倪震明，趙方超，肖勇，羅天元，蔣黎，王艷艷

（1.海軍裝備部，成都 610100；2.西南技術(shù)工程研究所，重慶 400039；3.陸軍重慶軍代局，重慶 400060）

環(huán)境適應(yīng)性是指裝備（產(chǎn)品）在其壽命期內(nèi)預(yù)計(jì)可能遇到的各種環(huán)境的作用下能實(shí)現(xiàn)其所有預(yù)定功能和性能（或）不被破壞的能力，是裝備（產(chǎn)品）的重要質(zhì)量特性之一[1]。2008年以來(lái)，我國(guó)海軍戰(zhàn)略正由近海防御向近海防御與遠(yuǎn)海護(hù)衛(wèi)相結(jié)合轉(zhuǎn)型[2]，南海實(shí)戰(zhàn)化訓(xùn)練、亞丁灣護(hù)航、赴遠(yuǎn)海遠(yuǎn)洋參與聯(lián)合軍事演習(xí)等軍事活動(dòng)的增加，對(duì)我海軍裝備的環(huán)境適應(yīng)性要求也越來(lái)越高。

艦艇攜行彈藥是艦艇實(shí)現(xiàn)作戰(zhàn)毀傷的重要物資。水面艦艇一般攜帶反艦導(dǎo)彈、防空導(dǎo)彈、炮彈、深水炸彈、魚雷、干擾彈、輕武器彈藥等，隨艦航行時(shí)長(zhǎng)期經(jīng)受海洋高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)太陽(yáng)輻射、霉菌、沖擊等因素構(gòu)成的惡劣環(huán)境影響[3-5]，面臨的存放/使用環(huán)境遠(yuǎn)比陸地庫(kù)房貯存或戶外使用環(huán)境復(fù)雜惡劣，容易引發(fā)密封彈藥包裝密封破壞、防護(hù)層腐蝕、電子部件可靠性降低、裝藥失效等環(huán)境適應(yīng)性問(wèn)題。因此對(duì)艦艇攜行彈藥服役海域環(huán)境和存放/使用平臺(tái)環(huán)境進(jìn)行分析，梳理得出主要環(huán)境影響因素，進(jìn)而開展環(huán)境效應(yīng)分析研究十分必要。

文中以我海軍活動(dòng)頻繁的我國(guó)東海、南海和印度洋亞丁灣海域等熱帶/亞熱帶海洋氣候環(huán)境為背景，分析了服役海域環(huán)境特征，結(jié)合艦艇平臺(tái)環(huán)境，分析得出了影響攜行彈藥性能的主要環(huán)境因素，進(jìn)而以分系統(tǒng)為對(duì)象分別開展了環(huán)境效應(yīng)分析。

1 服役環(huán)境分析

1.1 海域環(huán)境特征分析

文中涉及的三大海域較為靠近赤道，緯度低，終年盛行熱帶海洋氣團(tuán)，具有高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)太陽(yáng)輻射“三高一強(qiáng)”的顯著特征。

1.1.1 高溫

我國(guó)東南沿海和亞丁灣海域冬夏季風(fēng)交替明顯，其中東海及南海小部分區(qū)域?yàn)閬啛釒ШＱ髤^(qū)，南海大部和亞丁灣海域?qū)贌釒ШＱ髤^(qū)[5-6]，常年高溫是它們的共同特征。資料顯示，我國(guó)東海、南海年平均溫度為16.3，24 ℃，氣溫高于30 ℃的天數(shù)分別超過(guò)53，160 d[4]，西沙永興島實(shí)測(cè)年平均溫度達(dá)到27.3 ℃。亞丁灣海域月平均海表溫度都在 26 ℃以上[7]，在夏季（5月份—8月份），大氣、海水溫度最高時(shí)可達(dá)35 ℃以上，平均比南海高5～7 ℃。

1.1.2 高濕

三大海域的年平均濕度和降雨量對(duì)比見表1。高相對(duì)濕度形成的原因主要有：較高的空氣溫度和強(qiáng)太陽(yáng)輻射為海水向空氣中蒸發(fā)創(chuàng)造了有利條件；對(duì)于東海、南海地區(qū)而言，降水量大和降水頻次高也是造成海域濕度常年較高的另一重要原因。

表1 三大海域年平均濕度和降水量情況

1.1.3 高鹽霧

海洋大氣中鹽霧的主要來(lái)源是海沫產(chǎn)生的海鹽顆粒，即在海浪的沖擊下，海面上形成很多空氣泡，并很快破裂，進(jìn)而生成大小不一的眾多鹽水滴隨風(fēng)擴(kuò)散，保持微小粒度的水滴長(zhǎng)時(shí)間漂浮于大氣中形成鹽霧。溫度越高，霧滴所對(duì)應(yīng)的臨界平衡粒徑越小，溫度的升高有利于促進(jìn)霧滴的形成[8]。文獻(xiàn)[4]中報(bào)道了我國(guó)東海、南海年均鹽霧濃度分別為 0.1180，0.1275 mg/m3。亞丁灣海域緯度低，氣溫高，日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，海水蒸發(fā)量大，因而推測(cè)鹽霧濃度或高于我國(guó)東南沿海。

1.1.4 強(qiáng)太陽(yáng)輻射

海上太陽(yáng)輻射分為直達(dá)照射和天空輻射，輻射量與太陽(yáng)高度及大氣穿透率有關(guān)，也與緯度、季節(jié)和時(shí)刻有關(guān)。我國(guó)東海、南海年太陽(yáng)輻射總量統(tǒng)計(jì)值為4353，4664 MJ/m2左右[4]，亞丁灣海域太陽(yáng)輻射高達(dá)8094 MJ/m2左右。這是因?yàn)樵摵Ｓ虺Ｄ暝屏?降水總體較少、太陽(yáng)日照時(shí)數(shù)長(zhǎng)，強(qiáng)太陽(yáng)輻射可促使艦艇甲板、艙室等部位溫度升高。

1.2 攜行彈藥存放/使用平臺(tái)環(huán)境分析

彈藥在水面艦艇上的存放/使用平臺(tái)環(huán)境是由海洋大氣環(huán)境和其在艦艇平臺(tái)存放/使用位置共同決定的，存放/使用位置和包裝方式不同，所受環(huán)境影響因素不同，環(huán)境惡劣程度差異較大。影響艦艇攜行彈藥性能的環(huán)境因素主要有溫度、濕度、鹽霧、太陽(yáng)輻射、霉菌、油霧、沖擊、振動(dòng)、搖擺、傾斜，按類型可劃分為氣候環(huán)境、機(jī)械環(huán)境兩大類。

1.2.1 氣候環(huán)境

1）溫度、濕度、鹽霧。彈藥在水面艦艇上的存放/使用位置一般可分為：甲板上彈鏈、甲板上初發(fā)柜、甲板上貯運(yùn)發(fā)箱/筒、甲板下彈鏈、甲板下貯運(yùn)發(fā)箱/筒、甲板下彈藥艙，包裝方式有包裝箱、貯運(yùn)發(fā)箱/筒、發(fā)射管、裸態(tài)等。初發(fā)柜為無(wú)揚(yáng)彈機(jī)艦炮設(shè)置在其附近甲板上的艦炮炮彈存放裝置，容積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易受太陽(yáng)輻射、浪花、海霧的影響，且由于溫差作用柜內(nèi)常出現(xiàn)凝露現(xiàn)象。

貯運(yùn)發(fā)箱/筒是艦載導(dǎo)彈的主要存放/使用位置，集貯運(yùn)、防護(hù)、發(fā)射于一體，可分為彈庫(kù)型（甲板下）和艦面型（甲板上），采取密封、隔熱、充干燥氣體或惰性氣體等措施，內(nèi)部環(huán)境控制相對(duì)較好。對(duì)于彈庫(kù)型導(dǎo)彈，包裝密封完好時(shí)，氣候環(huán)境為艙室內(nèi)溫度傳導(dǎo)、包裝內(nèi)微環(huán)境濕度的組合，密封結(jié)構(gòu)破壞后則為艙室內(nèi)溫度、濕度、鹽霧的組合；對(duì)于艦面型導(dǎo)彈，密封完好時(shí)的氣候環(huán)境為太陽(yáng)輻射溫度傳導(dǎo)、包裝內(nèi)微環(huán)境濕度，密封結(jié)構(gòu)破壞后則為所在海域的溫度、濕度、鹽霧環(huán)境的組合。

彈藥艙位于甲板下方，貯存的彈藥有：發(fā)射架上的魚雷艙、發(fā)射管中的魚雷、處于非值班狀態(tài)的炮彈和輕武器彈藥等。大中型艦艇彈藥艙一般布置在其標(biāo)準(zhǔn)排水線以下，受海水溫度影響，一般溫度較低且溫差較小；小型艦艇彈藥艙一般直接布設(shè)在甲板下，由于甲板直接受日光的曝曬和空氣環(huán)境溫度的影響，彈藥艙的溫度較高，且變化較大。根據(jù)文獻(xiàn)[9]描述，彈藥艙通常應(yīng)設(shè)計(jì)有獨(dú)立冷卻通風(fēng)系統(tǒng)，艙壁和甲板為鋼質(zhì)水密結(jié)構(gòu)。GJB 4000—2000[10]中引述的英海軍工程標(biāo)準(zhǔn)NES 183對(duì)彈藥艙環(huán)境條件作出了如下規(guī)定：相對(duì)濕度應(yīng)控制在 30%～70%，保存推進(jìn)劑的彈藥庫(kù)中溫度不超過(guò)32 ℃，保存其他爆炸物的彈藥庫(kù)不超35 ℃。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)，彈藥庫(kù)溫度可能在12 h內(nèi)上升到40 ℃，可使用臨時(shí)通風(fēng)/冷卻裝置。據(jù)此可以推測(cè)，在無(wú)設(shè)備故障的情況下，彈藥艙環(huán)境較好。

戰(zhàn)備值班的艦炮炮彈位于甲板下方彈鏈位置，戰(zhàn)備值班的重機(jī)槍彈藥位于甲板上方彈鏈位置，均為無(wú)包裝防護(hù)狀態(tài)，但甲板上方重機(jī)槍彈藥的環(huán)境遠(yuǎn)比甲板下方艦炮炮彈惡劣得多。甲板下方裸露狀態(tài)彈藥的氣候環(huán)境主要由海洋大氣溫度傳導(dǎo)和海水溫度傳導(dǎo)形成的溫度、艙室內(nèi)濕度和鹽霧構(gòu)成；甲板上方裸露彈藥的氣候環(huán)境主要為所在海域的溫度、濕度、鹽霧環(huán)境。

2）霉菌、油霧。艦艇艙室的高溫、高濕環(huán)境為霉菌的迅速生長(zhǎng)提供了條件，霉菌可附著于彈藥包裝箱、塑料包裝筒、橡膠密封件等部位。據(jù)田金豹對(duì)熱帶地區(qū)某艦艇部隊(duì)調(diào)研，642名艇員中533是淺部霉菌病患者[11]，可見艦艇上霉菌環(huán)境無(wú)處不在，攜行彈藥亦不可避免地會(huì)受到霉菌影響。艦艇上使用的油品達(dá)十余種之多，如燃油、潤(rùn)滑油、液壓油、機(jī)油、特種儀器用油等，這些油品在高溫條件下會(huì)霧化和蒸發(fā)，在艦艇艙室空氣中形成油霧，主要成分為碳?xì)浠衔铩⒂袡C(jī)化合物和酸堿類等物質(zhì)，同鹽霧一樣也會(huì)對(duì)艦載武器裝備產(chǎn)生腐蝕，降低攜行彈藥的使用壽命和性能[12-13]。

1.2.2 機(jī)械環(huán)境

艦艇攜行彈藥的機(jī)械環(huán)境主要來(lái)自于艦艇平臺(tái)本身受到的沖擊、振動(dòng)和產(chǎn)生的搖擺、傾斜等。

1）沖擊和振動(dòng)。風(fēng)浪、潮汐、浪涌會(huì)對(duì)艦艇造成一定強(qiáng)度的重復(fù)性沖擊，該沖擊形式強(qiáng)度一般較低，是最常見的機(jī)械環(huán)境。同時(shí)艦艇可能還會(huì)遭受碰撞、擱淺、自身武器射擊、敵方武器攻擊等非重復(fù)性的強(qiáng)烈沖擊，這種沖擊屬極端情況。艦艇運(yùn)行時(shí)的振動(dòng)激勵(lì)源主要為主機(jī)不平衡矩和螺旋槳力[14]，一般頻率較高，但經(jīng)一系列傳遞后最終影響到攜行彈藥時(shí)頻率會(huì)降低到較低程度。

2）搖擺和傾斜。艦艇搖擺是指艦艇平臺(tái)的搖擺和平移運(yùn)動(dòng)，其中橫搖、縱搖和艏搖影響最大[15]。傾斜一般指艦艇在回轉(zhuǎn)卡舵或浸水情況下發(fā)生的縱向（或橫向）最大傾角運(yùn)動(dòng)。艦艇攜行彈藥必須滿足在搖擺和傾斜界限狀態(tài)下能夠正常工作的要求。

根據(jù)以上分析，艦艇攜行彈藥因其存放/使用位置不同導(dǎo)致所處的局部環(huán)境存在差異，各環(huán)境因素對(duì)艦艇攜行彈藥的影響程度也輕重不一，機(jī)械環(huán)境對(duì)不同位置彈藥的影響程度差別不大，相對(duì)于氣候環(huán)境而言對(duì)彈藥的影響是次要的。表2給出了各環(huán)境因素對(duì)艦艇攜行彈藥的影響程度。

表2 環(huán)境因素對(duì)艦艇攜行彈藥的影響程度

2 環(huán)境效應(yīng)分析

2.1 防護(hù)包裝[4,16]

艦船上彈藥包裝主要有貯運(yùn)發(fā)箱（筒）、發(fā)射管、金屬包裝箱，高溫、高濕、高鹽霧會(huì)破壞包裝防護(hù)層，對(duì)基體產(chǎn)生腐蝕，影響包裝箱密封件老化失效，引起密封結(jié)構(gòu)破壞。隔熱材料容易受潮和老化，引起性能降低，導(dǎo)致箱內(nèi)溫度升幅和升速增加。尤其是對(duì)于艦面型導(dǎo)彈而言，其貯運(yùn)發(fā)箱（筒）處于惡劣的海洋大氣環(huán)境中，白天箱（筒）體表面因太陽(yáng)輻射吸收大量熱量，通過(guò)熱傳導(dǎo)使箱內(nèi)溫度、壓力逐漸升高。當(dāng)箱內(nèi)壓力達(dá)到臨界值后，箱（筒）蓋及窗口密封件發(fā)生膨脹變形、受損。夜間環(huán)境溫度下降，密封件收縮，長(zhǎng)此以往可能造成毛細(xì)孔隙，導(dǎo)致“慢撒氣”泄露現(xiàn)象，進(jìn)而使得外部環(huán)境中含有鹽霧、霉菌等腐蝕性組分的潮濕空氣進(jìn)入發(fā)射箱內(nèi)。加之艦艇受到?jīng)_擊和振動(dòng)等環(huán)境因素的影響，最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)射箱失效。

2.2 彈體

彈體由金屬基體和涂鍍層構(gòu)成，在艦艇高溫、高濕、高鹽霧環(huán)境下的主要損傷效應(yīng)為腐蝕。艦艇攜行彈藥彈體腐蝕主要有：漆膜損傷破壞處的全面腐蝕、漆膜下的絲狀腐蝕、金屬鍍層的全面腐蝕、彈帶的黑色腐蝕等，典型腐蝕形態(tài)如圖1所示。這是因?yàn)樵诟邼窈蜏囟冉蛔儣l件下，濕氣可在涂鍍層表面形成液膜，鹽霧中的鹽分溶解在彈體表面的液膜中，一起形成強(qiáng)電解質(zhì)溶液，通過(guò)化學(xué)氧化和電化學(xué)雙重作用破壞涂鍍層，進(jìn)而造成金屬基體腐蝕。高溫還會(huì)加速腐蝕反應(yīng)速度，若有油霧存在的情況下，其攜帶的腐蝕性氣體將進(jìn)一步加快彈體腐蝕速度。

2.3 裝藥

彈藥裝藥主要包括發(fā)射裝藥（火藥）、戰(zhàn)斗部裝藥（炸藥）、火箭發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥（推進(jìn)劑）。

艦艇攜行彈藥的發(fā)射裝藥和戰(zhàn)斗部裝藥主要受溫度、濕度的影響，主要損傷效應(yīng)表現(xiàn)為熱分解加速、吸濕膨脹、化學(xué)成分變化導(dǎo)致尺寸和質(zhì)量變化、點(diǎn)火困難、燃速變化、爆炸威力降低等。有研究表明[17-18]：儲(chǔ)存環(huán)境每升高10 ℃，火炸藥的分解速率就增大 1倍。過(guò)高的濕度會(huì)造成火炸藥裝藥吸濕受潮，促進(jìn)裝藥加速分解變質(zhì)。黑火藥吸濕大于 2%時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)點(diǎn)火困難、燃速下降，吸濕達(dá)15%時(shí)，則喪失燃燒性能。當(dāng)銨梯炸藥含水大于3%時(shí)，用8號(hào)雷管不能起爆。同時(shí)，機(jī)械環(huán)境可能對(duì)戰(zhàn)斗部裝藥尺寸、應(yīng)力等產(chǎn)生影響。

發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥在貯存期間，溫度升高會(huì)使分子的熱運(yùn)動(dòng)速度加快，促進(jìn)推進(jìn)劑降解和交聯(lián)，以及組分遷移，使藥柱軟化、斷裂。濕度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥的影響有：破壞界面粘附，促使粘結(jié)劑水解斷鍵，使氧化劑溶解、遷移和沉淀等。損傷結(jié)果主要表現(xiàn)為推進(jìn)劑力學(xué)性能降低、燃燒性能劣化。圖2表明，在25 ℃、RH為95%的環(huán)境下貯存32 d，力學(xué)性能即下降36.4%。鹽霧、霉菌也會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥力學(xué)性能有不同程度的影響，與濕度緊密相關(guān)，除能使裝藥發(fā)生明顯變形以及強(qiáng)度下降外，還可能使藥柱表面附著細(xì)小白色粉末，出現(xiàn)汗珠滲出狀液滴、發(fā)黏、粗糙等[19]。嚴(yán)重的振動(dòng)和沖擊會(huì)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥粘結(jié)界面產(chǎn)生影響，可能導(dǎo)致脫粘，發(fā)射失敗。

2.4 引信

引信由電路、保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、發(fā)火機(jī)構(gòu)、隔爆機(jī)構(gòu)、傳爆序列等組成，典型產(chǎn)品既有機(jī)械構(gòu)件，又有電子產(chǎn)品，還有化學(xué)藥劑。艦艇上高溫、高濕、高鹽霧、油霧環(huán)境可引起引信內(nèi)部金屬零件的銹蝕，導(dǎo)致保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、觸發(fā)機(jī)構(gòu)、傳爆機(jī)構(gòu)的失效；可引起電子元件擊穿、斷路、短路、參數(shù)漂移等失效。如某小口徑彈貯存 4年半后即出現(xiàn)引信失效，導(dǎo)致彈藥瞎火現(xiàn)象[17]。對(duì)引信體分解檢查發(fā)現(xiàn)，該彈所用機(jī)械觸發(fā)式引信發(fā)生傳爆管氧化、保險(xiǎn)帶變色、安全圈變色、盤簧變色等現(xiàn)象。經(jīng)分析，原因是由于引信內(nèi)部和外界某相通處為活動(dòng)部件，存在一定公差間隙，在長(zhǎng)貯過(guò)程中造成了一定的濕氣滲透。

2.5 火工品

溫度可造成火工品藥劑貯存老化分解。GJB 736.8—90[20]指出，當(dāng)火工品貯存過(guò)程中采取了防止水分侵蝕措施后，溫度間隔10 ℃時(shí)，高溫相對(duì)于低溫下的反應(yīng)溫度系數(shù)大約為 2.7左右。文獻(xiàn)[21]以現(xiàn)役某型反艦導(dǎo)彈2型火工品為研究對(duì)象，開展了壽命影響因素分析，結(jié)果表明，它們采取密封措施裝彈后置于貯運(yùn)發(fā)射箱中，溫度變化是最主要的影響因素。

溫度還會(huì)增大潮濕空氣的浸透率，濕度可導(dǎo)致非密封型火工品藥劑受潮，引起感度降低，同時(shí)可引起電火工品橋絲腐蝕、斷橋、電阻變化等，最終導(dǎo)致火工品不能可靠點(diǎn)火或輸出能量不足，影響是致命的[22]。西南技術(shù)工程研究所曾開展過(guò) 30發(fā)某基本藥管在60，70，75，80，85 ℃下分別老化28 d的試驗(yàn)，檢測(cè)得到累計(jì)失效數(shù)分布情況如圖3所示。可以看出，濕度一定時(shí)，溫度越高，時(shí)間越長(zhǎng)，失效越多，溫濕度對(duì)火工品的影響具有協(xié)同作用。

2.6 電子部件系統(tǒng)

普通彈藥的引信、導(dǎo)彈制導(dǎo)系統(tǒng)等產(chǎn)品中應(yīng)用了大量的電子部件，當(dāng)艦艇高溫、高濕環(huán)境作用于電子部件時(shí)，可以構(gòu)成水氣吸附、吸收和擴(kuò)散作用。許多材料在吸濕后膨脹、性能變壞、引起機(jī)械強(qiáng)度下降。同時(shí)吸附了水氣的絕緣材料會(huì)引起電性能下降，鹽霧和油霧中腐蝕介質(zhì)豐富，可加速腐蝕殼體、電路板、焊腳等[23-24]。某型導(dǎo)彈電子產(chǎn)品在艦艇攜行環(huán)境下出現(xiàn)故障較多電子產(chǎn)品的典型失效模式及機(jī)理[25]見表 3。

表3 電子產(chǎn)品失效模式及失效機(jī)理

3 結(jié)語(yǔ)

熱帶海洋環(huán)境下艦艇攜行彈藥服役環(huán)境惡劣，高溫、高濕、高鹽霧、強(qiáng)太陽(yáng)輻射、霉菌是其主要影響因素。彈藥又因其在艦艇平臺(tái)上存放/使用位置不同、包裝狀態(tài)不同，面臨的主要環(huán)境因素存在較大差異。建議深入開展不同海域環(huán)境下艦艇上不同存放/使用位置彈藥的局部環(huán)境監(jiān)測(cè)研究，為攜行彈藥環(huán)境適應(yīng)性的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證、制定環(huán)境控制措施提供數(shù)據(jù)基礎(chǔ)，有效提高其海洋大氣環(huán)境適應(yīng)性水平，支撐我國(guó)海軍不斷走向深藍(lán)。

熱帶海洋環(huán)境對(duì)艦艇攜行彈藥各分系統(tǒng)均會(huì)造成較大影響，環(huán)境效應(yīng)體現(xiàn)在各分系統(tǒng)上是綜合性的。不同分系統(tǒng)之間的環(huán)境效應(yīng)有共同點(diǎn)，如金屬材料腐蝕、非金屬力學(xué)性能下降、電子部件阻值變化等，又因組成材料、功能不同存在區(qū)別，如含能材料的損傷效應(yīng)。建議以分系統(tǒng)乃至全彈為對(duì)象，長(zhǎng)期開展數(shù)據(jù)積累研究，加強(qiáng)艦艇攜行彈藥海洋環(huán)境損傷效應(yīng)與機(jī)理研究，分類建立數(shù)據(jù)庫(kù)，有效利用好這些環(huán)境效應(yīng)數(shù)據(jù)，反向支撐艦艇攜行彈藥環(huán)境適應(yīng)性設(shè)計(jì)、彈藥維保措施制定等實(shí)踐，從根本上提升我國(guó)海軍艦艇攜行彈藥的海洋環(huán)境適應(yīng)性總體水平。

[1]GJB 4239—2001, 裝備環(huán)境工程通用要求[S].

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