內陸濕熱地區機場環境譜編制

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.中國兵器工業第五九研究所，重慶 400039；3.陸軍裝備部裝備技術合作中心，北京 100039；4.陸軍航空兵學院，北京 101121）

飛機（直升機）的地面停放時間約占總使用時間的96%，飛機（直升機）地面停放環境譜（以下簡稱環境譜）是直升機在地面停放期間所經受的氣候、化學、光照、熱環境等各種“因素-時間”歷程，包括環境中影響部附件功能的，對結構產生腐蝕/老化作用的各種環境因素的強度、持續時間、發生頻率以及各種環境因素的組合。環境譜可為直升機疲勞壽命和日歷壽命定壽、延壽，環境耐久性和腐蝕防護設計、改進、故障分析提供使用環境輸入條件和驗證考核條件，其應用貫穿了裝備設計、驗證、使用、維修全過程。

歐美發達國家非常重視環境因素數據的采集工作，通過覆蓋全球的眾多站點的持續監測，累積了海量的環境因素數據資源，編制了各種實用性極強的標準、手冊、技術資料，為武器裝備的環境適應性設計、評估、改進以及裝備定壽延壽等提供強有力的指導和基礎數據支撐。如MIL-HDBK-310《軍用產品研制用全球氣候數據》、MIL-STD-810G《環境工程考慮和實驗室試驗》第三部分“世界氣候區指南”、美軍條例AR70-38《軍用裝備在嚴酷氣候條件下的研究、開發、試驗以及評估》、Defence Standard 00-35《國防裝備環境手冊》第四部分“自然環境”、國際電工委員會標準IEC 60721-2-1《環境條件分類 第2-1 部分 自然環境條件 溫度和濕度》等等。

國內已有多篇文獻報道了環境譜編制方法的研究[1-8]及部分工程應用[9-12]，機場氣象環境因素記錄較全，化學環境因素缺失。因此，文中針對機場環境因素，以氣象環境因素為基礎，以現場測量化學環境因素為補充，開展機場環境因素采集和機場環境譜編制工作。

1 內陸濕熱地區環境因素數據監測項目

影響飛機（直升機）日歷壽命的地面主要環境因素分為氣象環境因素和化學環境因素。雖然影響結構材料腐蝕/老化的環境因素很多，但就某一特定區域而言，可能只是其中幾種環境因素在起主導作用。根據編制直升機地面停放環境譜的需要，內陸濕熱環境下對直升機結構腐蝕/老化影響較為顯著的氣象環境因素主要有溫度、濕度、降水（降雨量和降雨時數）、太陽輻射（日照時數、太陽總輻射、紫外輻射）等氣象環境因素；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（直升機）發動機運轉時排放的尾氣中常含有較多的氮氧化物，可能導致部隊駐地大氣環境中的氮氧化物含量較周圍其他地區偏高，應重點持續監測機場駐地大氣中氮氧化物NOx的量值。

2 內陸濕熱地區環境因素數據采集方案

外場戶外環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、降雨量、降雨時數等環境因素數據由便攜式自動氣象站持續自動監測，數據通常以平均值或累積值的形式每1 h 采集記錄1 次，采集內容見表1，自動氣象站如圖1 所示。機庫內的溫度和濕度由便攜式溫濕度傳感器持續自動監測，數據以平均值的形式每30 min 采集記錄1 次。

表1 機場外場氣象環境因素監測項目與采集頻率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》執行。

雨水在露天空曠的場地采集。NOx、鹽霧（氯離子）、SO2等環境因素在不直接接觸雨水、通風又良好的地方采集；NOx、鹽霧（氯離子）、SO2等環境因素的監測采用連續采樣法開展——利用掛片器在規定時間內（通常為一個月）進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》執行，NOx、鹽霧（氯離子）、SO2沉積率的采樣參照GJB 8894.1—2017《自然環境因素測定方法 第1 部分：大氣環境因素》執行。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》執行。NOx、鹽霧（氯離子）、SO2沉積率的測定按照GJB 8894.1—2017《自然環境因素測定方法 第1 部分：大氣環境因素》執行。雨水的測定按照GB/T 13580.6《大氣降水中硫酸鹽測定》執行。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》執行。

表2 機場外場戶外大氣污染物監測項目與采集頻率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境因素數據和人工采集獲取的大氣污染物環境因素數據，對環境因素原始數據進行了詳盡的統計分析，形成相應的月報表（見表3）、年報表等，為內陸濕熱地區機場環境譜編制提供基礎數據。

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

以機場近幾年的氣象環境因素統計數據為基礎，月、年為單位，分析統計太陽輻射、溫度、濕度等環境要素的強度、持續時間、發生頻率以及時間比例，形成各單項環境要素月譜和年譜，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）、污染介質譜等，然后對單項環境要素譜進行歸并處理，形成機場綜合自然環境譜（見表10）。

表4 機場溫度譜Tab.4 Airport temperature spectrum

表5 機場相對濕度譜Tab.5 Airport humidity spectrum

表6 機場太陽輻射譜Tab.6 Airport solar radiation spectrum

表7 機場降水譜Tab.7 Airport precipitation spectrum

表8 機場酸雨譜Tab.8 Airport acid rain spectrum

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

表10 機場綜合自然環境譜Tab.10 Airport comprehensive natural environment spectrum

4 機場地區整體環境特征分析

1）機場實測數據與同地區常年數據對比分析。機場駐地外場實測數據與同地區城市氣象站2004—2015 年數據對比，在年平均溫度、年平均相對濕度、年太陽總輻射、年日照時數、年降水總量等主要氣象因素數據方面，量值上無顯著差異。由于大氣污染物數據的采集較為復雜，文獻資料中公布城市相關數據極少，無法開展比較。

2）基于溫濕度數據的氣候類型分析。GB/T 4797.1—2005《電工電子產品自然環境條件 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對不同氣候類型進行了劃分。參照該標準，機場駐地外場實測溫濕度數據表明：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，機場駐地所處區域氣候環境具有內陸濕熱環境特點。

3）機場大氣腐蝕性分類。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。參照該標準，機場實測數據表明（見表10）：機場所處環境大氣腐蝕性等級為C3 級（腐蝕性中等），見表11。

5 結論

1）分析了影響飛機（直升機）日歷壽命的地面主要環境因素，確定了內陸濕熱地區環境因素數據監測項目。

表11 機場大氣腐蝕性等級Tab.11 Airport atmospheric corrosion level

2）開展了機場環境因素實測，針對環境因素進行數據統計，形成月報表。分析統計太陽輻射、溫度、濕度等環境要素的強度、持續時間、發生頻率以及時間比例，形成各單項環境要素月譜和年譜。然后對單項環境要素譜進行歸并處理，形成機場綜合自然環境譜。

3）機場環境均具有典型的內陸濕熱地區非工業環境特點，大氣腐蝕性等級中等（C3 級）。

4）NOx沉積率在機場大氣污染物中占比高。

5）量化了內陸濕熱地區服役直升機面臨的使用環境，為內陸濕熱地區直升機環境適應性考核驗證和腐蝕防護設計提供了依據。