南海大氣環境對戰術導彈結構可靠性的影響淺析

孫頡，劉威

?

南海大氣環境對戰術導彈結構可靠性的影響淺析

孫頡1，劉威2

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

針對海上部署的戰術導彈使用環境條件，分析了南海典型大氣環境特點，主要包括高溫、高濕度、高鹽霧、強光照等，以及這些主要環境因素對典型戰術導彈結構的作用效應和破壞模式，重點研究了南海大氣環境導致腐蝕等對于結構可靠性的影響。最后，根據戰術導彈結構的選用材料、結構形式等特點，提出了采取合理結構設計、選用耐腐蝕材料、采取表面處理防護技術、采取腐蝕檢測/監測技術、建立數據庫等措施建議，以期對提高南海地區導彈裝備結構可靠性/耐久性提供參考。

南海；大氣環境；導彈結構；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，我國海軍裝備發展的重點就是具備封鎖與反封鎖和進入二島鏈作戰的能力，具備一定的中遠海作戰能力，以保護我國海上交通線的安全，保護海洋權益不受侵犯[1]。艦（船）載導彈（含艦載機掛載）已經成為守衛海上和平的核心打擊武器。南海地理位置特殊，海域廣，而且環境條件在我國海域中最為嚴酷，大氣腐蝕性明顯，在南海大氣環境條件下產品極易發生腐蝕。環境腐蝕往往隨時間延長而加劇，普遍會造成結構（特別是金屬結構）性能下降，提前發生失效，從而對導彈結構的可靠性產生極大影響，會嚴重影響裝備的服役壽命，不僅增加維修、保障工作量，帶來經濟損失，還會嚴重影響武器作戰能力，甚至釀成災難性后果。

文中以典型戰術導彈（艦/船載導彈）為對象，研究了南海典型海洋大氣環境對導彈結構可靠性的影響，并有針對性地提出應對方法，以便在結構設計、使用及維護過程中提前采取有效措施，盡可能減少腐蝕性環境對導彈裝備質量特性的影響，提升戰斗力。

1 南海典型大氣環境主要特點

南海大氣環境狀況復雜、條件極為惡劣。對導彈結構可能產生不利影響的主要環境因素包括：高溫、高濕、高鹽霧、強光照、霉菌、大風、大雨等。根據工程經驗及研究分析，影響導彈結構可靠性的核心因素有高溫、高濕、高鹽霧和強光照（簡稱“四高”）[2]。

南海大氣環境的最大特點之一就是高溫、高濕，并且持續時間長，出現頻率高。根據數據統計，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]。如果導彈隨艦（船）艇在熱帶（或夏季）執行任務，或遇到海洋暖流，那么高溫、高濕情況就更嚴重。

南海大氣環境的另一大特點就是高鹽霧。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，過程錯綜復雜[4]。鹽霧的顆粒質量通常在10-11~10-5mg之間，其粒徑大部分在20 μm以下，90%以上小于5 μm。微細鹽霧粒滴在隨氣流運動擴散飄向陸地的過程中，隨著水分的蒸發，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晶兩種形態，其構成平衡狀態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 南海典型大氣環境對導彈結構可靠性的主要影響

南海大氣環境中“四高”因素對導彈裝備，特別是露天存放和機載導彈戰備值班及訓練、演習等露天使用的導彈帶來極為不利的影響。主要是產生強腐蝕環境，導致結構材料發生腐蝕而降低結構可靠性，縮短其壽命。主要影響如見表1。

表1 南海典型大氣環境對導彈結構的影響

2.1 高溫和高濕的影響

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

2.2 高鹽霧的影響

鹽霧對結構的影響主要在于加快腐蝕，通過腐蝕導致結構性能降低、提前失效。研究發現，鹽霧腐蝕與空氣相對濕度成正相關，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，對于導彈結構，大氣中干的鹽粒對系統的腐蝕影響小，遇到大雨或高濕環境，鹽粒溶解于水，呈離子狀態，具有導電性，會引起電化學反應類腐蝕，破壞結構。

2.3 強太陽輻照的影響

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

3 工作建議

目前，戰術導彈結構常用的材料包括鋁合金、合金鋼、鈦合金、復合材料（比如玻璃鋼）等，由于受到性能、使用等要求約束，結構一般比較緊湊，并且多分為艙段式連接，結構開蓋較少，彈艙內設備安裝緊密。如果艙內形成腐蝕環境，很難及時發現并消除，腐蝕初期對結構的影響也很難及時檢查到。因此，預防腐蝕、抑制腐蝕是提高導彈結構可靠性的重要工作。

針對南海大氣環境對導彈裝備結構可靠性的不利影響，可以從設計、選材、防護、檢測等方面采取措施，盡可能減少造成結構腐蝕的條件。同時提高產品自身防腐性能以及腐蝕檢測/監測能力，保證導彈結構的可靠性和壽命滿足南海使用需求。

1）采取合理結構設計。結構設計時，考慮采用合理的形式和要求，要重點關注裝配設計、連接設計，避免造成容易發生腐蝕的小環境。如盡量避免小孔、縫隙和積水結構；結構焊縫必須完整、勻稱和適當修平；盡量避免不同類型的金屬接觸，以防止電化學腐蝕；異種金屬的配合面應有效隔離；加強密封設計，將金屬與大氣隔絕等等。

2）選用耐腐蝕材料。在滿足結構性能的前提下，綜合考慮經濟性等因素，對于關鍵結構，特別在結構連接等容易發生腐蝕的部位可選擇耐腐蝕的材料（比如鈦合金等），從本質上提高結構防腐蝕能力。

3）采取表面處理防護技術。通過對結構采取合適的表面處理，可有效隔絕鹽霧和潮濕性氣體與結構表面的直接接觸，減少或延遲腐蝕發生。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]，可以根據不同材料、結構以及實際環境等需求，選用合適的表面處理方式。

4）采取腐蝕檢測/監測技術。可通過超聲、渦流、漏磁、紅外圖像等無損檢測手段，定期（可結合定檢、訓練等任務）對導彈結構進行表面檢查[10-11]。特別對于導彈戰備值班結束，近庫房貯存之前，必須進行檢測。對于關鍵部位以及從外表很難檢查的部位，可采用在線自動監測等手段，及時發現腐蝕隱患以及發展速度、趨勢，提前進行防護處理，避免腐蝕繼續加劇，導致嚴重后果。

5）建立數據庫。建立導彈裝備結構防腐信息庫，包含常用的不同材料、結構的防腐設計信息（設計準則、具體設計措施、結構設計方法等）以及腐蝕數據（工程實際數據、試驗數據）等，并且持續收集，不斷豐富完善，導彈設計信息實現共享，為后續該類導彈結構防腐設計、分析及試驗等工作提供支持。

4 結語

海洋大氣環境腐蝕是制約南海地區導彈裝備結構可靠性/耐久性水平以及作戰能力提升的重要問題之一，需要高度關注和長期不懈的努力去解決。只要清楚了解導致腐蝕的原因，從結構設計、選材、防護和檢測（監測）等多方面同時加強控制，這類問題就會逐步得到完善解決。

[1] 方書甲. 海洋環境對海軍裝備性能的影響分析[J]. 艦船科學技術, 2004, 26(2): 5-10.

[2] 陳光章, 郭為民, 王偉偉. 海洋環境結構材料腐蝕與防護現況[C]// 第六屆中國腐蝕年會論文集. 北京: 中國腐蝕與防護學會, 2011.

[3] 吳紅光, 董洪遠, 齊強, 等. 艦載武器裝備海洋環境適應性研究[J]. 海軍航空工程學院學報, 2007, 22(1): 161-165.

[4] 閆杰, 何俊, 黃創綿, 等. 海洋裝備用電纜南海海洋環境加速試驗研究[J]. 環境技術, 2017, 35(2):7-10.

[5] 穆山, 李軍念, 王玲. 海洋大氣環境電子設備腐蝕控制技術[J]. 裝備環境工程, 2012, 9(4): 59-63.

[6] 張丹峰, 譚曉明, 陳躍良. 海洋環境下飛機結構腐蝕疲勞研究現狀[J]. 裝備環境工程, 2009, 6(2): 5-8.

[7] 廖國棟. 南海環境對裝備常用材料及防護工藝的影響分析[C]// 中國航空學會可靠性工程專業委員會第十屆學術年會論文集. 北京: 國防工業出版社2006.

[8] 侯保榮. 海洋環境中的腐蝕問題[J]. 世界科技研究與發展, 20(4): 72-76.

[9] 曹立榮, 佟文清. 電子裝備南海環境適應性改進設計研究[J]. 環境技術, 2013(6): 21-24.

[10] 張煒強, 秦立高, 李飛. 腐蝕監測——檢測技術[J]. 腐蝕科學與防護技術, 2009, 21 (5): 477-479.

[11] 侯保榮. 海洋環境腐蝕規律及控制技術[J]. 科學與管理, 2004(5): 7-8.

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。