內(nèi)陸濕熱地區(qū)機(jī)場環(huán)境譜編制

吳云章，沈軍，鐘勇，李伯舒，李健，肖陽

（1.陸軍航空兵研究所，北京 101121；2.中國兵器工業(yè)第五九研究所，重慶 400039；3.陸軍裝備部裝備技術(shù)合作中心，北京 100039；4.陸軍航空兵學(xué)院，北京 101121）

飛機(jī)（直升機(jī)）的地面停放時間約占總使用時間的96%，飛機(jī)（直升機(jī)）地面停放環(huán)境譜（以下簡稱環(huán)境譜）是直升機(jī)在地面停放期間所經(jīng)受的氣候、化學(xué)、光照、熱環(huán)境等各種“因素-時間”歷程，包括環(huán)境中影響部附件功能的，對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生腐蝕/老化作用的各種環(huán)境因素的強(qiáng)度、持續(xù)時間、發(fā)生頻率以及各種環(huán)境因素的組合。環(huán)境譜可為直升機(jī)疲勞壽命和日歷壽命定壽、延壽，環(huán)境耐久性和腐蝕防護(hù)設(shè)計、改進(jìn)、故障分析提供使用環(huán)境輸入條件和驗證考核條件，其應(yīng)用貫穿了裝備設(shè)計、驗證、使用、維修全過程。

歐美發(fā)達(dá)國家非常重視環(huán)境因素數(shù)據(jù)的采集工作，通過覆蓋全球的眾多站點的持續(xù)監(jiān)測，累積了海量的環(huán)境因素數(shù)據(jù)資源，編制了各種實用性極強(qiáng)的標(biāo)準(zhǔn)、手冊、技術(shù)資料，為武器裝備的環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計、評估、改進(jìn)以及裝備定壽延壽等提供強(qiáng)有力的指導(dǎo)和基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支撐。如MIL-HDBK-310《軍用產(chǎn)品研制用全球氣候數(shù)據(jù)》、MIL-STD-810G《環(huán)境工程考慮和實驗室試驗》第三部分“世界氣候區(qū)指南”、美軍條例AR70-38《軍用裝備在嚴(yán)酷氣候條件下的研究、開發(fā)、試驗以及評估》、Defence Standard 00-35《國防裝備環(huán)境手冊》第四部分“自然環(huán)境”、國際電工委員會標(biāo)準(zhǔn)IEC 60721-2-1《環(huán)境條件分類 第2-1 部分 自然環(huán)境條件 溫度和濕度》等等。

國內(nèi)已有多篇文獻(xiàn)報道了環(huán)境譜編制方法的研究[1-8]及部分工程應(yīng)用[9-12]，機(jī)場氣象環(huán)境因素記錄較全，化學(xué)環(huán)境因素缺失。因此，文中針對機(jī)場環(huán)境因素，以氣象環(huán)境因素為基礎(chǔ)，以現(xiàn)場測量化學(xué)環(huán)境因素為補(bǔ)充，開展機(jī)場環(huán)境因素采集和機(jī)場環(huán)境譜編制工作。

1 內(nèi)陸濕熱地區(qū)環(huán)境因素數(shù)據(jù)監(jiān)測項目

影響飛機(jī)（直升機(jī)）日歷壽命的地面主要環(huán)境因素分為氣象環(huán)境因素和化學(xué)環(huán)境因素。雖然影響結(jié)構(gòu)材料腐蝕/老化的環(huán)境因素很多，但就某一特定區(qū)域而言，可能只是其中幾種環(huán)境因素在起主導(dǎo)作用。根據(jù)編制直升機(jī)地面停放環(huán)境譜的需要，內(nèi)陸濕熱環(huán)境下對直升機(jī)結(jié)構(gòu)腐蝕/老化影響較為顯著的氣象環(huán)境因素主要有溫度、濕度、降水（降雨量和降雨時數(shù)）、太陽輻射（日照時數(shù)、太陽總輻射、紫外輻射）等氣象環(huán)境因素；較為顯著且通常量值水平相對較高的大氣污染物主要有大氣中Cl-、SO2、氮氧化物NOx和雨水中、pH 值等。

特別指出，飛機(jī)（直升機(jī)）發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時排放的尾氣中常含有較多的氮氧化物，可能導(dǎo)致部隊駐地大氣環(huán)境中的氮氧化物含量較周圍其他地區(qū)偏高，應(yīng)重點持續(xù)監(jiān)測機(jī)場駐地大氣中氮氧化物NOx的量值。

2 內(nèi)陸濕熱地區(qū)環(huán)境因素數(shù)據(jù)采集方案

外場戶外環(huán)境因素可在駐地外場合適的固定地點開展采集。其中溫度、濕度、太陽總輻射、紫外輻射、日照時數(shù)、降雨量、降雨時數(shù)等環(huán)境因素數(shù)據(jù)由便攜式自動氣象站持續(xù)自動監(jiān)測，數(shù)據(jù)通常以平均值或累積值的形式每1 h 采集記錄1 次，采集內(nèi)容見表1，自動氣象站如圖1 所示。機(jī)庫內(nèi)的溫度和濕度由便攜式溫濕度傳感器持續(xù)自動監(jiān)測，數(shù)據(jù)以平均值的形式每30 min 采集記錄1 次。

表1 機(jī)場外場氣象環(huán)境因素監(jiān)測項目與采集頻率Tab.1 Meteorological environmental factor monitoring items of airport outfield and collection frequency

太陽輻射量用自動氣象采集系統(tǒng)采集，其采集方式如圖1 所示。輻射表0°角水平放置。參照GB/T 24516.1—2009《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕 地面氣象因素觀測方法》執(zhí)行。

雨水在露天空曠的場地采集。NOx、鹽霧（氯離子）、SO2等環(huán)境因素在不直接接觸雨水、通風(fēng)又良好的地方采集；NOx、鹽霧（氯離子）、SO2等環(huán)境因素的監(jiān)測采用連續(xù)采樣法開展——利用掛片器在規(guī)定時間內(nèi)（通常為一個月）進(jìn)行大氣沉積物的采集（如圖2 所示），用于分析大氣污染物沉積率，采集內(nèi)容見表2。

雨水采樣參照GB/T 13580.2—1992《大氣降水樣品的采集與保存》執(zhí)行，NOx、鹽霧（氯離子）、SO2沉積率的采樣參照GJB 8894.1—2017《自然環(huán)境因素測定方法 第1 部分：大氣環(huán)境因素》執(zhí)行。雨水pH值的測定按照GB/T 13580.4《大氣降水pH 值的測定電極法》執(zhí)行。NOx、鹽霧（氯離子）、SO2沉積率的測定按照GJB 8894.1—2017《自然環(huán)境因素測定方法 第1 部分：大氣環(huán)境因素》執(zhí)行。雨水的測定按照GB/T 13580.6《大氣降水中硫酸鹽測定》執(zhí)行。雨水Cl-的測定按照GB/T 13580.9《大氣降水中氯化物的測定 硫氰酸汞高鐵光度法》執(zhí)行。

表2 機(jī)場外場戶外大氣污染物監(jiān)測項目與采集頻率Tab.2 Atmospheric pollutant monitoring items of airport outfield and collection frequency

圖1 自動氣象站Fig.1 Automatic meteorological station

圖2 大氣污染物沉降率的采集器Fig.2 Collector of atmospheric pollutant sedimentation rate

3 環(huán)境譜編制

針對便攜式自動氣象站、溫濕度傳感器采集獲得的氣象環(huán)境因素數(shù)據(jù)和人工采集獲取的大氣污染物環(huán)境因素數(shù)據(jù)，對環(huán)境因素原始數(shù)據(jù)進(jìn)行了詳盡的統(tǒng)計分析，形成相應(yīng)的月報表（見表3）、年報表等，為內(nèi)陸濕熱地區(qū)機(jī)場環(huán)境譜編制提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

表3 某機(jī)場駐地201X 年1 月氣象環(huán)境因素月報表Tab.3 Monthly report of meteorological and environmental factors in airport in January 201X

以機(jī)場近幾年的氣象環(huán)境因素統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，月、年為單位，分析統(tǒng)計太陽輻射、溫度、濕度等環(huán)境要素的強(qiáng)度、持續(xù)時間、發(fā)生頻率以及時間比例，形成各單項環(huán)境要素月譜和年譜，如溫度譜（見表4）、相對濕度譜（見表5）、日照輻射譜（見表6）、降水譜（見表7）、酸雨譜（見表8）、溫度-相對濕度譜（見表9）、污染介質(zhì)譜等，然后對單項環(huán)境要素譜進(jìn)行歸并處理，形成機(jī)場綜合自然環(huán)境譜（見表10）。

表4 機(jī)場溫度譜Tab.4 Airport temperature spectrum

表5 機(jī)場相對濕度譜Tab.5 Airport humidity spectrum

表6 機(jī)場太陽輻射譜Tab.6 Airport solar radiation spectrum

表7 機(jī)場降水譜Tab.7 Airport precipitation spectrum

表8 機(jī)場酸雨譜Tab.8 Airport acid rain spectrum

表9 溫度-濕度譜Tab.9 Temperature-humidity spectrum

表10 機(jī)場綜合自然環(huán)境譜Tab.10 Airport comprehensive natural environment spectrum

4 機(jī)場地區(qū)整體環(huán)境特征分析

1）機(jī)場實測數(shù)據(jù)與同地區(qū)常年數(shù)據(jù)對比分析。機(jī)場駐地外場實測數(shù)據(jù)與同地區(qū)城市氣象站2004—2015 年數(shù)據(jù)對比，在年平均溫度、年平均相對濕度、年太陽總輻射、年日照時數(shù)、年降水總量等主要氣象因素數(shù)據(jù)方面，量值上無顯著差異。由于大氣污染物數(shù)據(jù)的采集較為復(fù)雜，文獻(xiàn)資料中公布城市相關(guān)數(shù)據(jù)極少，無法開展比較。

2）基于溫濕度數(shù)據(jù)的氣候類型分析。GB/T 4797.1—2005《電工電子產(chǎn)品自然環(huán)境條件 溫度和濕度》中以溫度和濕度的日平均值的年極值的平均值為依據(jù)對不同氣候類型進(jìn)行了劃分。參照該標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)場駐地外場實測溫濕度數(shù)據(jù)表明：從年平均溫度、濕熱月時間、高低溫范圍、所處地域等方面定性判定，機(jī)場駐地所處區(qū)域氣候環(huán)境具有內(nèi)陸濕熱環(huán)境特點。

3）機(jī)場大氣腐蝕性分類。GB/T 19292.1—2003《金屬和合金的腐蝕 大氣腐蝕性分類》中給出了依據(jù)大氣潮濕時間、空氣中二氧化硫含量和氯化物含量三個因素確定大氣腐蝕性等級的方法。參照該標(biāo)準(zhǔn)，機(jī)場實測數(shù)據(jù)表明（見表10）：機(jī)場所處環(huán)境大氣腐蝕性等級為C3 級（腐蝕性中等），見表11。

5 結(jié)論

1）分析了影響飛機(jī)（直升機(jī)）日歷壽命的地面主要環(huán)境因素，確定了內(nèi)陸濕熱地區(qū)環(huán)境因素數(shù)據(jù)監(jiān)測項目。

表11 機(jī)場大氣腐蝕性等級Tab.11 Airport atmospheric corrosion level

2）開展了機(jī)場環(huán)境因素實測，針對環(huán)境因素進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，形成月報表。分析統(tǒng)計太陽輻射、溫度、濕度等環(huán)境要素的強(qiáng)度、持續(xù)時間、發(fā)生頻率以及時間比例，形成各單項環(huán)境要素月譜和年譜。然后對單項環(huán)境要素譜進(jìn)行歸并處理，形成機(jī)場綜合自然環(huán)境譜。

3）機(jī)場環(huán)境均具有典型的內(nèi)陸濕熱地區(qū)非工業(yè)環(huán)境特點，大氣腐蝕性等級中等（C3 級）。

4）NOx沉積率在機(jī)場大氣污染物中占比高。

5）量化了內(nèi)陸濕熱地區(qū)服役直升機(jī)面臨的使用環(huán)境，為內(nèi)陸濕熱地區(qū)直升機(jī)環(huán)境適應(yīng)性考核驗證和腐蝕防護(hù)設(shè)計提供了依據(jù)。