美國電磁輻射對燃油危害標準簡介

曹 斌 蔡明娟 范 凱

（1.中國船舶及海洋工程設計研究院 上海200011；2 海軍裝備研究院標準規范所 上海200235；3.海軍裝備部駐上海地區軍事代表局 上海200135）

引 言

現代化艦船上的電子、電氣設備和系統大量應用，通信、雷達等設備發射功率愈來愈大，頻譜覆蓋范圍不斷擴大，使艦船電磁環境變得十分復雜。實際使用中已反映出燃油存在受電磁能量影響的問題，即燃油暴露于電磁輻射環境中，較強電磁能量的電弧或火花足以導致揮發性易燃品的燃燒事故，出現電磁輻射對燃油的危害（HERF，Hazards of Electromagnetic Radiation to Fuel）問題。隨著艦船上機用燃料日益增加，與之相關的各種作業活動在艦船上的普遍展開，暴露在艦船露天的航空燃料的易燃性直接導致電磁輻射危害的問題變得更加敏感和難以控制。

本文闡述電磁輻射對燃油危害的機理，歸納總結美軍有關電磁輻射對燃油危害的相關標準規范及技術文件，對較重要部分標準及文件進行了簡單介紹。

1 電磁輻射對燃油危害機理

電磁輻射引燃燃油的發生，需要同時滿足以下三個條件：

（1）對于給定的環境溫度，燃油蒸汽與空氣混和物的比率必須恰當；

（2）必須有足夠能量的電弧或火花以產生恰當的點火溫度；

（3）電弧間隙必須有足夠的長度和熱量，足以引起火焰。

這三個條件反映了電磁輻射引燃燃油的要素，即燃油燃燒密切相關的特性有閃點、燃燒極限以及點火能量三個因素。 “對于給定的環境溫度，燃油蒸汽與空氣混和物的比率必須恰當”就是對燃油蒸汽與空氣混和物關于燃燒極限的限定；“必須有足夠能量的電弧或火花以產生恰當的點火溫度”就是對燃油蒸汽必須達到閃點以上的限定。需要說明的是，閃點溫度與環境溫度有區別，即使環境溫度達不到閃點溫度，但由于點火源的因素可能使燃油蒸汽與空氣混和物的溫度超過閃點，從而引起燃燒。“電弧間隙必須有足夠的長度和熱量，足以引起火焰”是對點火能量的限定。

2 美軍電磁輻射對燃油危害標準

1955年，針對美國海軍艦隊報告停放在CVA-42航母甲板上的飛行器受射頻照射發生了電弧放電現象，美國海軍開展了針對射頻能量點燃燃油蒸汽的專項調查工作，在此基礎上形成了《艦船上射頻電弧使燃油蒸汽點火的研究》報告（報告編號：AD 233049）。以該報告為基礎，美軍開展了系列研究，最終頒布了一系列指令指示、標準文件、技術手冊。

美國電磁輻射相關標準化文件范圍主要包括燃油電磁輻射安全性要求及試驗方法方面的相關標準、規范、指令、指示、軍隊技術文件資料、出版物等方面的標準化文件；與美軍電磁輻射對燃油危害有關的可供參考的標準化文件等相關資料共計24份，具體如表1所示。

表1 美軍電磁輻射對燃油危害相關標準參考目錄

續表1

從整體來看，美軍HERF相關標準化文件，除了一些基本的技術標準以外，還有很多是從海、陸、空各個部門的需要出發，用于指導實際工作的管理手冊和指令指示文件，而在這些標準化文件中又引用了大量的技術性要求標準。美國HERF相關技術性標準化文件中，既有詳細闡述電磁輻射對燃油危害問題的背景及經驗數據的HERF專題技術文件，又有在各種設計、作業等過程中所涉及的技術性文件。通過這些文件，美軍才能做到從實際出發，依據指令法規有序管理，利用多年來總結的經驗數據，按照技術標準實施，從而最終實現電磁輻射對燃油危害的良好控制。

在這些標準化文件中，DoDD 3222.3《國防部電磁環境效應綱要》是美軍HERF的綱領性文件，涉及HERF的專題性標準化文件主要是MIL-STD-464C《系統電磁環境效應要求》、NAVELEX 0101，106《電磁兼容及電磁輻射危害》、NAVSEA OP 3565 VOLUME 1《電磁輻射危害，第一卷——技術手冊（對人員、燃油的危害）》等等。下面就主要標準及文件進行分析。

2.1 DoDD 3222.3《國防部電磁環境效應綱要》

美軍非常重視電磁環境效應（E3）控制，通過DoDD 3222.3，美軍從體制上建立了一套控制電磁環境效應（含電磁輻射對燃油危害）的機制，規定了明確的職責劃分。從實踐效果來看，該套機制發揮了巨大的作用，確保了美軍電磁環境效應相關工作的順利開展，有效地避免了美軍電磁環境效應方面事故的發生。

2.2 MIL-STD-464C《系統電磁環境效應要求》

MIL-STD-464C作為美軍系統電磁兼容性的總體要求標準，涉及電磁兼容性的諸多方面。對于電磁輻射對燃油危害，提出總的要求和試驗方法，適用于所有軍用設備、系統，并規定了電磁輻射對燃油危害的安全性要求及驗證方法。附錄A.5.9.2分別從要求理由、要求指南、檢驗指南、經驗教訓等幾個方面對HERF問題作了進一步說明。

2.3 NAVELEX 0101，106《電磁兼容及電磁輻射危害》

NAVELEX 0101，106主要用于指導使用者設計新的設備安裝布置（新研）或者在現有基礎上增加設備（加裝、改裝），幫助使用者了解電磁干擾以及電磁輻射的危害，并為使用者提供相應的預防措施及技術手段。NAVELEX 0101，106詳細介紹有關電磁輻射對燃油危害問題的發生原因，提供檢測方法。但由于種種限制，該技術手冊并未給出具體的電磁輻射對燃油危害的安全限值，使其實用性受到一定限制。

2.4 NAVSEA OP 3565《電磁輻射危害》

NAVSEA OP 3565第一卷電磁輻射對人員、燃油的危害介紹了電磁輻射對人員危害、射頻灼傷、激光設備輻射危害生物效應、電離輻射及電磁輻射對燃油危害。

NAVSEA OP 3565提出的有關預防電磁輻射危害的安全電磁環境電平，是目前所有美軍技術文檔、標準要求中有關限值的來源。此外NAVSEA OP 3565還給出了計算方法，可與安全限值比較以預測艦船上的安全區域（相對于發射機天線的安全距離）。

由于NAVSEA OP 3565提出了比較具體的HERF預防措施以及有關電磁輻射對燃油危害安全電磁環境的具體限值，使得該手冊實用性非常強。

2.5 AD 233049《艦船上射頻電弧使燃油蒸汽點火的研究》

AD 233049報告主要內容包括電磁輻射對燃油危害問題的本質、在實船上試驗的程序以及試驗的過程、試驗的結果、場強及功率密度的測量、最后是有關問題的討論。

此報告的實船測量數據是依據1958年4月16日至4月21日期間，在CVA 42（富蘭克林·羅斯福）船上進行的射頻電弧發火場強研究試驗，此外一些有關燃油特性方面的數據來源于試驗室內的試驗研究。該研究中最重要的發現是，在注油過程已知的條件下，飛機上拖出的射頻電弧極有可能點燃燃油蒸汽，遵守良好的操作程序可減少中斷（兩個導體連接）的可能性。因此，AD 233049還給出了預防射頻電弧點燃燃油蒸汽的建議。

2.6 其他相關標準及文件

MIL-HDBK-237D《采辦過程的電磁環境效應和頻譜保障性指南》是由美國國防部發布的一份用于指導設備、系統以及平臺在全壽命期間建立電磁環境效應及頻譜保障性項目的技術文件。該手冊在電磁環境效應概述中闡述電磁環境、電磁兼容性、電磁干擾、電磁輻射危害、電磁易損性、沉積靜電、靜電放電等內容。在電磁輻射危害中說明電磁輻射對燃油危害的機理、影響因素。

MIL-HDBK-844A《海軍飛機燃料加注手冊》由美國國防部發布，供海軍航空兵系統司令部、海軍部及美軍其他部門使用。手冊正文共9章，分別為:范圍、引用文件、定義、組織機構及培訓、航空燃料規格特性、航空燃料的污染物、（燃油）質量的監測、燃料裝卸過程中的安全事項、注釋。

3 結 論

艦船電磁輻射對燃油危害問題不容忽視。美軍尤其是美國海軍非常重視電磁輻射對燃油危害問題。早在上世紀50年代，美軍就已開展相關實驗及研究，在此基礎上發布了一系列相關技術手冊用以指導艦船、飛機的設計、制造及使用維護，并將電磁輻射對燃油危害作為電磁兼容性的要求納入相關標準。

美國作為世界上軍事能力最強的國家，其HERF相關軍用標準化文件內容全面、完整，在技術上發展得較為成熟，具有相當程度的先進性和廣泛適用性，為我國艦船預防電磁輻射對燃油危害的研究及艦船設計提供了十分重要的參考。

［1］ DoDD 3222.3，DoD Electromagnetic Environmental Effects（E3）Program［S］.2004.

［2］ MIL-STD-464C，Electromagnetic Environmental Effects，Requirements for Systems［S］.2010.

［3］ MIL-STD-1399 408A，Interface Standard for Shipboard Systems Sectlon 408 Electromagnetic Radiatlon Hazards to Personnel and Fuels［S］.1973.

［4］ MIL-STD-1658，Shipboard Guided Missile Launching System Safety Requirements，Minimum［S］.1974.

［5］ MIL-HDBK-235C，Military Operational Electromagnetic Environment Profiles ［S］.2010.

［6］ MIL-HDBK-238，Electrom4gnetic Radiation Hazards ［S］.1973.

［7］ MIL-HDBK-237D，Electromagnetic Environmental Effects and Spectrum Supportability Guidance for the Acquisition Process ［S］.2005.