空空導彈工作溫度分析

張艷輝，史明麗

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

空空導彈工作溫度分析

張艷輝，史明麗

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

目的分析空空導彈高低溫工作溫度的考核要求。方法基于空空導彈的特點，給出其壽命期內預期經歷的高低溫工作環境，并對在這些環境下遭遇的極端溫度進行分析。結果以空空導彈掛裝某兩型載機為例，綜合考慮了壽命期內各階段工作環境，給出了高低溫工作溫度的確定方法以及考核建議。結論由于各型號空空導彈的部署區域和掛裝載機不同，文中提供的高低溫工作溫度參考值并不能覆蓋所有型號的空空導彈，仍需具體問題具體分析，以獲得相對準確的工作溫度，對其環境適應性做出合理評價。

空空導彈；高低溫；工作溫度

自從20世紀40年代空空導彈問世以來，在空戰中起著越來越重要的作用。隨著戰爭需求的變化和科學技術突飛猛進的發展，空空導彈部署區域已由傳統的陸地拓展到海洋，掛裝載機的性能也在不斷提高。這樣，空空導彈所經受的環境也較以往更為復雜和嚴酷，因此對其環境適應性的要求也越來越高。

據統計，在由環境影響造成的產品故障中，溫度故障大約占40%，可見，溫度應力造成的產品故障是很多的[1]。因此，為了保證產品能適應未來壽命期環境，溫度試驗是產品研制定型和批生產階段用得最多的、最廣泛的試驗，同時也是最重要的試驗。溫度試驗一般包括高溫貯存和工作試驗、低溫貯存和工作試驗、溫度沖擊試驗。高低溫貯存試驗和溫度沖擊試驗溫度在GJB 150—86《軍用設備環境試驗方法》相應章節中有明確規定，而高低溫工作試驗溫度暫未有標準或相關資料來統一規定。基于上述原因，文中以空空導彈為例，分別從其在陸地部署和海洋部署兩個角度出發，給出了其壽命周期內的高低溫工作溫度的確定方法和考核建議。

1 空空導彈主要高低溫工作環境

空空導彈是由飛機攜帶，從飛機上發射，攻擊并摧毀空中目標的導彈。飛機起飛前，一般要利用機載火控系統的供電、參數裝訂等實現空空導彈的地面自檢，自檢正常后轉入空中掛機飛行狀態。空中掛機飛行狀態是指空空導彈在掛機飛行條件下，從武器系統準備、載機占位開始到導彈離機時的工作狀態。空空導彈離機后，便轉入自由飛行狀態。可見，空空導彈壽命期內的工作環境主要出現在地面掛機工作、空中掛機飛行工作以及自由飛行等3個狀態[2]。

在自由飛行期間，由于氣動加熱，空空導彈表面溫度非常高，可達450℃左右，但其持續時間較短，一般為10～120 s，而且彈身結構都會采取熱防護措施，短時間內導彈不會達到熱平衡。因此，一般情況下，不把空空導彈自由飛行狀態的高溫工作環境看作溫度環境的一部分，而是把它看作導彈的性能[3]。因此，文中暫不考慮自由飛行期間的溫度環境。

2 空空導彈工作溫度分析

空空導彈工作溫度范圍很寬，極端的溫度環境能引起空空導彈局部尺寸發生改變、導引頭罩和光學引信等破壞、電子部件性能劣化、發動機藥柱產生裂紋、密封部件泄露、零部件和表面涂層破裂、有機材料褪色裂開或出現裂紋、工作壽命縮短等[4—6]。為了保證空空導彈在預期的溫度環境能夠正常工作，必須開展一系列高低溫試驗對其進行考核，以為環境適應性設計提供依據。

試驗溫度是溫度試驗的重要因素，空空導彈工作溫度是指空空導彈能夠正常工作的溫度，超過這一溫度空空導彈將不能完成規定的功能。我國幅員遼闊，氣候條件復雜，而空空導彈部署范圍廣泛，所處自然環境基礎溫度差異較大，空空導彈工作溫度不僅與我國氣候區的工作極值有關，還受平臺微氣候環境的影響，如載體種類和熱源、相鄰設備發熱情況、產品周圍通風和傳熱情況以及產品本身冷卻方式等[7]。以下分別從陸地部署和海洋部署兩個方面對空空導彈工作溫度進行分析。

2.1 陸地部署

在大多數情況下，空空導彈是從陸地部署到飛機，然后由飛機攜帶在空中執行任務。陸地部署空空導彈工作環境包括了地面掛機工作狀態和空中掛機飛行工作狀態，因此工作溫度按地面掛機工作溫度和空中掛機飛行工作溫度進行分析。

2.1.1地面掛機

高低溫工作溫度通常采用時間風險率工作極值，而工作極值是依據極端地區極端月內逐時（或逐次）測得的數據和時間風險率確定的值。中國范圍和世界范圍的地面高低溫工作極值以及出現地點見表 1[8—9]。

表1 地面高低溫工作極值Table 1 The extreme values of high and low operating temperature on ground℃

中國范圍的地面高低溫工作溫度通常均選取1%的時間風險率極值[8]。世界范圍的地面高溫工作溫度一般取1%的時間風險率極值，地面低溫工作溫度一般取20%的時間風險率極值[9]，即中國范圍和世界范圍的高溫工作極值分別為45.5℃和49℃，低溫工作極值分別為-48.8℃和-51℃。地面高低溫工作極值是從距地面1.5 m高度處百葉箱中溫度表測量的大氣溫度，但由于空空導彈地面掛機工作狀態下直接暴露于大氣環境中，高溫極值出現的同時還會經受強烈的太陽輻射，這樣，空空導彈工作環境溫度要比高溫工作極值要高。我國在20世紀70年代對飛機進行溫度實測的數據表明，處于陽光直接照射下的飛機，其周圍的溫度要高于高溫工作極值15～20℃[10—11]。空空導彈主要掛裝在飛機機翼下使用，因此，空空導彈在中國范圍地面掛機高溫工作溫度范圍為60.5～65.5℃。世界范圍的高溫極值條件下，附加太陽輻射環境的影響后，GJB 150.3A—2009中規定此時的誘發溫度為71℃[5]。因此，空空導彈在世界范圍地面掛機高溫工作溫度為71℃。低溫極值條件下，黑夜很長，太陽輻射可以忽略不計，溫度在一天24 h保持不變，有充足的時間建立溫度平衡，這樣，誘發溫度和低溫極值基本相同。因此，中國范圍和世界范圍的地面掛機低溫工作溫度分別為-48.8℃和-51℃。

2.1.2空中掛機飛行

空空導彈空中溫度環境是由載機飛行引起的誘發環境，它與載機飛行任務剖面緊密相關。空中掛機工作溫度可根據載機典型任務剖面數據和式（1）計算確定：

式中：Tr為導彈表面恢復溫度，K；TE為大氣溫度，K；V為飛行馬赫數，Ma。

空中氣溫均取1%的時間風險率極值[8—9]，分別查閱GJB 1172.12—91《軍用設備氣候極值 空中氣溫》和MIL-STD-210C，得到相應高度下中國范圍和世界范圍的溫度極值。現以空空導彈掛裝某兩型載機為例，依據式（1）進行空中掛機飛行工作狀態下的導彈表面恢復溫度計算，計算結果見表2。

表2 典型飛行參數下的導彈表面恢復溫度Table 2 The recovery temperature on missile surface under typical flight parameters

由表2可知，彈體表面的恢復溫度在絕大多數飛行時間內高溫不高于70℃，僅有極少數飛行時間內超過70℃，主要發生在低空高速飛行和高空超音速飛行狀態，且每次飛行持續時間較短（一般不超過5 min）。溫度的影響主要取決于它的持續時間，大多數空空導彈的加熱時間常數在1～2 h之間[3]，故彈體表面的高溫很難在短時間內傳遞到彈內并達到熱平衡，人們常常把這種短時高溫環境由掛飛氣動加熱試驗單獨考核。彈體表面的低溫恢復溫度按中國范圍的溫度極值計算，一般不低于-45℃。在相同飛行參數下，按世界范圍的溫度極值計算得到的彈體表面的低溫恢復溫度要更低，可達-51.3℃，且持續一定時間。考慮到空空導彈全球部署的可能性，需對空空導彈在該溫度下的環境適應性進行考核。

結合陸地部署空空導彈地面掛機工作溫度和空中掛機飛行工作溫度分析結果，掛裝該兩型載機的空空導彈高溫工作溫度建議圓整化為70℃，低溫工作溫度建議圓整化為50℃。

2.2 海洋部署

我國第一艘航母——遼寧艦已經交付部隊使用，這對我海軍維護海洋主權、保護航道自由等均有重大意義。航母之所以成為艦艇編隊最核心的作戰力量，主要依賴于其特有的武器裝備——艦載機，空空導彈正是艦載機升空后奪取制空權和進行遠程打擊的關鍵，可以說空空導彈的列裝對航母至關重要。

我國海洋邊界線漫長、海域遼闊，海洋環境條件復雜多變，空空導彈隨航母在海洋航行、訓練和執行作戰任務時所遇到的海洋環境十分惡劣。溫度是空空導彈隨航母服役時首先必須面對的一項環境因素，如果航母在熱帶（或夏季）航行、或遇到海洋暖流時，空空導彈會遇到高溫環境。如果航母在冬季航行，尤其是在高緯度海域航行時，空空導彈會遇到低溫環境[12—13]。

海洋部署空空導彈工作環境包括艦面掛機工作和空中掛機飛行，但空中掛機飛行時所遇到的溫度環境與陸地部署空空導彈基本相同，這里不再分析，而僅對艦面掛機工作狀態下的工作環境進行分析。

GJB 1060.2—91《艦船環境條件要求氣候環境》中規定，艦船露天部位設備高溫工作溫度按1%風險率取值，低溫工作溫度按5%風險率取值。這樣，海面環境高溫工作極值則為48℃，但由于空空導彈艦面掛機工作狀態下直接暴露于大氣環境中，則應在高溫工作極值的基礎上再加上1110 W/m2太陽輻射熱產生的溫升（相當于17℃），則高溫工作溫度為65℃。對于低溫，非極區航行的艦船露天部位設備低溫工作極值按5%風險率取值為-28℃，極區航行的艦船露天部位設備低溫工作極值為-54℃，但我國航母在極區航行的可能性極小，故該環境可暫不考慮。《英國國防裝備環境手冊》中規定全球比較寒冷的海洋地區的誘發溫度最低為-34℃，故低溫工作按-35℃考核即可滿足海洋低溫環境要求[14—15]。

綜上所述，海洋部署空空導彈高低溫工作環境較陸地部署空空導彈溫和，高溫工作溫度取65℃，低溫工作溫度取-35℃即可滿足航母服役要求。

3 結語

文中基于地面（或海洋）極端溫度環境和空中典型飛行參數進行分析，給出了空空導彈高低溫工作溫度的確定方法，并提供了適應文中兩型載機的高低溫工作溫度參考值，即高溫為70℃和低溫為-50℃。事實上，我國空空導彈型號多樣，各個型號的空空導彈由于部署區域、掛裝載機的不同，所遇到的溫度環境也是千差萬別的。這就需要具體問題具體分析，以獲得相對準確的工作溫度，對其環境適應性做出合理評價。

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[14]GJB 1060.2—91，艦船環境條件要求氣候環境[S].GJB 1060.2—91，The General Requirement for Environmental Condition of Naval Ships Climate[S].

[15]QRMS-09，英國國防部標準國防裝備環境手冊第四部分自然環境[S].QRMS-09，Department of Defense Standard Department of Defense Environmental Manual Part 4：Natural Environment[S].

Analysis on Operating Temperature for Air-to-Air Missiles

ZHANG Yan-hui，SHI Ming-li
（China Airborne Missile Academy，Luoyang 471009，China）

ObjectiveTo analyze the assessment requirements of high and low operating temperature for air-to-air missiles.MethodsBased on the characteristics of air-to-air missile,the expected high and low operating environments throughout its life cycle were given,and the extreme temperatures under these environments were analyzed.ResultsA two-type carrier aircraft with air-to-air missile was taken as an example,the operating environments at different stages of the life cycle were comprehensively considered and the determination method as well as assessment suggestions for high and low operating temperature were given.ConclusionAs different air-to-air missiles have different deployment area and carrier aircraft,the reference values of high and low operating temperature given in this paper could not cover all types of air-to-air missiles,so we should make a concrete analysis of each specific question to obtain relatively accurate operating temperature and to reasonably judge the environmental adaptability.

air-to-air missile；high and low temperature；operating temperature

2014-08-31；

2014-12-23

張艷輝（1985—），女，工程師，主要研究方向為機載設備環境工程。

Biography：ZHANG Yan-hui（1985—），Female，Engineer，Research focus：environmental engineering of airborne equipment.

10.7643/issn.1672-9242.2015.02.021

TJ760

A

1672－9242（2015）02－0099-05

2014-08-31；

2014-12-23