一種艦載有源相控陣雷達天線艙腐蝕控制防護工藝研究

陳小軍，吳琪露，唐文輝

(中國船舶集團有限公司第八研究院，南京 211153)

0 引 言

有源相控陣雷達對傳統雷達和無源相控陣雷達的眾多局限性產生了革命性變革。它可以通過數字波束形成、自適應波束控制和射頻功率管理等先進技術使雷達的功能和特性得到極大的擴展和提升，滿足現代惡劣電磁等環境中的信息戰需要，成為當今雷達發展的重要方向。[1]

艦載雷達要能夠在海洋潮濕、鹽霧、霉菌、結冰、波浪沖擊以及其他海洋氣候條件下正常工作。腐蝕是材料在環境介質的化學、電化學作用以及物理因素協同作用下發生破壞的現象。[2]海用艦載設備常年處于高溫高濕條件下，服役條件較為惡劣，尤其艙室外天線艙等露天設備直接遭受曝曬、雨淋、濕氣、鹽霧及海水等侵蝕，更易產生腐蝕。因此，天線艙的腐蝕控制防護尤為重要。

1 改善設備工作環境的防護設計

該天線艙的組成包括各波段天線面陣與T/R組件、天線艙框架、分電箱，以及本振、時鐘、電源模塊、冷卻管路和環境監測裝置等單元。

天線艙采取整體密封防護設計，天線面陣采取天線罩防護，同時內部設備優先考慮采用環境控制設備對其進行環境防護，環控設備為天線艙內提供較好的工作環境條件。

T/R組件采取液體冷卻方式，通過冷卻輸配管路將冷卻液輸送給天線艙內T/R組件，保證實現良好散熱。

針對天線艙密閉結構特點，環控系統通過通風除濕柜控制天線艙內電子設備所處環境溫濕度，改善了天線艙內設備的工作環境。同時，天線艙框架外部焊接有薄鋁板蒙皮，內部均勻敷設有阻燃保溫膠板。圖1為天線艙冷卻管路及送回風示意圖。

圖1 天線艙管路及送回風三維示意圖

通風除濕柜將處理后的冷卻空氣送入天線艙，對天線艙降溫除濕，同時回風又將天線艙熱量帶回通風除濕柜進行溫濕度處理。按照工作狀態對天線艙內空氣流場、溫度場進行仿真分析，其結果如圖2、圖3。

圖2 天線艙內流場分布

圖3 天線艙工作狀態下溫度場分布

根據仿真結果，天線艙工作時在面陣組件附近溫度最高不超過45 ℃。通風除濕柜能夠較好地保證天線艙內良好的溫濕度環境，使天線面陣始終處于良好的工作環境。

2 耐環境設計的具體措施

2.1 材料選擇

天線艙框架采用高強度耐腐蝕鋁合金材料焊接而成。緊固件選用不銹鋼，且用密封膠或油脂再次密封防護。與冷卻液接觸的管路、閥門以及儲水箱等零部件的材料均使用不銹鋼。與海水接觸的管路采用B30材質，而閥門及過濾器等零部件的材料采用白銅材質。轉臺選用鈦合金。

2.2 電纜及接插件防護措施

天線艙內的插頭、插座選用了耐鹽霧性能好的防水密封型的電纜接插件，直接外露接地防波套用熱縮套管防護。為防止鹽霧侵蝕，所有電纜與插頭連接處外加保護套進行二次防護。

2.3 異種金屬安裝處理

由于轉臺中轉盤用的鈦合金和天線艙框架的鋁合金屬于異種金屬安裝，會產生電位差加速材料的腐蝕速率。為提高防腐蝕性能，在轉盤和天線艙框架中間增加微弧氧化防護。天線艙框架由于尺寸較大，而微弧氧化面積較小，從經濟性、可操作性和局部保護難易程度來考慮對轉盤的安裝面進行微弧氧化表面處理。

3 密封設計

為提高天線的環境適應能力，各天線面陣采用天線罩防護，為天線陣列提供防水、密閉工作環境，同時不影響天線工作。

天線艙框架采用鋁材氬弧焊拼焊成形，型材間用榫頭槽形式相互定位連接。天線艙頂部和內部設計基準平臺，用于檢測水平度和標校時安放校驗儀器。

天線艙底部及頂部均設計有出入艙門，如圖4所示。

圖4 天線艙主體結構示意圖

天線艙的密封性設計主要考慮天線罩與天線框架的安裝面以及天線艙出入艙門的密封性設計，阻擋潮氣、雨水的滲入，為罩內設備提供一個良好的環境。

對于天線艙內T/R組件、電源組件等功能模塊單元，采用全密閉的結構方式，蓋板與盒體的接觸部位裝有導電密封條，面板的接插件和連接器全部選用防水密形式，采用微組裝工藝的模塊采用氣密性封裝工藝保證各功能單元的密封性設計效果。

為保證天線罩安裝后的整體密封性，天線艙框架上設計了止水臺階和密封槽，在天線罩和天線艙框架之間安裝相應的航空橡膠繩，緊固螺栓沿幾何中心對稱擰緊并規定緊固力矩，緊固后螺栓安裝面及接縫處均勻封膠處理。天線罩連接示意圖如圖5所示。圖6為加裝天線罩后全密閉的天線艙外形示意圖。

圖5 天線罩連接示意圖

圖6 天線艙外形示意圖

4 腐蝕控制防護體系

為提高天線艙海用氣候環境適應能力和工作可靠性，從工藝設計上采取了全面的防護措施：

(1) 對雷達天線艙等暴露在艙外零部件的涂覆根據不同的材料分別配套相應的重防腐涂層體系，面漆采用具有優異耐候性能的氟碳漆；

(2) 對所有指示面板、裝飾面板都進行了貼膜保護，防止面板在裝配、調試、試驗過程中因碰撞而損壞和污染表面，提高了產品的表面質量和外觀形象；

(3) 天線面陣中的輻射單元涂覆低損耗涂料進行防護。天線艙內各模塊、功能單元等在調試合格并經清潔、烘干、接插部位防護等處理后噴涂聚氨脂三防漆。對于不能噴涂三防漆的電路單元進行必要的金屬鍍覆或化學處理，防止在潮濕環境下發生化學腐蝕或電化學腐蝕；

(4) 天線艙框架與天線面陣反射板的安裝面既有腐蝕控制需要又有電磁屏蔽需求。為提高鋁的耐腐蝕性，鋁表面一般采取化學轉化、陽極氧化、微弧氧化、涂裝等方式進行防護。但是，陽極氧化、微弧氧化及大部分涂料涂裝形成的都是絕緣保護層，對于具有導電性要求的鋁制工件并不適用，為達到導電、耐腐蝕的目的可采取鋁合金化學轉化處理。化學轉化處理一般采用浸泡、噴淋、刷涂等方式。然而，天線艙框架自身體積大，與反射板的安裝面相對較小，如果采取大范圍保護再進行下槽浸泡或噴淋的方式，其經濟性和工藝性都較差。另外，安裝面多為立面，如果采取刷涂導電保護液的方式，刷涂液自然流淌，無法實現與基材表面的充分接觸。針對這類具有導電和耐腐蝕要求而不適合使用浸泡、噴淋和刷涂工藝進行表面處理的鋁制工件開展了相關工藝研究，采用一種鋁表面濕敷式化學轉化處理工藝方法進行防護。該方法將敷料浸泡于導電保護液再濕敷在鋁基材表面，實現了對安裝面立面快速、便捷的表面處理。為提高美觀性和防護有效性，對敷料的材質、紗支數、經緯密度及濕敷工藝提出了嚴格要求。最終通過該方法可在安裝面表面形成導電、耐蝕的化學轉化膜層，采取相同工藝的試樣通過了相關環境試驗驗證。該工藝操作簡單，提高了產品的經濟效益。

(5) 天線艙框架整體涂覆氟碳漆涂層體系進行防護，但基準面及安裝面精度要求高，未采取涂裝防護。為提高防腐蝕性能，從工藝可操作性和經濟性方面考慮，外露的基準面采用蓋板密封防護，內部的測量基準面同樣采用濕敷式化學轉化處理工藝方法進行防護。

另外，天線艙的腐蝕控制防護設計同時也要注意運輸過程腐蝕控制設計，以及裝備安裝和維護過程腐蝕控制設計。

5 結束語

艦載有源相控陣雷達天線艙的腐蝕控制防護應從設計開始，貫穿于制造、存儲、運輸、使用、維護、維修全過程，進行全方位控制，以獲得最大的經濟效益和社會效益。同時，在天線艙的設計中，不僅要考慮結構的合理性、工藝性和安全性，還要考慮結構的可靠性、可維修性、環境適應性、電磁兼容性，也要對天線艙的連接設計、人機環境工程設計等給予足夠的重視。[3]