溫濕度因子對艦載導彈發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 煙臺 264001）（2.91115部隊 舟山 316000）

1 引言

海軍艦載導彈由于其本身的特點，從出廠、貯存保障到上艦使用要經過諸多階段，如轉運、貯存、使用測試、維護保養、訓練及作戰使用直至導彈報廢。每個階段經歷的環境各不相同，這里的環境是指在任一時刻和任一地點產生或遇到自然條件和誘發條件的綜合體［1］。環境因子具體內容如圖1所示。

這些環境因子通過各因子以單獨、組合和綜合的方式影響著海軍艦載裝設備可靠性。海洋環境因子對海軍裝設備可靠性影響主要有高鹽度、高溫和高濕環境使艦船裝備遭到嚴重的腐蝕［2］，對艦載機金屬構件的腐蝕也有很大的影響［3］，對某型直升機發動機主機壽命同樣影響較大［4］等。在嚴酷的海洋環境因子影響下，還可能會導致艦載導彈結構損壞、功能喪失或性能超差，進而影響其作戰效能［5］。

圖1 影響海軍艦載裝設備可靠性的環境因子

以往研究來看，較多關注海洋環境對艦載主戰裝備可靠性的影響，對發射箱分析不夠。實際上，就艦載導彈貯存和使用特點而言，主要是溫濕度環境因子直接作用于發射箱，進而間接影響導彈可靠性。

2 海軍艦載導彈服役任務剖面

導彈服役任務剖面［6］，是指導彈出廠驗收到退役，期間所經歷的事件、環境和時序描述。海軍艦載導彈服役任務剖面，包含導彈的運輸、裝卸、貯存、測試、排故、維修、戰備值班、發射等事件（如圖2）。

圖2 海軍艦載導彈服役任務剖面及典型服役環境示意圖

通過分析服役任務剖面，海軍艦載導彈主要有3種典型服役環境，即洞庫或技術陣地的貯存環境、轉運的運輸環境和承擔作戰執勤的戰備值班環境［7］。基于艦載導彈的特點，發射箱一直伴隨到導彈發射，可先將艦載導彈與發射箱做一整體進行分析（以下簡稱箱彈），其服役環境同樣為此3種典型服役環境。

3 不同服役環境溫濕度影響因子重要性

3.1 貯存環境的影響因子分析

箱彈的貯存環境，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，除溫濕度影響外，受其他環境因子影響較少；陣地待用除機動保障外，只有地面庫房測試、總裝等轉運過程中短時間停放，故此貯存環境忽略不計。因此本文貯存環境主要考慮洞庫貯存及地面庫房貯存兩種情況。貯存環境對箱彈產生影響的因子有溫度、濕度、霉菌、氣壓、腐蝕介質等，其中貯存中最重要的環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 實際貯存環境的影響因子

高濕度是影響各類電子設備穩定性和可靠性最嚴重的因子，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系如圖3所示［8］。

圖3 腐蝕速度與大氣相對濕度的關系

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

當溫濕度并存時，金屬腐蝕物增量C與溫濕度之間的關系為

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據帶入式（1），得計算結果如表2所示。

可以得出萬寧市海區環境內的年平均氣溫在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境因子引起故障的40%［10］。一般認為，非金屬材料的老化反應速度V與溫度（絕對溫度）之間滿足如下關系［11］：

式（2）中：A為與材料成分有關的常數；R為大氣常數；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 金屬腐蝕物增量結果數據表

以彈上火工品導火索為例，其貯存壽命與貯存環境中的溫濕度有如下關系［12］：

式（3）中：L為導火索的貯存壽命，其單位為年；Y為貯存環境中的年平均溫度（℃）；S為貯存環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）等到結果見表3。

表3 不同地區導火索貯存壽命數據表

可知，導火索的壽命與溫度和濕度都有關系，且溫度越高，濕度越大，其壽命越短。青島地區導火索貯存壽命比瓦寧地區長將近1倍，由此，南海地區更應重視溫濕度對箱彈貯存可靠性的影響。

3.2 轉運環境的影響因子分析

箱彈轉運環境可分為陸運、空運和海運3種方式，實際轉運環境所涉及的主要環境因子見表4。

以往多以運輸過程中振動、沖擊為主要環境影響因子。實際上，轉運過程中由于貯存環境與室外環境的濕度本身就有差別，加上環境溫度的變化必然會導致濕度的變化，這種溫濕度變化規律是相輔相成的［13］，應提高對溫濕度可靠性影響的重視。

3.3 上艦值班環境的影響因子分析

由于導彈上艦值班貯存在發射箱中，且當前遠洋護航任務（如：索馬里、亞丁灣）次多時長，高溫高濕環境影響因子對發射箱使用壽命和可靠性有著重大的威脅（如表5）。

幾批次返航的發射箱均出現嚴重銹蝕，這對發射箱本身可靠性及箱彈整體作戰效能影響很大。

4 溫濕度因子對發射箱影響及對策

4.1 溫濕度因子對發射箱影響

箱彈在保障任務流程中，其在洞窟貯存、地面庫測試總裝時，都有除濕機、空調（洞庫基本恒濕恒溫）調控溫濕度，在貯存時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運到庫房、庫房總裝到碼頭吊裝、上艦值班等過程的室外環境下。如圖4所示。

發射箱在整個任務流程中都直接受到外界溫濕度環境影響，而導彈在測試、總裝等技術保障流程中出入箱，此過程所受到的環境影響也是微乎其微，溫濕度影響發射箱可靠性是當前艦載導彈突出問題。基于實踐調研，溫濕度對某系列艦載導彈發射箱可靠性影響主要存在電氣、機械、材料使用等方面問題（如表6所示）。

表4 實際轉運環境的影響因子

表5 上艦值班環境的影響因子

圖4 箱彈保障任務流程示意圖

表6 某系列艦載導彈發射箱故障分析表

4.2 發射箱應對溫濕度因子防護技術

綜合上述不同服役環境溫濕度影響因子分析，針對發射箱存在問題，發射箱溫濕度防護技術應提起高度重視，主要可以從材料使用，密封技術，保障能力等方面提高。

1）材料使用。針對箱體油漆、密封墊、內部材料等易老化現象，應著重提高材料使用的可靠性。

（1）抗腐蝕材料。為提高箱體應對高濕高溫高鹽腐蝕環境應力能力，蒙皮復合有機涂層材料的選取至關重要，也是下一步研究的重點方向；

（2）防水材料。可以采用VPF（改性聚乙烯醇）高阻隔復合材料，其具有優異的防潮、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合包裝結構設計，最大限度降低外界環境溫度對內部“微環境”的影響。對于金屬材料的隔熱，通常在材料內壁粘貼一層絕熱材料，而對于工程塑料和復合材料，可采用夾芯結構或中空結構提高隔熱性能。

2）密封技術。密封環境對于提高箱彈可靠性具有重要意義。發射箱在研發設計階段應實現導彈在壽命期內的免維護標準，需達到的技術水平：

（1）彈上元器件應采取高可靠性的長壽命設計技術，達到免維護導彈本身的技術指標；

（2）完善的發射箱密封技術，應采取有效的密封措施，重點針對電氣插頭、箱體外螺釘、密封圈（墊）等部件材質可靠性；

（3）采用人工智能發射箱設計技術，對溫濕度造成的腐蝕、水密氣密性失效、機械損傷等信息應有及時反饋系統。

3）保障能力。發射箱的可靠性影響，其本身的設計具有根本性作用，但仍不能忽視后期裝備保障及作戰使用時的重要影響，這就要求：

（1）裝備的戰斗力生成最終靠人，在設計階段，就要重視優化人—機工程，以便后期的保障及作戰使用；

（2）操作號手應熟練掌握操作技能，避免人為誤操作造成箱體有機涂層損傷，因為破損率越高，涂層防護能力越弱［15］，加速防護壽命失效；

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

5 結語

未來海軍艦載導彈由于使命任務的變化，長期應對海洋環境是歷史發展趨勢，這就需要我們提高對箱彈整體環境適應性的重視程度，加強在論證、設計、研制過程中針對環境因子的具體技術指標要求。本文通過對海軍艦載導彈服役環境因子分析，結合艦載導彈保障任務流程與實際情況，明確了影響箱彈可靠性的最重要因子是溫度、濕度等，并提出了提高發射箱防護技術的重要性與方向。為后續具體技術革新、重視海軍艦載導彈發射箱應對溫濕度環境影響因子提供借鑒。