南海大氣環(huán)境對戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可靠性的影響淺析

孫頡，劉威

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南海大氣環(huán)境對戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可靠性的影響淺析

孫頡1，劉威2

（1.北京機(jī)電工程研究所，北京 100074；2.陜西科技大學(xué)，西安 710021）

針對海上部署的戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈使用環(huán)境條件，分析了南海典型大氣環(huán)境特點(diǎn)，主要包括高溫、高濕度、高鹽霧、強(qiáng)光照等，以及這些主要環(huán)境因素對典型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的作用效應(yīng)和破壞模式，重點(diǎn)研究了南海大氣環(huán)境導(dǎo)致腐蝕等對于結(jié)構(gòu)可靠性的影響。最后，根據(jù)戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的選用材料、結(jié)構(gòu)形式等特點(diǎn)，提出了采取合理結(jié)構(gòu)設(shè)計、選用耐腐蝕材料、采取表面處理防護(hù)技術(shù)、采取腐蝕檢測/監(jiān)測技術(shù)、建立數(shù)據(jù)庫等措施建議，以期對提高南海地區(qū)導(dǎo)彈裝備結(jié)構(gòu)可靠性/耐久性提供參考。

南海；大氣環(huán)境；導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)；可靠性；腐蝕

近年來，海上威脅逐漸成為我國安全威脅的主要方面，我國海軍裝備發(fā)展的重點(diǎn)就是具備封鎖與反封鎖和進(jìn)入二島鏈作戰(zhàn)的能力，具備一定的中遠(yuǎn)海作戰(zhàn)能力，以保護(hù)我國海上交通線的安全，保護(hù)海洋權(quán)益不受侵犯[1]。艦（船）載導(dǎo)彈（含艦載機(jī)掛載）已經(jīng)成為守衛(wèi)海上和平的核心打擊武器。南海地理位置特殊，海域廣，而且環(huán)境條件在我國海域中最為嚴(yán)酷，大氣腐蝕性明顯，在南海大氣環(huán)境條件下產(chǎn)品極易發(fā)生腐蝕。環(huán)境腐蝕往往隨時間延長而加劇，普遍會造成結(jié)構(gòu)（特別是金屬結(jié)構(gòu)）性能下降，提前發(fā)生失效，從而對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的可靠性產(chǎn)生極大影響，會嚴(yán)重影響裝備的服役壽命，不僅增加維修、保障工作量，帶來經(jīng)濟(jì)損失，還會嚴(yán)重影響武器作戰(zhàn)能力，甚至釀成災(zāi)難性后果。

文中以典型戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈（艦/船載導(dǎo)彈）為對象，研究了南海典型海洋大氣環(huán)境對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可靠性的影響，并有針對性地提出應(yīng)對方法，以便在結(jié)構(gòu)設(shè)計、使用及維護(hù)過程中提前采取有效措施，盡可能減少腐蝕性環(huán)境對導(dǎo)彈裝備質(zhì)量特性的影響，提升戰(zhàn)斗力。

1 南海典型大氣環(huán)境主要特點(diǎn)

南海大氣環(huán)境狀況復(fù)雜、條件極為惡劣。對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可能產(chǎn)生不利影響的主要環(huán)境因素包括：高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)光照、霉菌、大風(fēng)、大雨等。根據(jù)工程經(jīng)驗及研究分析，影響導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可靠性的核心因素有高溫、高濕、高鹽霧和強(qiáng)光照（簡稱“四高”）[2]。

南海大氣環(huán)境的最大特點(diǎn)之一就是高溫、高濕，并且持續(xù)時間長，出現(xiàn)頻率高。根據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，南海日平均溫度約24 ℃，一年中超過160天平均溫度大于30 ℃，年均降雨量為2044.5 mm，年均相對濕度約85%[3]。如果導(dǎo)彈隨艦（船）艇在熱帶（或夏季）執(zhí)行任務(wù)，或遇到海洋暖流，那么高溫、高濕情況就更嚴(yán)重。

南海大氣環(huán)境的另一大特點(diǎn)就是高鹽霧。海洋中的激浪及波浪沖擊巖岸時，使飛濺的水沫成為懸浮的氯化物液體微粒，即鹽霧，空氣中的鹽霧隨著氣象要素的變化而波動，過程錯綜復(fù)雜[4]。鹽霧的顆粒質(zhì)量通常在10-11~10-5mg之間，其粒徑大部分在20 μm以下，90%以上小于5 μm。微細(xì)鹽霧粒滴在隨氣流運(yùn)動擴(kuò)散飄向陸地的過程中，隨著水分的蒸發(fā)，大液滴逐步縮為小液滴，有些甚至形成干鹽粒。因此，鹽霧有溶液涓滴和固體結(jié)晶兩種形態(tài)，其構(gòu)成平衡狀態(tài)的近似臨界相對濕度約為76%[5]。南海年均鹽霧濃度為0.1275 mg/m3，高于我國其他海域。

另外，南海太陽輻照強(qiáng)度大、時間長。南海年均太陽輻射總量為4664.13 MJ/m2，高于黃海（4498.02 MJ/m2）和東海（4353.28 MJ/m2）[3]。

2 南海典型大氣環(huán)境對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可靠性的主要影響

南海大氣環(huán)境中“四高”因素對導(dǎo)彈裝備，特別是露天存放和機(jī)載導(dǎo)彈戰(zhàn)備值班及訓(xùn)練、演習(xí)等露天使用的導(dǎo)彈帶來極為不利的影響。主要是產(chǎn)生強(qiáng)腐蝕環(huán)境，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)材料發(fā)生腐蝕而降低結(jié)構(gòu)可靠性，縮短其壽命。主要影響如見表1。

表1 南海典型大氣環(huán)境對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的影響

2.1 高溫和高濕的影響

高溫會導(dǎo)致結(jié)構(gòu)老化、性能發(fā)生變化，但針對南海的實際情況，短時間單純溫度因素對結(jié)構(gòu)還不會產(chǎn)生顯著影響。高濕則會導(dǎo)致材料吸收潮氣，會加速腐蝕發(fā)生。在高溫和高濕綜合作用條件下，特別是持續(xù)作用時間長，則會導(dǎo)致系統(tǒng)絕緣受潮，以及金屬外觀變化、性能降低等速度加快，促進(jìn)腐蝕發(fā)生[6]，會加速結(jié)構(gòu)失效，大大降低可靠性。

2.2 高鹽霧的影響

鹽霧對結(jié)構(gòu)的影響主要在于加快腐蝕，通過腐蝕導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能降低、提前失效。研究發(fā)現(xiàn)，鹽霧腐蝕與空氣相對濕度成正相關(guān)，大氣相對濕度從60%升高為80%，鋼鐵的腐蝕速率會升高1~2.5倍[7]。因此，對于導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)，大氣中干的鹽粒對系統(tǒng)的腐蝕影響小，遇到大雨或高濕環(huán)境，鹽粒溶解于水，呈離子狀態(tài)，具有導(dǎo)電性，會引起電化學(xué)反應(yīng)類腐蝕，破壞結(jié)構(gòu)。

2.3 強(qiáng)太陽輻照的影響

強(qiáng)太陽輻照，含有強(qiáng)烈的紫外線，會導(dǎo)致高溫，產(chǎn)生熱梯度，長期作用會導(dǎo)致不同材料和部件膨脹、收縮率不同，產(chǎn)生應(yīng)力[8]。同時導(dǎo)致材料產(chǎn)生光化學(xué)、物理化學(xué)反應(yīng)，致使材料脆化、特性變化，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)性能下降，可靠性降低。特別是強(qiáng)太陽輻射與高濕環(huán)境綜合作用下，會加速高分子材料老化速度，使光學(xué)玻璃降低透明度，涂料退色，橡膠制品逐漸喪失彈性，塑料制品變形開裂等，對于導(dǎo)彈裝備復(fù)合材料結(jié)構(gòu)的破壞作用尤為突出。

3 工作建議

目前，戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)常用的材料包括鋁合金、合金鋼、鈦合金、復(fù)合材料（比如玻璃鋼）等，由于受到性能、使用等要求約束，結(jié)構(gòu)一般比較緊湊，并且多分為艙段式連接，結(jié)構(gòu)開蓋較少，彈艙內(nèi)設(shè)備安裝緊密。如果艙內(nèi)形成腐蝕環(huán)境，很難及時發(fā)現(xiàn)并消除，腐蝕初期對結(jié)構(gòu)的影響也很難及時檢查到。因此，預(yù)防腐蝕、抑制腐蝕是提高導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)可靠性的重要工作。

針對南海大氣環(huán)境對導(dǎo)彈裝備結(jié)構(gòu)可靠性的不利影響，可以從設(shè)計、選材、防護(hù)、檢測等方面采取措施，盡可能減少造成結(jié)構(gòu)腐蝕的條件。同時提高產(chǎn)品自身防腐性能以及腐蝕檢測/監(jiān)測能力，保證導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)的可靠性和壽命滿足南海使用需求。

1）采取合理結(jié)構(gòu)設(shè)計。結(jié)構(gòu)設(shè)計時，考慮采用合理的形式和要求，要重點(diǎn)關(guān)注裝配設(shè)計、連接設(shè)計，避免造成容易發(fā)生腐蝕的小環(huán)境。如盡量避免小孔、縫隙和積水結(jié)構(gòu)；結(jié)構(gòu)焊縫必須完整、勻稱和適當(dāng)修平；盡量避免不同類型的金屬接觸，以防止電化學(xué)腐蝕；異種金屬的配合面應(yīng)有效隔離；加強(qiáng)密封設(shè)計，將金屬與大氣隔絕等等。

2）選用耐腐蝕材料。在滿足結(jié)構(gòu)性能的前提下，綜合考慮經(jīng)濟(jì)性等因素，對于關(guān)鍵結(jié)構(gòu)，特別在結(jié)構(gòu)連接等容易發(fā)生腐蝕的部位可選擇耐腐蝕的材料（比如鈦合金等），從本質(zhì)上提高結(jié)構(gòu)防腐蝕能力。

3）采取表面處理防護(hù)技術(shù)。通過對結(jié)構(gòu)采取合適的表面處理，可有效隔絕鹽霧和潮濕性氣體與結(jié)構(gòu)表面的直接接觸，減少或延遲腐蝕發(fā)生。常用的表面處理主要有涂覆、電鍍、熱噴涂、熱浸鍍、表面改性等方式[9]，可以根據(jù)不同材料、結(jié)構(gòu)以及實際環(huán)境等需求，選用合適的表面處理方式。

4）采取腐蝕檢測/監(jiān)測技術(shù)。可通過超聲、渦流、漏磁、紅外圖像等無損檢測手段，定期（可結(jié)合定檢、訓(xùn)練等任務(wù)）對導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)進(jìn)行表面檢查[10-11]。特別對于導(dǎo)彈戰(zhàn)備值班結(jié)束，近庫房貯存之前，必須進(jìn)行檢測。對于關(guān)鍵部位以及從外表很難檢查的部位，可采用在線自動監(jiān)測等手段，及時發(fā)現(xiàn)腐蝕隱患以及發(fā)展速度、趨勢，提前進(jìn)行防護(hù)處理，避免腐蝕繼續(xù)加劇，導(dǎo)致嚴(yán)重后果。

5）建立數(shù)據(jù)庫。建立導(dǎo)彈裝備結(jié)構(gòu)防腐信息庫，包含常用的不同材料、結(jié)構(gòu)的防腐設(shè)計信息（設(shè)計準(zhǔn)則、具體設(shè)計措施、結(jié)構(gòu)設(shè)計方法等）以及腐蝕數(shù)據(jù)（工程實際數(shù)據(jù)、試驗數(shù)據(jù)）等，并且持續(xù)收集，不斷豐富完善，導(dǎo)彈設(shè)計信息實現(xiàn)共享，為后續(xù)該類導(dǎo)彈結(jié)構(gòu)防腐設(shè)計、分析及試驗等工作提供支持。

4 結(jié)語

海洋大氣環(huán)境腐蝕是制約南海地區(qū)導(dǎo)彈裝備結(jié)構(gòu)可靠性/耐久性水平以及作戰(zhàn)能力提升的重要問題之一，需要高度關(guān)注和長期不懈的努力去解決。只要清楚了解導(dǎo)致腐蝕的原因，從結(jié)構(gòu)設(shè)計、選材、防護(hù)和檢測（監(jiān)測）等多方面同時加強(qiáng)控制，這類問題就會逐步得到完善解決。

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Influences of The South China Sea Atmosphere Environment on Structural Reliability of Tactical Missile

SUN Jie1, LIU Wei2

(1. Beijing Mechanical-Electronic Engineering Institute, Beijing 100074, China; 2. Shaanxi University of Science & Technology, Xi'an 710021, China)

Based on the environmental conditions of using tactical missiles on the sea, this paper analyzed the characteristics of the typical atmospheric environment of the South China sea, including high temperature, high humidity, high salt-fog, strong light, etc., and effects and failure modes of main environmental factors on tactical missile structure and typical tactical missile structure. It focused on influences of corrosion in the South China Sea atmosphere environment on structural reliability. Finally, according to materials, structure and other characteristic of the tactical missile structure, it put forward suggestions such as application of reasonable structural design, selection of corrosion resistant material, adaptation of surface treatment of protective technology, corrosion detection/monitoring technology and establishment of database to provide references for improving the structural durability and reliability of missile equipment structure in south China Sea areas.

south China Sea; atmospheric environment; missile structure; reliability; corrosion

10.7643/ issn.1672-9242.2019.04.013

TG760

A

1672-9242(2019)04-0072-04

2018-10-25；

2018-11-28

孫頡（1978—），男，碩士，主要研究方向為飛行器可靠性工程。