溫濕度因子對艦載導(dǎo)彈發(fā)射箱可靠性的影響分析?

高 松 滕克難 趙建印 何 凡 劉東杰

（1.海軍航空大學(xué) 煙臺(tái) 264001）（2.91115部隊(duì) 舟山 316000）

1 引言

海軍艦載導(dǎo)彈由于其本身的特點(diǎn)，從出廠、貯存保障到上艦使用要經(jīng)過諸多階段，如轉(zhuǎn)運(yùn)、貯存、使用測試、維護(hù)保養(yǎng)、訓(xùn)練及作戰(zhàn)使用直至導(dǎo)彈報(bào)廢。每個(gè)階段經(jīng)歷的環(huán)境各不相同，這里的環(huán)境是指在任一時(shí)刻和任一地點(diǎn)產(chǎn)生或遇到自然條件和誘發(fā)條件的綜合體［1］。環(huán)境因子具體內(nèi)容如圖1所示。

這些環(huán)境因子通過各因子以單獨(dú)、組合和綜合的方式影響著海軍艦載裝設(shè)備可靠性。海洋環(huán)境因子對海軍裝設(shè)備可靠性影響主要有高鹽度、高溫和高濕環(huán)境使艦船裝備遭到嚴(yán)重的腐蝕［2］，對艦載機(jī)金屬構(gòu)件的腐蝕也有很大的影響［3］，對某型直升機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)主機(jī)壽命同樣影響較大［4］等。在嚴(yán)酷的海洋環(huán)境因子影響下，還可能會(huì)導(dǎo)致艦載導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)損壞、功能喪失或性能超差，進(jìn)而影響其作戰(zhàn)效能［5］。

圖1 影響海軍艦載裝設(shè)備可靠性的環(huán)境因子

以往研究來看，較多關(guān)注海洋環(huán)境對艦載主戰(zhàn)裝備可靠性的影響，對發(fā)射箱分析不夠。實(shí)際上，就艦載導(dǎo)彈貯存和使用特點(diǎn)而言，主要是溫濕度環(huán)境因子直接作用于發(fā)射箱，進(jìn)而間接影響導(dǎo)彈可靠性。

2 海軍艦載導(dǎo)彈服役任務(wù)剖面

導(dǎo)彈服役任務(wù)剖面［6］，是指導(dǎo)彈出廠驗(yàn)收到退役，期間所經(jīng)歷的事件、環(huán)境和時(shí)序描述。海軍艦載導(dǎo)彈服役任務(wù)剖面，包含導(dǎo)彈的運(yùn)輸、裝卸、貯存、測試、排故、維修、戰(zhàn)備值班、發(fā)射等事件（如圖2）。

圖2 海軍艦載導(dǎo)彈服役任務(wù)剖面及典型服役環(huán)境示意圖

通過分析服役任務(wù)剖面，海軍艦載導(dǎo)彈主要有3種典型服役環(huán)境，即洞庫或技術(shù)陣地的貯存環(huán)境、轉(zhuǎn)運(yùn)的運(yùn)輸環(huán)境和承擔(dān)作戰(zhàn)執(zhí)勤的戰(zhàn)備值班環(huán)境［7］?；谂炤d導(dǎo)彈的特點(diǎn)，發(fā)射箱一直伴隨到導(dǎo)彈發(fā)射，可先將艦載導(dǎo)彈與發(fā)射箱做一整體進(jìn)行分析（以下簡稱箱彈），其服役環(huán)境同樣為此3種典型服役環(huán)境。

3 不同服役環(huán)境溫濕度影響因子重要性

3.1 貯存環(huán)境的影響因子分析

箱彈的貯存環(huán)境，按其貯存場所分為洞庫貯存、地面庫貯存和陣地待用貯存等。洞庫、地面庫房由于本身建造特點(diǎn)，除溫濕度影響外，受其他環(huán)境因子影響較少；陣地待用除機(jī)動(dòng)保障外，只有地面庫房測試、總裝等轉(zhuǎn)運(yùn)過程中短時(shí)間停放，故此貯存環(huán)境忽略不計(jì)。因此本文貯存環(huán)境主要考慮洞庫貯存及地面庫房貯存兩種情況。貯存環(huán)境對箱彈產(chǎn)生影響的因子有溫度、濕度、霉菌、氣壓、腐蝕介質(zhì)等，其中貯存中最重要的環(huán)境影響因子為溫度和濕度（如表1［7］所示）。

1）濕度對箱彈的影響

表1 實(shí)際貯存環(huán)境的影響因子

高濕度是影響各類電子設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性最嚴(yán)重的因子，箱彈主要是受高相對濕度影響。如箱彈中主要的金屬材料鐵，在不同濕度的空氣中放置55天后，其腐蝕速度與大氣相對濕度關(guān)系如圖3所示［8］。

圖3 腐蝕速度與大氣相對濕度的關(guān)系

顯然，相對濕度越高，腐蝕速度越快。相對濕度達(dá)80%左右時(shí)，腐蝕速度達(dá)到最高值。

當(dāng)溫濕度并存時(shí)，金屬腐蝕物增量C與溫濕度之間的關(guān)系為

式中：H為大氣相對濕度（%）；t為大氣溫度（℃）。

以海南萬寧為例，將多年積累的氣象數(shù)據(jù)帶入式（1），得計(jì)算結(jié)果如表2所示。

可以得出萬寧市海區(qū)環(huán)境內(nèi)的年平均氣溫在24.7℃，相對濕度全年高于80%，最高值一般在2月份左右，接近90%［9］。月平均金屬腐蝕增量大于55.7，若假設(shè)箱彈常年暴露于高溫高濕綜合作用條件下，腐蝕速度快，增量大，將嚴(yán)重影響箱彈貯存可靠性。

2）溫度對箱彈的影響

溫度影響引起裝備的故障占各種環(huán)境因子引起故障的40%［10］。一般認(rèn)為，非金屬材料的老化反應(yīng)速度V與溫度（絕對溫度）之間滿足如下關(guān)系［11］：

式（2）中：A為與材料成分有關(guān)的常數(shù)；R為大氣常數(shù)；E為非金屬材料的分子活化能；T為絕對溫度。式（2）表明溫度越高，其老化速度越快。

表2 金屬腐蝕物增量結(jié)果數(shù)據(jù)表

以彈上火工品導(dǎo)火索為例，其貯存壽命與貯存環(huán)境中的溫濕度有如下關(guān)系［12］：

式（3）中：L為導(dǎo)火索的貯存壽命，其單位為年；Y為貯存環(huán)境中的年平均溫度（℃）；S為貯存環(huán)境中的年平均相對濕度（%）

以具有代表性的海南萬寧、浙江舟山、山東青島為例。代入式（3）等到結(jié)果見表3。

表3 不同地區(qū)導(dǎo)火索貯存壽命數(shù)據(jù)表

可知，導(dǎo)火索的壽命與溫度和濕度都有關(guān)系，且溫度越高，濕度越大，其壽命越短。青島地區(qū)導(dǎo)火索貯存壽命比瓦寧地區(qū)長將近1倍，由此，南海地區(qū)更應(yīng)重視溫濕度對箱彈貯存可靠性的影響。

3.2 轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境的影響因子分析

箱彈轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境可分為陸運(yùn)、空運(yùn)和海運(yùn)3種方式，實(shí)際轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境所涉及的主要環(huán)境因子見表4。

以往多以運(yùn)輸過程中振動(dòng)、沖擊為主要環(huán)境影響因子。實(shí)際上，轉(zhuǎn)運(yùn)過程中由于貯存環(huán)境與室外環(huán)境的濕度本身就有差別，加上環(huán)境溫度的變化必然會(huì)導(dǎo)致濕度的變化，這種溫濕度變化規(guī)律是相輔相成的［13］，應(yīng)提高對溫濕度可靠性影響的重視。

3.3 上艦值班環(huán)境的影響因子分析

由于導(dǎo)彈上艦值班貯存在發(fā)射箱中，且當(dāng)前遠(yuǎn)洋護(hù)航任務(wù)（如：索馬里、亞丁灣）次多時(shí)長，高溫高濕環(huán)境影響因子對發(fā)射箱使用壽命和可靠性有著重大的威脅（如表5）。

幾批次返航的發(fā)射箱均出現(xiàn)嚴(yán)重銹蝕，這對發(fā)射箱本身可靠性及箱彈整體作戰(zhàn)效能影響很大。

4 溫濕度因子對發(fā)射箱影響及對策

4.1 溫濕度因子對發(fā)射箱影響

箱彈在保障任務(wù)流程中，其在洞窟貯存、地面庫測試總裝時(shí)，都有除濕機(jī)、空調(diào)（洞庫基本恒濕恒溫）調(diào)控溫濕度，在貯存時(shí)溫濕度影響并不顯著。溫濕度影響箱彈可靠性主要是在洞庫轉(zhuǎn)運(yùn)到庫房、庫房總裝到碼頭吊裝、上艦值班等過程的室外環(huán)境下。如圖4所示。

發(fā)射箱在整個(gè)任務(wù)流程中都直接受到外界溫濕度環(huán)境影響，而導(dǎo)彈在測試、總裝等技術(shù)保障流程中出入箱，此過程所受到的環(huán)境影響也是微乎其微，溫濕度影響發(fā)射箱可靠性是當(dāng)前艦載導(dǎo)彈突出問題?；趯?shí)踐調(diào)研，溫濕度對某系列艦載導(dǎo)彈發(fā)射箱可靠性影響主要存在電氣、機(jī)械、材料使用等方面問題（如表6所示）。

表4 實(shí)際轉(zhuǎn)運(yùn)環(huán)境的影響因子

表5 上艦值班環(huán)境的影響因子

圖4 箱彈保障任務(wù)流程示意圖

表6 某系列艦載導(dǎo)彈發(fā)射箱故障分析表

4.2 發(fā)射箱應(yīng)對溫濕度因子防護(hù)技術(shù)

綜合上述不同服役環(huán)境溫濕度影響因子分析，針對發(fā)射箱存在問題，發(fā)射箱溫濕度防護(hù)技術(shù)應(yīng)提起高度重視，主要可以從材料使用，密封技術(shù)，保障能力等方面提高。

1）材料使用。針對箱體油漆、密封墊、內(nèi)部材料等易老化現(xiàn)象，應(yīng)著重提高材料使用的可靠性。

（1）抗腐蝕材料。為提高箱體應(yīng)對高濕高溫高鹽腐蝕環(huán)境應(yīng)力能力，蒙皮復(fù)合有機(jī)涂層材料的選取至關(guān)重要，也是下一步研究的重點(diǎn)方向；

（2）防水材料?？梢圆捎肰PF（改性聚乙烯醇）高阻隔復(fù)合材料，其具有優(yōu)異的防潮、防銹、防老化、防靜電、電磁屏蔽、偽裝等功能［14］；

（3）隔熱材料。可選用絕熱材料和采用多層復(fù)合包裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，最大限度降低外界環(huán)境溫度對內(nèi)部“微環(huán)境”的影響。對于金屬材料的隔熱，通常在材料內(nèi)壁粘貼一層絕熱材料，而對于工程塑料和復(fù)合材料，可采用夾芯結(jié)構(gòu)或中空結(jié)構(gòu)提高隔熱性能。

2）密封技術(shù)。密封環(huán)境對于提高箱彈可靠性具有重要意義。發(fā)射箱在研發(fā)設(shè)計(jì)階段應(yīng)實(shí)現(xiàn)導(dǎo)彈在壽命期內(nèi)的免維護(hù)標(biāo)準(zhǔn)，需達(dá)到的技術(shù)水平：

（1）彈上元器件應(yīng)采取高可靠性的長壽命設(shè)計(jì)技術(shù)，達(dá)到免維護(hù)導(dǎo)彈本身的技術(shù)指標(biāo)；

（2）完善的發(fā)射箱密封技術(shù)，應(yīng)采取有效的密封措施，重點(diǎn)針對電氣插頭、箱體外螺釘、密封圈（墊）等部件材質(zhì)可靠性；

（3）采用人工智能發(fā)射箱設(shè)計(jì)技術(shù)，對溫濕度造成的腐蝕、水密氣密性失效、機(jī)械損傷等信息應(yīng)有及時(shí)反饋系統(tǒng)。

3）保障能力。發(fā)射箱的可靠性影響，其本身的設(shè)計(jì)具有根本性作用，但仍不能忽視后期裝備保障及作戰(zhàn)使用時(shí)的重要影響，這就要求：

（1）裝備的戰(zhàn)斗力生成最終靠人，在設(shè)計(jì)階段，就要重視優(yōu)化人—機(jī)工程，以便后期的保障及作戰(zhàn)使用；

（2）操作號手應(yīng)熟練掌握操作技能，避免人為誤操作造成箱體有機(jī)涂層損傷，因?yàn)槠茡p率越高，涂層防護(hù)能力越弱［15］，加速防護(hù)壽命失效；

（3）優(yōu)化任務(wù)保障流程，避免保障流程中對箱體造成損傷，并提高艦上火控戰(zhàn)位人員對溫濕度腐蝕影響的重視。

5 結(jié)語

未來海軍艦載導(dǎo)彈由于使命任務(wù)的變化，長期應(yīng)對海洋環(huán)境是歷史發(fā)展趨勢，這就需要我們提高對箱彈整體環(huán)境適應(yīng)性的重視程度，加強(qiáng)在論證、設(shè)計(jì)、研制過程中針對環(huán)境因子的具體技術(shù)指標(biāo)要求。本文通過對海軍艦載導(dǎo)彈服役環(huán)境因子分析，結(jié)合艦載導(dǎo)彈保障任務(wù)流程與實(shí)際情況，明確了影響箱彈可靠性的最重要因子是溫度、濕度等，并提出了提高發(fā)射箱防護(hù)技術(shù)的重要性與方向。為后續(xù)具體技術(shù)革新、重視海軍艦載導(dǎo)彈發(fā)射箱應(yīng)對溫濕度環(huán)境影響因子提供借鑒。