美軍航母腐蝕控制技術(shù)體系的發(fā)展研究

錢(qián)江

（海軍裝備部，北京 100071）

美國(guó)作為世界上航母技術(shù)最為成熟完善的國(guó)家，迄今已建造了70余艘航母，目前已發(fā)展第三代核動(dòng)力航母——福特級(jí)。美國(guó)航母戰(zhàn)斗群不僅數(shù)量龐大，一直維持在10個(gè)以上航母戰(zhàn)斗群，而且在技術(shù)上也對(duì)其他國(guó)家保持遙遙領(lǐng)先。二戰(zhàn)之后，航母便代表了美國(guó)軍事力量的縮影，龐大的航母艦隊(duì)奠定了戰(zhàn)后美國(guó)牢固的海上霸主地位，對(duì)于保障美國(guó)國(guó)土安全和海外利益發(fā)揮了至關(guān)重要的作用[1]。

同時(shí)，作為保證航母戰(zhàn)斗力和服役壽命的關(guān)鍵所在，耗費(fèi)巨大的維護(hù)保障工作也一直是美國(guó)軍方一直面對(duì)的重大問(wèn)題，并在其近百年的發(fā)展史上積累了大量的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)?！爸褐?，百戰(zhàn)不殆”，“它山之石，可以攻玉”，全面深入研究美國(guó)航母腐蝕控制技術(shù)體系，總結(jié)歸納對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)起到重大影響和積極意義的關(guān)鍵因素和必然規(guī)律，對(duì)于其他國(guó)家海軍的發(fā)展無(wú)疑會(huì)起到重大引領(lǐng)和推動(dòng)作用。

1 新材料與新工藝的發(fā)展應(yīng)用

新材料及新工藝的上艦應(yīng)用，是高性能艦船裝備孕育和發(fā)展的基礎(chǔ)。腐蝕又是材料學(xué)科的分支，所謂腐蝕控制，本身就是防護(hù)材料及設(shè)備的應(yīng)用過(guò)程，其控制對(duì)象也是艦船裝備中所應(yīng)用的各型材料。所謂的艦船服役全壽命周期，很大程度上是由船體與各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)材料和各型功能材料、結(jié)構(gòu)功能一體化材料的服役壽命所決定的。另外，隨著美軍CVN 78福特級(jí)航母這類代表當(dāng)今世界最高科技水平的重大裝備的面世，作為艦船裝備建造的基礎(chǔ)，先進(jìn)艦船材料技術(shù)的上艦應(yīng)用（如圖 1所示），對(duì)于保持裝備先進(jìn)性代差以及各系統(tǒng)效能的充分顯現(xiàn)，所起到的巨大支撐作用有目共睹[2-4]。

圖1 CVN 78先進(jìn)性體現(xiàn)Fig.1 Advanced embodiment of CVN 78

在CVN 78設(shè)計(jì)建造所使用的13項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)中，僅材料技術(shù)就占兩項(xiàng)，分別是 HSLA-65高強(qiáng)度低合金船體結(jié)構(gòu)鋼，以及HSLA-115高強(qiáng)度超強(qiáng)韌飛行甲板用鋼。對(duì)其他關(guān)鍵技術(shù)系統(tǒng)而言，先進(jìn)材料的關(guān)鍵作用也非常顯著（如圖 2所示）[5-6]。例如，核動(dòng)力推進(jìn)及電力系統(tǒng)安裝了2座新研制的A1B型反應(yīng)堆，功率與尼米茲級(jí) A4W 反應(yīng)堆相同，但燃料效率是A4W的3倍，堆芯壽命可延長(zhǎng)到50年，可持續(xù)運(yùn)行到航母退役。采用碳化硅半導(dǎo)體組成的大功率綜合電力模塊替換了又重又大的常規(guī)變壓器，實(shí)現(xiàn)了小型輕量化，但提供的電力卻是尼米茲級(jí)的3倍。由此可見(jiàn)，福特級(jí)航母的設(shè)計(jì)建造過(guò)程中，“裝備研制，材料先行”理念的貫徹，對(duì)于各級(jí)系統(tǒng)的研制建造，以及全壽命周期內(nèi)服役狀態(tài)和性能良好保持，起到了巨大推動(dòng)作用。

圖2 CVN 78先進(jìn)材料與腐蝕控制技術(shù)應(yīng)用Fig.2 Application of CVN 78 advanced materials and corrosion control technology

2 腐蝕控制應(yīng)用于艦艇全壽命周期

腐蝕是一個(gè)遵循能量最低原則的緩慢自然過(guò)程，看得見(jiàn)卻摸不著，但是不可避免的，因此只能預(yù)防和控制。腐蝕會(huì)在裝備的全壽命周期一直存在，并且裝備維護(hù)成本（包括人、財(cái)、物）會(huì)隨著裝備服役年限的延長(zhǎng)而大幅增加，占國(guó)防開(kāi)支預(yù)算的很大比例。這一現(xiàn)象引起的軍費(fèi)激增是促使美國(guó)政府將腐蝕的預(yù)防與減緩作為國(guó)家戰(zhàn)略而推廣實(shí)施的直接原因。

美國(guó)海軍在艦船防腐頂層設(shè)計(jì)、管理機(jī)制、技術(shù)創(chuàng)新體制、軍民融合等諸多方面也進(jìn)行了一攬子自上而下的改革，并頒布實(shí)施了一系列規(guī)章條例。宗旨在于，降低維護(hù)成本，減小腐蝕對(duì)于海軍裝備安全和戰(zhàn)備的影響，以求將腐蝕預(yù)防與控制貫穿于從海軍裝備采購(gòu)到維護(hù)的全壽命周期。自2004年以來(lái)的十余年間，美國(guó)海軍通過(guò)“腐蝕預(yù)防與控制”的實(shí)施，以及對(duì)此前腐蝕控制系統(tǒng)工程建設(shè)存在問(wèn)題的反思與深入分析研究，已經(jīng)確定了腐蝕控制的關(guān)鍵要素，并通過(guò)管理、技術(shù)的創(chuàng)新與應(yīng)用，逐步控制住了腐蝕造成的艦隊(duì)維護(hù)成本急劇上升的勢(shì)頭。

3 腐蝕控制技術(shù)體系發(fā)展理念

對(duì)于引起當(dāng)前維護(hù)成本急劇上升的原因，美國(guó)海軍在大量調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，從腐蝕控制經(jīng)濟(jì)學(xué)角度對(duì)該問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。研究發(fā)現(xiàn)，航母等大型艦船維修周期過(guò)多、維修間隔過(guò)短、維修時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，是引發(fā)上述問(wèn)題的最根本原因。因?yàn)樾薮鸵ㄥX(qián)，一進(jìn)船塢就要產(chǎn)生占?jí)]費(fèi)，修理人員一上船就要產(chǎn)生工時(shí)費(fèi)、培訓(xùn)費(fèi)、材料費(fèi)、賠償費(fèi)等費(fèi)用，而且艦隊(duì)在船廠期間的花費(fèi)也不能停。對(duì)航母戰(zhàn)斗群而言，重新出塢還要再次進(jìn)行適應(yīng)性訓(xùn)練。總之，許多地方都要花錢(qián)和耗費(fèi)時(shí)間，而且都是無(wú)效的。對(duì)美國(guó)這種發(fā)達(dá)國(guó)家而言，船舶建造和維修費(fèi)用最高的其實(shí)是工時(shí)費(fèi)。工作量最大的艙室、船體和甲板這些大面積、勞動(dòng)密集型工作區(qū)中，腐蝕成本中的工時(shí)費(fèi)要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所耗費(fèi)的原料成本，由此成為航母維護(hù)成本最高的區(qū)域。尤其是美國(guó)海軍艦船型號(hào)設(shè)計(jì)建造已基本發(fā)展完善，目前耗費(fèi)最多的是各型艦船尤其是航母的維護(hù)。長(zhǎng)此以往，艦船維護(hù)這種看似簡(jiǎn)單的小事，其耗費(fèi)的軍費(fèi)巨大。

最為關(guān)鍵的是，維修耽誤部隊(duì)作戰(zhàn)和訓(xùn)練，艦隊(duì)出勤率、戰(zhàn)斗力和快速反應(yīng)能力都要受到制約，對(duì)于航母這種為數(shù)不多的國(guó)之重器而言更是如此。平時(shí)可能顯現(xiàn)不出，一到戰(zhàn)時(shí)，這種高頻次的維修保障對(duì)于航母戰(zhàn)斗群綜合戰(zhàn)力的負(fù)面影響必將凸顯。

由此，美國(guó)海軍從兩方面入手對(duì)此問(wèn)題制定了相關(guān)措施[7]：一是通過(guò)全壽命周期管理體制改革，延長(zhǎng)入塢間隔，縮短入塢時(shí)間，做到盡量少去船廠修；二是在管理和技術(shù)層面，圍繞“省時(shí)、省力、省錢(qián)”下功夫（美國(guó)海軍稱之為 Faster, Easier &Cheaper）。如怎樣免維護(hù)或至少提前發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，怎樣提高維護(hù)工作效率，怎樣提高艦員級(jí)維護(hù)的技術(shù)水平。對(duì)腐蝕防護(hù)技術(shù)而言，核心是降低艦船全壽期成本，重點(diǎn)研究目前哪些技術(shù)是費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、費(fèi)錢(qián)的，怎樣提升裝備材料的服役壽命和效能，提升至什么程度才能使成本最低等。

具體措施方面，一是通過(guò)深化軍民融合提高艦船修造效率，并降低成本。與我國(guó)不同，美國(guó)國(guó)防工業(yè)主體是民企，只有核動(dòng)力及武器裝備等核心技術(shù)裝備掌握在國(guó)家手中，國(guó)有船廠僅有四家。為提高艦船修造效率并降低成本，美國(guó)海軍一方面推行“一家船廠”優(yōu)化配置四家國(guó)有船廠的人力和物力資源，以提高艦船修造技術(shù)水平，節(jié)省人工成本。另一方面鼓勵(lì)“民參軍”，使更多具備資質(zhì)的民企通過(guò)競(jìng)爭(zhēng)性定價(jià)參與到艦船修造，使高效低成本技術(shù)在艦船上獲得應(yīng)用，目前美國(guó)航母的維修近70%以上是由民企完成的（此前國(guó)防部制定的比例為50∶50）[8]。二是通過(guò)滿足使役性能前提下的“省時(shí)、省力、省錢(qián)”技術(shù)創(chuàng)新。

4 腐蝕控制技術(shù)體系科研體制創(chuàng)新

滿足使役性能前提下的“省時(shí)、省力、省錢(qián)”新材料及新技術(shù)的研發(fā)、考核以及應(yīng)用，替代當(dāng)前低水平、低效能的艦船材料及腐蝕防護(hù)技術(shù)，是美國(guó)海軍為實(shí)施“腐蝕預(yù)防與減緩”戰(zhàn)略的基本工作。

美國(guó)海軍研究局（ONR）作為美國(guó)海軍科研的核心力量和指揮中樞，負(fù)責(zé)制定各項(xiàng)腐蝕戰(zhàn)略相關(guān)科研規(guī)劃的頂層設(shè)計(jì)，并發(fā)布相關(guān)研發(fā)指南、技術(shù)需求考核標(biāo)準(zhǔn)等綱領(lǐng)文件。其下屬的海軍研究實(shí)驗(yàn)室（NRL）負(fù)責(zé)核心技術(shù)研發(fā)，組織海軍艦船材料與防腐技術(shù)的考核評(píng)定，并協(xié)同海軍各部門(mén)及國(guó)家表面處理中心（NSC）發(fā)布相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。其中，在艦船材料新技術(shù)應(yīng)用考核方面，以美國(guó)海軍金屬加工中心（NMC）為主。

海軍研究局通過(guò)需求牽引和技術(shù)推動(dòng)類項(xiàng)目規(guī)劃，推動(dòng)美國(guó)各民企、高校及科研院所廣泛參與，協(xié)同NRL這類軍方研究部門(mén)和國(guó)有修造船廠進(jìn)行新材料與腐蝕控制技術(shù)研發(fā)與應(yīng)用（如圖3所示）。同時(shí)，美國(guó)政府各部門(mén)也通過(guò)大量低準(zhǔn)入、嚴(yán)考核的各類基金鼓勵(lì)艦船材料及腐蝕控制技術(shù)的創(chuàng)新發(fā)展，尤其是前沿戰(zhàn)略領(lǐng)域，以保持美國(guó)在該領(lǐng)域的世界領(lǐng)先水平[9]。

圖3 美國(guó)海軍研究局艦船材料與腐蝕控制規(guī)劃Fig.3 Material and corrosion control plan of ONR ships

在具體單項(xiàng)技術(shù)領(lǐng)域，如本項(xiàng)目研究所述，美國(guó)海軍一方面推動(dòng)原供應(yīng)商（如 PPG、IP等涂料供應(yīng)商，米塔爾等艦船材料供應(yīng)商）進(jìn)行技術(shù)革新，另一方面推動(dòng)軍地科研院所、企業(yè)的新技術(shù)成果通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和實(shí)船考核，盡快出臺(tái)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，以推進(jìn)低成本高性能材料及腐蝕控制技術(shù)成果的上艦應(yīng)用[10]。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，美國(guó)海軍通過(guò)一系列新技術(shù)體系、新發(fā)展理念及科研創(chuàng)新的成功運(yùn)用，正在逐步解決腐蝕引起的艦船裝備維護(hù)成本增加而引發(fā)軍費(fèi)激增的問(wèn)題，對(duì)提升航母戰(zhàn)斗群的綜合戰(zhàn)力起到了極大的促進(jìn)作用。