

(1)合理選材

選用海洋環(huán)境工程驗證有效的高強(qiáng)不銹鋼、鈦合金等耐蝕材料，非金屬選用長壽命復(fù)合材料、工程塑料、膠粘劑、涂層和密封材料，從根本上提高彈體結(jié)構(gòu)、部/組件抗腐蝕性能和產(chǎn)品可靠性。

(2)表面防護(hù)

三防漆是彈體表面防護(hù)常用且十分有效的措施。常用三防漆有環(huán)氧、丙烯酸、聚氨酯、有機(jī)硅，以及丙烯酸-聚氨酯和耐久性更好的氟-聚氨酯飛機(jī)蒙皮涂料、氟碳涂料等[1]。為適應(yīng)嚴(yán)格的環(huán)保要求，水性環(huán)保涂料正逐步替代溶劑型涂料。

先進(jìn)表面工程技術(shù)、環(huán)保材料及技術(shù)替代傳統(tǒng)有污染的材料和技術(shù)受到廣泛關(guān)注：激光熔覆、功能復(fù)合鍍替代普通電鍍，微弧氧化替代普通陽極氧化可獲得更好的綜合防護(hù)、耐久性和特殊功能；高強(qiáng)鋼、鈦/鋁合金等離子或火焰噴涂、爆炸噴涂替代鍍鋅鎘；PVD和CVD沉積、熱浸鍍、離子鍍鋁替代鍍鎘等。

(3)運(yùn)動/傳動部件

導(dǎo)彈外露運(yùn)動/傳動部件的動密封要求防護(hù)可靠、持久并經(jīng)試驗驗證。對兼有摩擦磨損、微動磨損、沖擊和振動等嚴(yán)酷工況而涂層、鍍層和覆層難以防護(hù)的部位，宜采用特種材料、局部異種材料焊接或復(fù)合鍍、激光熔覆等表面工程方法加以防護(hù)。

3.3 防腐蝕密封結(jié)構(gòu)

潮氣、鹽霧滲透引起的艙體縫隙腐蝕和內(nèi)部腐蝕是常見故障。根據(jù)環(huán)境、介質(zhì)、應(yīng)力、材料、安裝方式等因素優(yōu)化彈體密封設(shè)計，防止腐蝕物進(jìn)入，可顯著減緩海洋環(huán)境中的腐蝕。除常用水密結(jié)構(gòu)外，重要結(jié)構(gòu)可采取氣密防護(hù)。

制造工藝對腐蝕防護(hù)十分重要[5,8]。優(yōu)化零部件表面處理、邊角倒圓，提高涂層/鍍層附著力、避免突出部位擦碰損傷，清除金屬屑、灰塵、焊錫膏等殘留物污染，以及儲運(yùn)過程防銹包裝等措施對腐蝕防護(hù)都十分有效。

3.4 緊固件

緊固件的防護(hù)性能和耐用性對艙體、口蓋多次拆/裝，尤其是維修保障要求的重復(fù)使用很重要。試驗表明，常見涂層/鍍層不滿足其適海性要求，不銹鋼緊固件(如航標(biāo)1Cr17Ni2)的耐久性不足；采用換新零件、鈦合金緊固件、螺紋膠或螺紋防蝕劑濕裝配可避免水、鹽霧滲入螺紋縫隙腐蝕，涂抹三防漆或硅膠表面封閉有助于降低局部縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕、斷裂的風(fēng)險。

此外，適宜的緊固件裝配力矩對防止松動間隙產(chǎn)生縫隙腐蝕、應(yīng)力腐蝕等風(fēng)險很重要。采用先進(jìn)的安裝應(yīng)力、松動檢查技術(shù)對關(guān)鍵和重要部位結(jié)構(gòu)緊固件進(jìn)行檢查、監(jiān)控，有助于降低腐蝕相關(guān)風(fēng)險。

3.5 維修保障

除優(yōu)化結(jié)構(gòu)、材料設(shè)計和制造工藝外，將腐蝕防護(hù)納入使用維護(hù)說明書，完善維修保障措施，開展腐蝕防護(hù)培訓(xùn)，是空空導(dǎo)彈腐蝕防護(hù)的另一條有效途徑。發(fā)展快速維修材料和技術(shù)、便捷腐蝕監(jiān)控技術(shù)，對避免故障或事故發(fā)生，延長壽命、提高可靠性和戰(zhàn)斗力十分重要。美軍十分重視腐蝕防護(hù)與監(jiān)控[5]，制訂了專項手冊和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)(如MIL-DTL-85054D(AS)，MIL-PRF-81309F等)，明確腐蝕檢查內(nèi)容、方法及周期，并通過清洗、除濕、防護(hù)、腐蝕修理等措施，降低故障率，延長裝備壽命。此外，開發(fā)多種去蝕膏、清洗劑、緩蝕劑用于軍機(jī)和彈藥防護(hù)。

外軍航母上空空導(dǎo)彈的測試、維修工作十分簡捷。如艦載機(jī)F-18掛載導(dǎo)彈鮮有復(fù)雜費時的測試和艙段拆/裝。通過優(yōu)化日常檢查、清洗、抹油、疏水劑和包裝防護(hù)(適合海洋環(huán)境的包裝箱、彈衣、彈架組合包)等維修保障作業(yè)減緩腐蝕，提高導(dǎo)彈的可靠性。如在現(xiàn)有通用彈衣、包裝箱中放置氣相緩蝕材料；利用淡水清洗艦載機(jī)時一并洗掉彈體表面酸、鹽腐蝕物以減緩海洋腐蝕作用；制訂合理的日常檢查準(zhǔn)則及艦載掛飛壽命，及時抹油、除銹、補(bǔ)漆；首翻期更新涂層/覆層和結(jié)構(gòu)密封等。

4 試驗驗證

空空導(dǎo)彈的研發(fā)受海軍裝備水平和島礁建設(shè)進(jìn)度制約，以往環(huán)境適應(yīng)性主要參照GJB 150系列標(biāo)準(zhǔn)開展試驗，缺少對長期暴露在“三高一強(qiáng)”+酸性海洋大氣環(huán)境中產(chǎn)品的試驗研究，難以滿足彈體結(jié)構(gòu)適海性設(shè)計要求。國產(chǎn)空空導(dǎo)彈多年來形成的以輕質(zhì)、高強(qiáng)為特色的材料體系和表面處理工藝的適海性試驗驗證并不充分，也沒有針對性開展海洋大氣環(huán)境暴露試驗。試驗室單因素濕熱、淋雨、中性鹽霧等考核難以體現(xiàn)島礁、艦載綜合環(huán)境，與實際環(huán)境日歷壽命無對應(yīng)關(guān)系。

4.1 試驗室試驗

(1)環(huán)境腐蝕試驗

海洋環(huán)境可分為大氣區(qū)、浪濺區(qū)、水位變動區(qū)、水下區(qū)和泥下區(qū)5個區(qū)域，空空導(dǎo)彈通常在海洋大氣區(qū)開展試驗。以往空空導(dǎo)彈規(guī)定的濕熱試驗(GJB 150.9)、鹽霧試驗(GJB 150.11)不僅是環(huán)境適應(yīng)性項目，也被用作耐腐蝕試驗項目。

空空導(dǎo)彈產(chǎn)品規(guī)定的中性鹽霧試驗(GJB 150.11)的時間短，嚴(yán)酷程度難以反映艦載環(huán)境海浪間歇性噴濺及航母艦載機(jī)排放廢氣局部酸性對實際環(huán)境的影響；為優(yōu)化設(shè)計，了解彈體結(jié)構(gòu)金屬腐蝕、非金屬老化失效傾向和規(guī)律，驗證和改進(jìn)防護(hù)措施，各國制訂了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范開展試驗。美軍制訂了MIL-STD-810F《國防部試驗方法標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境工程考慮和實驗室試驗》、英國國防部制訂了國防裝備環(huán)境手冊QRMS-10、QRMS-13等規(guī)范。國內(nèi)目前多采用GJB 150A系列標(biāo)準(zhǔn)的GJB 150.11A(鹽霧試驗)和GJB 150.28酸性大氣試驗，也可參照GB/T 10125和專業(yè)規(guī)范開展試驗。

(2)金屬材料腐蝕試驗

空空導(dǎo)彈主承力結(jié)構(gòu)多采用高強(qiáng)金屬材料，試驗室金屬腐蝕試驗可采用常用的定性和定量試驗評估方法，內(nèi)容包括外觀、腐蝕面積、蝕斑深度、質(zhì)量損失率、力學(xué)性能變化等。有涂層、鍍層或覆層彈體結(jié)構(gòu)的腐蝕評估可參照GB/T6461等標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗評估。

(3)非金屬材料相關(guān)試驗

除金屬結(jié)構(gòu)外，彈體結(jié)構(gòu)還采用三防漆和防熱涂層、膠粘劑、橡膠密封材料、功能材料、絕緣材料及復(fù)合材料等多種非金屬材料。這些非金屬材料在海洋環(huán)境中提前失效對彈體金屬結(jié)構(gòu)腐蝕進(jìn)程的影響是適海性重要研究內(nèi)容，涉及結(jié)構(gòu)兼容設(shè)計和耐介質(zhì)、自然/人工加速老化試驗等。

4.2 海洋環(huán)境試驗

海洋環(huán)境試驗對了解空空導(dǎo)彈適海性相關(guān)的結(jié)構(gòu)和材料、生產(chǎn)工藝和質(zhì)量、防護(hù)水平以及改進(jìn)措施的有效性十分重要。海洋環(huán)境影響因素有：溫度、濕度、淋雨、鹽霧、酸性氣體、霉菌等，突出因素為高溫、高濕、高鹽霧、紫外線和霉菌。試驗方案與試驗件的制備應(yīng)充分表征彈體結(jié)構(gòu)和材料、熱/表處理等狀態(tài)，涵蓋服役地域一年四季典型氣候環(huán)境。海洋大氣暴露掛片試驗是最常用的試驗方法，見圖3。

圖3 海洋環(huán)境掛片試樣

Fig.3 Samples for corrosion tests in ocean atmosphere

已開展的空空導(dǎo)彈海洋環(huán)境試驗包括：單項與綜合性試驗、試片與產(chǎn)品試驗；常規(guī)實驗室環(huán)境適應(yīng)性試驗與適海性實際海洋環(huán)境對比試驗；金屬腐蝕與防護(hù)試驗；非金屬三防與老化試驗；密封結(jié)構(gòu)的試驗室-海洋環(huán)境試驗等。已開展的數(shù)百件海洋大氣暴露試驗件涵蓋了導(dǎo)彈常用結(jié)構(gòu)不銹鋼、超高強(qiáng)鋼、鈦合金、鋁合金、鎂合金、工程塑料、透波材料和結(jié)構(gòu)復(fù)合材料等類別的材料及各種三防漆、金屬鍍層/覆層和表面處理等防護(hù)體系?？紤]到彈體結(jié)構(gòu)形狀、應(yīng)力、異種材料連接與簡單試片的差異，投放了典型結(jié)構(gòu)模擬件、局部和全尺寸產(chǎn)品。

與以往中性鹽霧試驗不同，試驗中約60%的試片在僅僅幾日內(nèi)出現(xiàn)銹蝕，首月發(fā)現(xiàn)了約90%的腐蝕現(xiàn)象；多種結(jié)構(gòu)不銹鋼、超高強(qiáng)鋼試驗件在數(shù)日內(nèi)陸續(xù)出現(xiàn)蝕斑；僅靠鈍化、發(fā)藍(lán)和鍍鋅、鍍鎘、鍍鎳以及涂抹防銹油等常用措施無法滿足導(dǎo)彈適海性腐蝕防護(hù)要求。三防漆、防熱涂層變色、鼓包等異?，F(xiàn)象的時間和程度差異與材料、施工等因素有關(guān)。這說明通過中性鹽霧試驗的材料和表面處理并不一定適用于海洋環(huán)境。試驗還發(fā)現(xiàn)，典型結(jié)構(gòu)、全尺寸產(chǎn)品試驗反映出彈體結(jié)構(gòu)、材料和工藝更多的信息。通過掛片試驗和典型結(jié)構(gòu)、全尺寸產(chǎn)品的南海試驗獲得大量的試驗數(shù)據(jù)，為新型號設(shè)計、制造和改進(jìn)提供了依據(jù)。

鑒于彈體多處有異種材料連接、縫隙、承載受力結(jié)構(gòu)，在海洋環(huán)境中容易腐蝕，簡單的平板試樣不足以表征實際腐蝕狀況，海洋大氣暴露試驗中投放模擬實際工況的疊放、加載、異種材料電偶腐蝕試樣獲得的腐蝕數(shù)據(jù)改變了長期以來的認(rèn)知。

溫暖潮濕環(huán)境(20～50℃/90%～100%RH)適宜霉菌快速生長，在金屬結(jié)構(gòu)表面產(chǎn)生霉變和腐蝕導(dǎo)致導(dǎo)彈性能劣化和故障，也是防護(hù)研究的一項內(nèi)容。

5 結(jié) 束 語

海洋環(huán)境持續(xù)高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)紫外線和霉菌綜合作用，是空空導(dǎo)彈在海洋環(huán)境中腐蝕故障頻發(fā)的主要原因。此外，空空導(dǎo)彈戰(zhàn)備值班暴露于海洋環(huán)境，掛飛巡航過程動態(tài)環(huán)境的振動、沖擊、過載產(chǎn)生形變、微動磨損的作用增大水汽、鹽霧滲透、海鹽殘留，也是其有別于箱式/筒式發(fā)射戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈在海洋環(huán)境中易于腐蝕的重要因素。為提升導(dǎo)彈的適海性，有必要從設(shè)計、制造、維修保障多方面綜合開展試驗和改進(jìn)工作。

空空導(dǎo)彈海洋環(huán)境試驗有助于了解結(jié)構(gòu)材料適海性、防護(hù)有效性，改進(jìn)措施有效性。研究表明，三防漆對彈體表面的防護(hù)是十分有效的手段。彈體測試口、對接縫等部位的密封、隔離可有效防止潮濕、鹽霧滲透產(chǎn)生的腐蝕。對三防漆、金屬鍍層難以防護(hù)的彈體結(jié)構(gòu)，采用功能復(fù)合鍍、PVD和激光熔覆等表面工程技術(shù)防護(hù)，有助于在基本保持結(jié)構(gòu)強(qiáng)度/剛度和制造工藝的前提下實現(xiàn)適海性腐蝕防護(hù)目標(biāo)。此外，優(yōu)化維修保障設(shè)計有助于進(jìn)一步提升導(dǎo)彈現(xiàn)有結(jié)構(gòu)設(shè)計、材料、制造基礎(chǔ)上的適海性。