一種艦載有源相控陣?yán)走_(dá)天線艙腐蝕控制防護(hù)工藝研究

陳小軍，吳琪露，唐文輝

(中國船舶集團(tuán)有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

有源相控陣?yán)走_(dá)對(duì)傳統(tǒng)雷達(dá)和無源相控陣?yán)走_(dá)的眾多局限性產(chǎn)生了革命性變革。它可以通過數(shù)字波束形成、自適應(yīng)波束控制和射頻功率管理等先進(jìn)技術(shù)使雷達(dá)的功能和特性得到極大的擴(kuò)展和提升，滿足現(xiàn)代惡劣電磁等環(huán)境中的信息戰(zhàn)需要，成為當(dāng)今雷達(dá)發(fā)展的重要方向。[1]

艦載雷達(dá)要能夠在海洋潮濕、鹽霧、霉菌、結(jié)冰、波浪沖擊以及其他海洋氣候條件下正常工作。腐蝕是材料在環(huán)境介質(zhì)的化學(xué)、電化學(xué)作用以及物理因素協(xié)同作用下發(fā)生破壞的現(xiàn)象。[2]海用艦載設(shè)備常年處于高溫高濕條件下，服役條件較為惡劣，尤其艙室外天線艙等露天設(shè)備直接遭受曝曬、雨淋、濕氣、鹽霧及海水等侵蝕，更易產(chǎn)生腐蝕。因此，天線艙的腐蝕控制防護(hù)尤為重要。

1 改善設(shè)備工作環(huán)境的防護(hù)設(shè)計(jì)

該天線艙的組成包括各波段天線面陣與T/R組件、天線艙框架、分電箱，以及本振、時(shí)鐘、電源模塊、冷卻管路和環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置等單元。

天線艙采取整體密封防護(hù)設(shè)計(jì)，天線面陣采取天線罩防護(hù)，同時(shí)內(nèi)部設(shè)備優(yōu)先考慮采用環(huán)境控制設(shè)備對(duì)其進(jìn)行環(huán)境防護(hù)，環(huán)控設(shè)備為天線艙內(nèi)提供較好的工作環(huán)境條件。

T/R組件采取液體冷卻方式，通過冷卻輸配管路將冷卻液輸送給天線艙內(nèi)T/R組件，保證實(shí)現(xiàn)良好散熱。

針對(duì)天線艙密閉結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，環(huán)控系統(tǒng)通過通風(fēng)除濕柜控制天線艙內(nèi)電子設(shè)備所處環(huán)境溫濕度，改善了天線艙內(nèi)設(shè)備的工作環(huán)境。同時(shí)，天線艙框架外部焊接有薄鋁板蒙皮，內(nèi)部均勻敷設(shè)有阻燃保溫膠板。圖1為天線艙冷卻管路及送回風(fēng)示意圖。

圖1 天線艙管路及送回風(fēng)三維示意圖

通風(fēng)除濕柜將處理后的冷卻空氣送入天線艙，對(duì)天線艙降溫除濕，同時(shí)回風(fēng)又將天線艙熱量帶回通風(fēng)除濕柜進(jìn)行溫濕度處理。按照工作狀態(tài)對(duì)天線艙內(nèi)空氣流場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行仿真分析，其結(jié)果如圖2、圖3。

圖2 天線艙內(nèi)流場(chǎng)分布

圖3 天線艙工作狀態(tài)下溫度場(chǎng)分布

根據(jù)仿真結(jié)果，天線艙工作時(shí)在面陣組件附近溫度最高不超過45 ℃。通風(fēng)除濕柜能夠較好地保證天線艙內(nèi)良好的溫濕度環(huán)境，使天線面陣始終處于良好的工作環(huán)境。

2 耐環(huán)境設(shè)計(jì)的具體措施

2.1 材料選擇

天線艙框架采用高強(qiáng)度耐腐蝕鋁合金材料焊接而成。緊固件選用不銹鋼，且用密封膠或油脂再次密封防護(hù)。與冷卻液接觸的管路、閥門以及儲(chǔ)水箱等零部件的材料均使用不銹鋼。與海水接觸的管路采用B30材質(zhì)，而閥門及過濾器等零部件的材料采用白銅材質(zhì)。轉(zhuǎn)臺(tái)選用鈦合金。

2.2 電纜及接插件防護(hù)措施

天線艙內(nèi)的插頭、插座選用了耐鹽霧性能好的防水密封型的電纜接插件，直接外露接地防波套用熱縮套管防護(hù)。為防止鹽霧侵蝕，所有電纜與插頭連接處外加保護(hù)套進(jìn)行二次防護(hù)。

2.3 異種金屬安裝處理

由于轉(zhuǎn)臺(tái)中轉(zhuǎn)盤用的鈦合金和天線艙框架的鋁合金屬于異種金屬安裝，會(huì)產(chǎn)生電位差加速材料的腐蝕速率。為提高防腐蝕性能，在轉(zhuǎn)盤和天線艙框架中間增加微弧氧化防護(hù)。天線艙框架由于尺寸較大，而微弧氧化面積較小，從經(jīng)濟(jì)性、可操作性和局部保護(hù)難易程度來考慮對(duì)轉(zhuǎn)盤的安裝面進(jìn)行微弧氧化表面處理。

3 密封設(shè)計(jì)

為提高天線的環(huán)境適應(yīng)能力，各天線面陣采用天線罩防護(hù)，為天線陣列提供防水、密閉工作環(huán)境，同時(shí)不影響天線工作。

天線艙框架采用鋁材氬弧焊拼焊成形，型材間用榫頭槽形式相互定位連接。天線艙頂部和內(nèi)部設(shè)計(jì)基準(zhǔn)平臺(tái)，用于檢測(cè)水平度和標(biāo)校時(shí)安放校驗(yàn)儀器。

天線艙底部及頂部均設(shè)計(jì)有出入艙門，如圖4所示。

圖4 天線艙主體結(jié)構(gòu)示意圖

天線艙的密封性設(shè)計(jì)主要考慮天線罩與天線框架的安裝面以及天線艙出入艙門的密封性設(shè)計(jì)，阻擋潮氣、雨水的滲入，為罩內(nèi)設(shè)備提供一個(gè)良好的環(huán)境。

對(duì)于天線艙內(nèi)T/R組件、電源組件等功能模塊單元，采用全密閉的結(jié)構(gòu)方式，蓋板與盒體的接觸部位裝有導(dǎo)電密封條，面板的接插件和連接器全部選用防水密形式，采用微組裝工藝的模塊采用氣密性封裝工藝保證各功能單元的密封性設(shè)計(jì)效果。

為保證天線罩安裝后的整體密封性，天線艙框架上設(shè)計(jì)了止水臺(tái)階和密封槽，在天線罩和天線艙框架之間安裝相應(yīng)的航空橡膠繩，緊固螺栓沿幾何中心對(duì)稱擰緊并規(guī)定緊固力矩，緊固后螺栓安裝面及接縫處均勻封膠處理。天線罩連接示意圖如圖5所示。圖6為加裝天線罩后全密閉的天線艙外形示意圖。

圖5 天線罩連接示意圖

圖6 天線艙外形示意圖

4 腐蝕控制防護(hù)體系

為提高天線艙海用氣候環(huán)境適應(yīng)能力和工作可靠性，從工藝設(shè)計(jì)上采取了全面的防護(hù)措施：

(1) 對(duì)雷達(dá)天線艙等暴露在艙外零部件的涂覆根據(jù)不同的材料分別配套相應(yīng)的重防腐涂層體系，面漆采用具有優(yōu)異耐候性能的氟碳漆；

(2) 對(duì)所有指示面板、裝飾面板都進(jìn)行了貼膜保護(hù)，防止面板在裝配、調(diào)試、試驗(yàn)過程中因碰撞而損壞和污染表面，提高了產(chǎn)品的表面質(zhì)量和外觀形象；

(3) 天線面陣中的輻射單元涂覆低損耗涂料進(jìn)行防護(hù)。天線艙內(nèi)各模塊、功能單元等在調(diào)試合格并經(jīng)清潔、烘干、接插部位防護(hù)等處理后噴涂聚氨脂三防漆。對(duì)于不能噴涂三防漆的電路單元進(jìn)行必要的金屬鍍覆或化學(xué)處理，防止在潮濕環(huán)境下發(fā)生化學(xué)腐蝕或電化學(xué)腐蝕；

(4) 天線艙框架與天線面陣反射板的安裝面既有腐蝕控制需要又有電磁屏蔽需求。為提高鋁的耐腐蝕性，鋁表面一般采取化學(xué)轉(zhuǎn)化、陽極氧化、微弧氧化、涂裝等方式進(jìn)行防護(hù)。但是，陽極氧化、微弧氧化及大部分涂料涂裝形成的都是絕緣保護(hù)層，對(duì)于具有導(dǎo)電性要求的鋁制工件并不適用，為達(dá)到導(dǎo)電、耐腐蝕的目的可采取鋁合金化學(xué)轉(zhuǎn)化處理。化學(xué)轉(zhuǎn)化處理一般采用浸泡、噴淋、刷涂等方式。然而，天線艙框架自身體積大，與反射板的安裝面相對(duì)較小，如果采取大范圍保護(hù)再進(jìn)行下槽浸泡或噴淋的方式，其經(jīng)濟(jì)性和工藝性都較差。另外，安裝面多為立面，如果采取刷涂導(dǎo)電保護(hù)液的方式，刷涂液自然流淌，無法實(shí)現(xiàn)與基材表面的充分接觸。針對(duì)這類具有導(dǎo)電和耐腐蝕要求而不適合使用浸泡、噴淋和刷涂工藝進(jìn)行表面處理的鋁制工件開展了相關(guān)工藝研究，采用一種鋁表面濕敷式化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝方法進(jìn)行防護(hù)。該方法將敷料浸泡于導(dǎo)電保護(hù)液再濕敷在鋁基材表面，實(shí)現(xiàn)了對(duì)安裝面立面快速、便捷的表面處理。為提高美觀性和防護(hù)有效性，對(duì)敷料的材質(zhì)、紗支數(shù)、經(jīng)緯密度及濕敷工藝提出了嚴(yán)格要求。最終通過該方法可在安裝面表面形成導(dǎo)電、耐蝕的化學(xué)轉(zhuǎn)化膜層，采取相同工藝的試樣通過了相關(guān)環(huán)境試驗(yàn)驗(yàn)證。該工藝操作簡(jiǎn)單，提高了產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)效益。

(5) 天線艙框架整體涂覆氟碳漆涂層體系進(jìn)行防護(hù)，但基準(zhǔn)面及安裝面精度要求高，未采取涂裝防護(hù)。為提高防腐蝕性能，從工藝可操作性和經(jīng)濟(jì)性方面考慮，外露的基準(zhǔn)面采用蓋板密封防護(hù)，內(nèi)部的測(cè)量基準(zhǔn)面同樣采用濕敷式化學(xué)轉(zhuǎn)化處理工藝方法進(jìn)行防護(hù)。

另外，天線艙的腐蝕控制防護(hù)設(shè)計(jì)同時(shí)也要注意運(yùn)輸過程腐蝕控制設(shè)計(jì)，以及裝備安裝和維護(hù)過程腐蝕控制設(shè)計(jì)。

5 結(jié)束語

艦載有源相控陣?yán)走_(dá)天線艙的腐蝕控制防護(hù)應(yīng)從設(shè)計(jì)開始，貫穿于制造、存儲(chǔ)、運(yùn)輸、使用、維護(hù)、維修全過程，進(jìn)行全方位控制，以獲得最大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。同時(shí)，在天線艙的設(shè)計(jì)中，不僅要考慮結(jié)構(gòu)的合理性、工藝性和安全性，還要考慮結(jié)構(gòu)的可靠性、可維修性、環(huán)境適應(yīng)性、電磁兼容性，也要對(duì)天線艙的連接設(shè)計(jì)、人機(jī)環(huán)境工程設(shè)計(jì)等給予足夠的重視。[3]