鄧 科，鄒偉偉，周成康，杜新宇，林相偉

(北京特種機(jī)械研究所，北京 100143)

【機(jī)械制造與檢測(cè)技術(shù)】

導(dǎo)彈用貯運(yùn)發(fā)射箱內(nèi)濕度控制研究

鄧 科，鄒偉偉，周成康，杜新宇，林相偉

(北京特種機(jī)械研究所，北京 100143)

提出了一種吸濕效率較高的新型防潮劑，對(duì)該防潮劑在貯運(yùn)發(fā)射箱內(nèi)密閉空間吸濕特性進(jìn)行分析，對(duì)不同初始濕度環(huán)境下防潮劑的用量進(jìn)行了計(jì)算，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證。結(jié)果顯示，選擇氯化鈣作為發(fā)射箱內(nèi)環(huán)境濕度調(diào)節(jié)的防潮劑是一種較為理想的方案。

防潮劑;發(fā)射箱；濕度；校正系數(shù)

導(dǎo)彈用貯運(yùn)發(fā)射箱使導(dǎo)彈在長(zhǎng)時(shí)間的貯存或運(yùn)輸期間處于良好環(huán)境，與惡劣的自然環(huán)境隔絕，大大提高了導(dǎo)彈的貯存可靠性和發(fā)射可靠性。

發(fā)射箱通常為密封狀態(tài)，并充以一定量的干燥空氣或惰性氣體，使導(dǎo)彈處在更加優(yōu)越的環(huán)境。用來(lái)衡量發(fā)射箱貯存環(huán)境優(yōu)劣的參數(shù)主要有溫度、壓力和濕度。其中，濕度受到導(dǎo)彈裝填時(shí)初始環(huán)境條件影響最大，也最難以控制，而濕度條件的變化對(duì)導(dǎo)彈的絕緣性能、密封件的壽命等有著較大的影響。因此，將發(fā)射箱內(nèi)的濕度控制在適宜的范圍內(nèi)是設(shè)計(jì)時(shí)需要考慮的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。利用防潮劑對(duì)發(fā)射箱內(nèi)環(huán)境濕度進(jìn)行調(diào)節(jié)，防潮劑的種類與用量選擇是能否將發(fā)射箱內(nèi)環(huán)境濕度控制在適宜范圍的關(guān)鍵。

1 發(fā)射箱內(nèi)部濕度指標(biāo)的確定

濕度過(guò)高對(duì)導(dǎo)彈產(chǎn)生的直接影響就是絕緣性能下降、鋼制零件銹蝕或電子元器件老化，而濕度過(guò)低則會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)彈的橡膠密封件等老化，使用壽命降低。例如，對(duì)于光學(xué)器件或磁記錄材料，其基體材料本身由多層高分子材料復(fù)合而成，是霉菌生長(zhǎng)的溫床，如果濕度過(guò)高，會(huì)促進(jìn)霉菌繁殖生長(zhǎng)，進(jìn)而導(dǎo)致產(chǎn)品功能失效；對(duì)于集成電路、液晶器件等，濕度過(guò)高會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品出現(xiàn)吸潮現(xiàn)象，從而產(chǎn)生故障；對(duì)于電容器、接插件、開(kāi)關(guān)件、電極材料等，潮濕的危害更加明顯；對(duì)于精密機(jī)械、儀器儀表或高亮度器件等，高濕度環(huán)境導(dǎo)致的氧化作用會(huì)致使機(jī)械精度下降、儀表精度失準(zhǔn)、亮度降低等。

導(dǎo)彈是典型的機(jī)電產(chǎn)品，盡管在導(dǎo)彈研制過(guò)程中經(jīng)過(guò)了環(huán)境試驗(yàn)考核，但如果在導(dǎo)彈貯存期間提供最為適宜的環(huán)境，無(wú)疑能夠使導(dǎo)彈的貯存可靠性和發(fā)射可靠性大大提高。

對(duì)于人來(lái)講，環(huán)境相對(duì)濕度處于40%RH～60%RH最為適宜；對(duì)于工業(yè)產(chǎn)品來(lái)說(shuō)，通常不要越過(guò)“三七線”，即環(huán)境相對(duì)濕度不要大于70%RH，不要小于30%RH；從元器件及原材料的特性來(lái)說(shuō)，要發(fā)揮最佳特性，環(huán)境相對(duì)濕度在40%RH左右為宜。考慮到環(huán)境相對(duì)濕度與溫度直接相關(guān)，因此，發(fā)射箱設(shè)計(jì)者通常將箱內(nèi)相對(duì)濕度控制在常溫下(25℃)30%RH～60%RH作為目標(biāo)[1-2]，本文以某型號(hào)要求的常溫下(25℃)28%RH～48%RH為目標(biāo)進(jìn)行研究。

2 防潮劑種類的選擇

2.1 常用防潮劑種類

防潮劑的種類很多，考慮到發(fā)射箱及箱內(nèi)導(dǎo)彈均為典型的機(jī)電產(chǎn)品，金屬結(jié)構(gòu)件、高分子材料結(jié)構(gòu)件、橡膠密封件、集成電路、插接件等為主，也會(huì)有部分光學(xué)器件、液晶器件、高精度儀器儀表，因此，防潮劑需滿足幾個(gè)基本特點(diǎn)[3]：

1) 無(wú)毒害，不具有腐蝕性，便于裝備使用人員操作、更換；

2) 無(wú)有害物質(zhì)揮發(fā)對(duì)箱內(nèi)光學(xué)器件、高精度儀器儀表等產(chǎn)生影響，不會(huì)有損設(shè)備功能；

3) 有較高的吸濕率，在滿足箱內(nèi)濕度調(diào)節(jié)要求的前提下質(zhì)量最小；

4) 保證吸濕過(guò)程不可逆，不能因溫度變化產(chǎn)生水滴或水分揮發(fā)；

5) 吸濕后不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)放熱、產(chǎn)生氣體，對(duì)箱內(nèi)溫度、壓力不產(chǎn)生影響。工業(yè)上常用的防潮劑如表1所列。

2.2 防潮劑選擇

從上述常見(jiàn)防潮劑特點(diǎn)可知，通過(guò)物理吸附，雖然存在環(huán)保、可再生等優(yōu)點(diǎn)，但其吸濕率最高不超過(guò)100%。在一個(gè)內(nèi)部空間較大、初始濕度較大的發(fā)射箱內(nèi)，如果要將濕度降低到一個(gè)適宜的范圍，需要的防潮劑用量較大；而通過(guò)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行吸濕，效率高得多。

發(fā)射箱內(nèi)相對(duì)濕度的目標(biāo)在常溫下是一個(gè)范圍，因?yàn)榉湃氚l(fā)射箱內(nèi)的防潮劑用量不可能太精確，可能出現(xiàn)箱內(nèi)防潮劑過(guò)多，使得箱內(nèi)濕度偏低，或過(guò)少，造成箱內(nèi)濕度偏高。如果采用氯化鈣作為防潮劑，其濕度低時(shí)吸濕率低、濕度高時(shí)吸濕率高的特點(diǎn)就能很好的克服用量不精確帶來(lái)的隱患。

表1 常用的防潮劑

3 防潮劑用量計(jì)算

3.1 影響用量的因素

3.1.1 發(fā)射箱內(nèi)絕對(duì)水分子量M

發(fā)射箱內(nèi)絕對(duì)水分子量M是影響防潮劑用量的首要因素。發(fā)射箱內(nèi)絕對(duì)水分子量M是用絕對(duì)濕度ρ和發(fā)射箱內(nèi)空腔體積V0的乘積來(lái)表征的，即M=V0·ρ。其中絕對(duì)濕度ρ表示每立方米濕空氣中含水蒸氣的質(zhì)量(kg/m3)。

實(shí)際工作中人們更習(xí)慣用相對(duì)濕度RH表征大氣中水分子含量，相對(duì)濕度RH可通過(guò)測(cè)試儀表或傳感器直接測(cè)量。相對(duì)濕度RH和絕對(duì)濕度ρ之間可用如下公式進(jìn)行換算，

RH(%)=ρ1/ρ0x 100%

(1)

ρ1=ρ0·RH(%)

(2)

式中，ρ1為絕對(duì)濕度，ρ0為同種溫度條件下空氣中水分飽和時(shí)的絕對(duì)濕度。不同溫度下空氣中水分飽和時(shí)的絕對(duì)濕度是個(gè)常量，可查閱相關(guān)手冊(cè)獲得。因此，通過(guò)式(2)可得到在一定相對(duì)濕度(RH)、溫度(℃)下單位體積(1 m3)的水分子量m(g)，如表2所列。

表2 每立方米水分子量m與溫度、相對(duì)濕度的關(guān)系

假設(shè)發(fā)射箱內(nèi)的空氣體積為V0，發(fā)射箱內(nèi)絕對(duì)水分子量

M=m·V0

(3)

發(fā)射箱內(nèi)腔在貯存導(dǎo)彈的狀態(tài)下是一個(gè)密閉空間，通常都有較為嚴(yán)苛的氣密要求。根據(jù)發(fā)射箱設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)彈貯存期間，發(fā)射箱內(nèi)的氣體壓力要確保大于箱外壓力，從而避免箱內(nèi)與箱外產(chǎn)生濕氣交換。對(duì)于某一只發(fā)射箱而言，一旦進(jìn)行了密封操作，則發(fā)射箱內(nèi)的水分子絕對(duì)數(shù)量M即視為不發(fā)生變化。

3.1.2 防潮劑吸濕率a

防潮劑吸濕率a表征防潮劑吸水的能力，從表1可以知道，防潮劑在環(huán)境濕度不同時(shí)，其吸濕率在變化。本文研究對(duì)象是氯化鈣，在長(zhǎng)期使用當(dāng)中，人們獲得了氯化鈣吸濕率與環(huán)境相對(duì)濕度的對(duì)應(yīng)關(guān)系。以某種包裝的氯化鈣防潮劑為例，其對(duì)應(yīng)關(guān)系如表3所示。

3.1.3 校正系數(shù)k

上文提到某種包裝的防潮劑因包裝不同，其表現(xiàn)出來(lái)的吸濕效果也不同。例如，防潮劑散開(kāi)放在發(fā)射箱內(nèi)，由于防潮劑與箱內(nèi)濕空氣接觸面積大，防潮劑會(huì)在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到飽和，防潮劑被充分利用，吸濕效率較高，如果防潮劑放置在一個(gè)無(wú)紡布做成的包裝袋中，則靠近包裝袋的一層防潮劑會(huì)迅速吸濕，達(dá)到飽和，然后逐漸向內(nèi)層滲透。如果包裝較大，則內(nèi)層的防潮劑很可能無(wú)法發(fā)揮效果。在密閉空間中，空氣缺乏流動(dòng)，也在一定程度上影響了防潮劑的工作效率。所以，針對(duì)不同的發(fā)射箱和不同包裝，在進(jìn)行防潮劑用量的計(jì)算時(shí)，需要考慮一個(gè)校正系數(shù)k，這個(gè)參數(shù)可以通過(guò)除濕試驗(yàn)獲得。

表3 某種包裝的氯化鈣防潮劑吸濕率a與其所對(duì)應(yīng)的相對(duì)濕度 %

3.2 用量計(jì)算方法

假設(shè)某發(fā)射箱在裝填導(dǎo)彈以后進(jìn)行封閉，封閉后箱內(nèi)空氣體積為V=1.5 m3，此時(shí)通過(guò)環(huán)境參數(shù)傳感器測(cè)得箱內(nèi)相對(duì)濕度RH=74%，環(huán)境溫度為25℃，采用某型包裝氯化鈣防潮劑，每10 g為一個(gè)獨(dú)立包裝。如果，發(fā)射箱內(nèi)貯存濕度目標(biāo)值為30%～50%，則防潮劑用量G可采用如下方式進(jìn)行計(jì)算。

先確定箱內(nèi)絕對(duì)水分子量，此時(shí)，V=1.5 m3，m查表1獲得25℃時(shí)80%RH對(duì)應(yīng)的m值后通過(guò)線性差值可得，m=16.84 g。代入式(3)可得M=25.26 g。如果將30%RH～50%RH作為目標(biāo)值，則需要除掉的水分子量為30%RH～50%RH對(duì)應(yīng)的水分子含量與箱內(nèi)初始水分子量的差值。采用同樣的方法，得到M1=8.175 g，M2=15.06 g。記ΔM為8.175 ～15.06 g。

再確定一個(gè)獨(dú)立包裝的氯化鈣防潮劑的吸濕能力，用吸水質(zhì)量表征。由于防潮劑的吸濕率隨著箱內(nèi)環(huán)境相對(duì)濕度的變化而變化，因此，在進(jìn)行快速估算時(shí)，需要取平均吸濕率，然后通過(guò)校正系數(shù)校正誤差。故氯化鈣吸濕率采用98%，可知一個(gè)獨(dú)立包裝的氯化鈣防潮劑可吸收水質(zhì)量為

M′=10×98%×k=9.8k(g)

若用Q表示防潮劑用量，則

Q=(ΔM×10)/9.8k

式中，k通過(guò)試驗(yàn)獲得。

Q/10圓整后就是某種包裝的防潮劑包數(shù)。以此類推，可以得到某技術(shù)陣地(帶空調(diào)室內(nèi)條件，溫度基本穩(wěn)定，25℃)在不同初始環(huán)境濕度條件下，某型發(fā)射箱的防潮劑用量，如表4所列。

同樣的方法，如果環(huán)境溫度是一個(gè)變量，通過(guò)表2所列溫度與相對(duì)濕度的關(guān)系，以及式(3)可以得出相應(yīng)的防潮劑用量。

表4 某型發(fā)射箱氯化鈣防潮劑用量 (25℃，V=1.5 m3)

3.3 用量計(jì)算結(jié)果

在表4中，防潮劑用量含有一個(gè)系數(shù)k，k為校正系數(shù)，它與吸濕率的選取原則、箱內(nèi)空腔結(jié)構(gòu)、防潮劑在箱內(nèi)位置分布、防潮劑存放盒的結(jié)構(gòu)等有關(guān)，需要通過(guò)試驗(yàn)確定。

以某型發(fā)射箱為試驗(yàn)箱，在6月和9月分別開(kāi)展了5次試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表5所列。

表5 發(fā)射箱除濕試驗(yàn)結(jié)果

由此，可得k值在0.001 6～0.002 4之間，取中間值0.002，則得到某型發(fā)射箱采用某種包裝的氯化鈣防潮劑用量如表6所列。

表6 某型發(fā)射箱氯化鈣防潮劑用量列表(25℃，V=1.5 m3)

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

按照上述計(jì)算結(jié)果，在某型發(fā)射箱的靶場(chǎng)試驗(yàn)當(dāng)中，進(jìn)行了考核，參加考核的發(fā)射箱與本文3.3節(jié)試驗(yàn)用發(fā)射箱同型。試驗(yàn)共3次，發(fā)射箱狀態(tài)無(wú)變化，初始濕度有一定差異，實(shí)際測(cè)得的濕度變化與防潮劑用量如表7。

表7 試驗(yàn)數(shù)據(jù)列表

試驗(yàn)結(jié)果表明，理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差在5%之內(nèi)，說(shuō)明計(jì)算方法合理，校正系數(shù)k適應(yīng)性較好。另外，防潮劑的效能在前3天最強(qiáng)，此后也對(duì)吸濕有一定的貢獻(xiàn)。在實(shí)際應(yīng)用中，如果希望目標(biāo)濕度偏向上限或下限，則應(yīng)該適當(dāng)減少或增加防潮劑用量。

5 結(jié)論

1) 選擇吸濕性能較高、衛(wèi)生安全的氯化鈣作為發(fā)射箱內(nèi)濕度環(huán)境調(diào)節(jié)的防潮劑；

2) 校正系數(shù)k是確定防潮劑用量的關(guān)鍵參數(shù)，不同發(fā)射箱的校正系數(shù)k的大小不同。

3) 通過(guò)靶場(chǎng)試驗(yàn)驗(yàn)證，本文介紹的計(jì)算方法理論計(jì)算值與實(shí)測(cè)值誤差在5%之內(nèi)，與濕度傳感器4%的測(cè)量誤差相當(dāng)，說(shuō)明本文介紹的計(jì)算方法合理。

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(責(zé)任編輯唐定國(guó))

Study on Humidity Control of Launch Canister

DENG Ke, ZOU Wei-wei, ZHOU Cheng-kang, DU Xin-yu, LIN Xiang-wei

(Beijing Institute of Specialized Machinery, Beijing 100143, China)

The new moisture resistant agent with the very rapid moisture absorption was proposed. The moisture absorption characteristics of the moisture resistant agent was analyzed in the sealed space of launch canister. At the same time, the amount of the moisture resistant agent was calculated in the different humidity environments, and the correctness of the amount of the moisture resistant agent was validated. The results show that CaCl2can better regulate humidity environments of launch canister, which is excellent moisture resistant agent.

moisture resistant agent; launch canister; humidity; correction coefficient

2016-06-26；

2016-09-25

鄧科(1981—)，男，碩士，高級(jí)工程師，主要從事兵器發(fā)射理論與技術(shù)研究。

10.11809/scbgxb2017.01.037

鄧科，鄒偉偉，周成康，等.導(dǎo)彈用貯運(yùn)發(fā)射箱內(nèi)濕度控制研究[J].兵器裝備工程學(xué)報(bào)，2017(1):163-167.

format:DENG Ke, ZOU Wei-wei, ZHOU Cheng-kang, et al.Study on Humidity Control of Launch Canister[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2017(1):163-167.

TJ768

A