温湿度因子对舰载导弹发射箱可靠性的影响分析∗

高 松 滕克难 赵建印 何 凡 刘东杰

（1.海军航空大学 烟台 264001）（2.91115部队 舟山 316000）

1 引言

海军舰载导弹由于其本身的特点，从出厂、贮存保障到上舰使用要经过诸多阶段，如转运、贮存、使用测试、维护保养、训练及作战使用直至导弹报废。每个阶段经历的环境各不相同，这里的环境是指在任一时刻和任一地点产生或遇到自然条件和诱发条件的综合体［1］。环境因子具体内容如图1所示。

这些环境因子通过各因子以单独、组合和综合的方式影响着海军舰载装设备可靠性。海洋环境因子对海军装设备可靠性影响主要有高盐度、高温和高湿环境使舰船装备遭到严重的腐蚀［2］，对舰载机金属构件的腐蚀也有很大的影响［3］，对某型直升机发动机主机寿命同样影响较大［4］等。在严酷的海洋环境因子影响下，还可能会导致舰载导弹结构损坏、功能丧失或性能超差，进而影响其作战效能［5］。

图1 影响海军舰载装设备可靠性的环境因子

以往研究来看，较多关注海洋环境对舰载主战装备可靠性的影响，对发射箱分析不够。实际上，就舰载导弹贮存和使用特点而言，主要是温湿度环境因子直接作用于发射箱，进而间接影响导弹可靠性。

2 海军舰载导弹服役任务剖面

导弹服役任务剖面［6］，是指导弹出厂验收到退役，期间所经历的事件、环境和时序描述。海军舰载导弹服役任务剖面，包含导弹的运输、装卸、贮存、测试、排故、维修、战备值班、发射等事件（如图2）。

图2 海军舰载导弹服役任务剖面及典型服役环境示意图

通过分析服役任务剖面，海军舰载导弹主要有3种典型服役环境，即洞库或技术阵地的贮存环境、转运的运输环境和承担作战执勤的战备值班环境［7］。基于舰载导弹的特点，发射箱一直伴随到导弹发射，可先将舰载导弹与发射箱做一整体进行分析（以下简称箱弹），其服役环境同样为此3种典型服役环境。

3 不同服役环境温湿度影响因子重要性

3.1 贮存环境的影响因子分析

箱弹的贮存环境，按其贮存场所分为洞库贮存、地面库贮存和阵地待用贮存等。洞库、地面库房由于本身建造特点，除温湿度影响外，受其他环境因子影响较少；阵地待用除机动保障外，只有地面库房测试、总装等转运过程中短时间停放，故此贮存环境忽略不计。因此本文贮存环境主要考虑洞库贮存及地面库房贮存两种情况。贮存环境对箱弹产生影响的因子有温度、湿度、霉菌、气压、腐蚀介质等，其中贮存中最重要的环境影响因子为温度和湿度（如表1［7］所示）。

1）湿度对箱弹的影响

表1 实际贮存环境的影响因子

高湿度是影响各类电子设备稳定性和可靠性最严重的因子，箱弹主要是受高相对湿度影响。如箱弹中主要的金属材料铁，在不同湿度的空气中放置55天后，其腐蚀速度与大气相对湿度关系如图3所示［8］。

图3 腐蚀速度与大气相对湿度的关系

显然，相对湿度越高，腐蚀速度越快。相对湿度达80%左右时，腐蚀速度达到最高值。

当温湿度并存时，金属腐蚀物增量C与温湿度之间的关系为

式中：H为大气相对湿度（%）；t为大气温度（℃）。

以海南万宁为例，将多年积累的气象数据带入式（1），得计算结果如表2所示。

可以得出万宁市海区环境内的年平均气温在24.7℃，相对湿度全年高于80%，最高值一般在2月份左右，接近90%［9］。月平均金属腐蚀增量大于55.7，若假设箱弹常年暴露于高温高湿综合作用条件下，腐蚀速度快，增量大，将严重影响箱弹贮存可靠性。

2）温度对箱弹的影响

温度影响引起装备的故障占各种环境因子引起故障的40%［10］。一般认为，非金属材料的老化反应速度V与温度（绝对温度）之间满足如下关系［11］：

式（2）中：A为与材料成分有关的常数；R为大气常数；E为非金属材料的分子活化能；T为绝对温度。式（2）表明温度越高，其老化速度越快。

表2 金属腐蚀物增量结果数据表

以弹上火工品导火索为例，其贮存寿命与贮存环境中的温湿度有如下关系［12］：

式（3）中：L为导火索的贮存寿命，其单位为年；Y为贮存环境中的年平均温度（℃）；S为贮存环境中的年平均相对湿度（%）

以具有代表性的海南万宁、浙江舟山、山东青岛为例。代入式（3）等到结果见表3。

表3 不同地区导火索贮存寿命数据表

可知，导火索的寿命与温度和湿度都有关系，且温度越高，湿度越大，其寿命越短。青岛地区导火索贮存寿命比瓦宁地区长将近1倍，由此，南海地区更应重视温湿度对箱弹贮存可靠性的影响。

3.2 转运环境的影响因子分析

箱弹转运环境可分为陆运、空运和海运3种方式，实际转运环境所涉及的主要环境因子见表4。

以往多以运输过程中振动、冲击为主要环境影响因子。实际上，转运过程中由于贮存环境与室外环境的湿度本身就有差别，加上环境温度的变化必然会导致湿度的变化，这种温湿度变化规律是相辅相成的［13］，应提高对温湿度可靠性影响的重视。

3.3 上舰值班环境的影响因子分析

由于导弹上舰值班贮存在发射箱中，且当前远洋护航任务（如：索马里、亚丁湾）次多时长，高温高湿环境影响因子对发射箱使用寿命和可靠性有着重大的威胁（如表5）。

几批次返航的发射箱均出现严重锈蚀，这对发射箱本身可靠性及箱弹整体作战效能影响很大。

4 温湿度因子对发射箱影响及对策

4.1 温湿度因子对发射箱影响

箱弹在保障任务流程中，其在洞窟贮存、地面库测试总装时，都有除湿机、空调（洞库基本恒湿恒温）调控温湿度，在贮存时温湿度影响并不显著。温湿度影响箱弹可靠性主要是在洞库转运到库房、库房总装到码头吊装、上舰值班等过程的室外环境下。如图4所示。

发射箱在整个任务流程中都直接受到外界温湿度环境影响，而导弹在测试、总装等技术保障流程中出入箱，此过程所受到的环境影响也是微乎其微，温湿度影响发射箱可靠性是当前舰载导弹突出问题。基于实践调研，温湿度对某系列舰载导弹发射箱可靠性影响主要存在电气、机械、材料使用等方面问题（如表6所示）。

表4 实际转运环境的影响因子

表5 上舰值班环境的影响因子

图4 箱弹保障任务流程示意图

表6 某系列舰载导弹发射箱故障分析表

4.2 发射箱应对温湿度因子防护技术

综合上述不同服役环境温湿度影响因子分析，针对发射箱存在问题，发射箱温湿度防护技术应提起高度重视，主要可以从材料使用，密封技术，保障能力等方面提高。

1）材料使用。针对箱体油漆、密封垫、内部材料等易老化现象，应着重提高材料使用的可靠性。

（1）抗腐蚀材料。为提高箱体应对高湿高温高盐腐蚀环境应力能力，蒙皮复合有机涂层材料的选取至关重要，也是下一步研究的重点方向；

（2）防水材料。可以采用VPF（改性聚乙烯醇）高阻隔复合材料，其具有优异的防潮、防锈、防老化、防静电、电磁屏蔽、伪装等功能［14］；

（3）隔热材料。可选用绝热材料和采用多层复合包装结构设计，最大限度降低外界环境温度对内部“微环境”的影响。对于金属材料的隔热，通常在材料内壁粘贴一层绝热材料，而对于工程塑料和复合材料，可采用夹芯结构或中空结构提高隔热性能。

2）密封技术。密封环境对于提高箱弹可靠性具有重要意义。发射箱在研发设计阶段应实现导弹在寿命期内的免维护标准，需达到的技术水平：

（1）弹上元器件应采取高可靠性的长寿命设计技术，达到免维护导弹本身的技术指标；

（2）完善的发射箱密封技术，应采取有效的密封措施，重点针对电气插头、箱体外螺钉、密封圈（垫）等部件材质可靠性；

（3）采用人工智能发射箱设计技术，对温湿度造成的腐蚀、水密气密性失效、机械损伤等信息应有及时反馈系统。

3）保障能力。发射箱的可靠性影响，其本身的设计具有根本性作用，但仍不能忽视后期装备保障及作战使用时的重要影响，这就要求：

（1）装备的战斗力生成最终靠人，在设计阶段，就要重视优化人—机工程，以便后期的保障及作战使用；

（2）操作号手应熟练掌握操作技能，避免人为误操作造成箱体有机涂层损伤，因为破损率越高，涂层防护能力越弱［15］，加速防护寿命失效；

（3）优化任务保障流程，避免保障流程中对箱体造成损伤，并提高舰上火控战位人员对温湿度腐蚀影响的重视。

5 结语

未来海军舰载导弹由于使命任务的变化，长期应对海洋环境是历史发展趋势，这就需要我们提高对箱弹整体环境适应性的重视程度，加强在论证、设计、研制过程中针对环境因子的具体技术指标要求。本文通过对海军舰载导弹服役环境因子分析，结合舰载导弹保障任务流程与实际情况，明确了影响箱弹可靠性的最重要因子是温度、湿度等，并提出了提高发射箱防护技术的重要性与方向。为后续具体技术革新、重视海军舰载导弹发射箱应对温湿度环境影响因子提供借鉴。