王 駿

（中國船舶重工集團公司第七二三研究所， 江蘇 揚州 225000）

0 引言

艦載雷達產(chǎn)品伴隨著科學技術(shù)的發(fā)展， 也取得了非常大的進展， 但目前主要存在的質(zhì)量問題是可靠性與利用需求上出現(xiàn)的差別、 操作性不夠平穩(wěn), 而且也不能全面滿足頂用、耐用、適用的要求, 尤其是在接近實戰(zhàn)的沖擊振動和南海高溫、高濕、高鹽霧腐蝕的環(huán)境下，裝備的故障率處于上升趨勢。 雖然艦載雷達裝備的任務可靠性基本能滿足使用要求，但基本可靠性較低。艦載雷達的異常大多和環(huán)境因素相關(guān)，而艦船環(huán)境涉及機械環(huán)境、天氣環(huán)境以及電磁場等。 艦載雷達產(chǎn)品的環(huán)境適應性關(guān)乎設(shè)備功能、性能以及應用周期。 所以，艦載雷達產(chǎn)品的環(huán)境適應性規(guī)劃顯得非常關(guān)鍵。

1 規(guī)范的結(jié)構(gòu)規(guī)劃

1.1 強度及剛度規(guī)劃

多角度考量最高風載荷、 裹冰、 振動以及搖擺等因素， 借助計算機虛擬系統(tǒng)對受力部件及系統(tǒng)展開自重分析、模態(tài)研究、防風研究、裹冰研究、振動分析以及搖擺分析。 要對于各種工況進行全面虛擬分析與評價，盡可能減小應力聚集，零配件選取良好的表層粗糙度，確保機械零配件的穩(wěn)定度符合系統(tǒng)標準。

1.2 隔振緩沖規(guī)劃

由板級、模塊、箱體至機柜展開從小至大、從內(nèi)到外有層次性的防振體系規(guī)劃，提高板級、模塊、箱體本身的剛度及強度，加大本身的現(xiàn)有頻率。 如果機柜隔振效果無法適應敏感配件的響應標準時，要實施二級隔振，但只適用在激振頻率改變范圍很小的條件下。 機柜通常選擇由相搭配的艦載GWF 型沒有諧振峰隔振設(shè)備與GBJ 型背架隔振設(shè)備構(gòu)成的背架式隔振緩沖結(jié)構(gòu)。 該隔振緩沖結(jié)構(gòu)三軸向沒有共振擴大，響應穩(wěn)定，耦合振動低，殘留響應低，響應效果很好。 對配電箱等設(shè)備選擇與之適配的鋼絲繩隔振設(shè)備。 鋼絲繩隔振設(shè)備具備三向剛度，它的隔振效率與緩沖效果都好過無諧振峰隔振設(shè)備。

1.3 熱設(shè)計

規(guī)范化展開熱設(shè)計， 保持元部件的溫度在指定數(shù)值之下，將設(shè)備之中的溫度維持在允許范圍內(nèi)，且盡可能減小每個位置的溫差梯度。 在元部件與印制電路板外表貼上導熱板，甚至能夠選擇熱管導熱工藝的導熱板。 在裝有空調(diào)設(shè)備的艙室內(nèi)， 密閉機柜能夠選擇風機完成強迫對流去熱[1]。 惡劣條件下，能夠選擇液體循環(huán)冷卻形式實現(xiàn)散熱。 有些先進的散熱工藝，像自動磁懸浮風扇、熱電制冷工藝以及鎂鋁合金設(shè)備散熱等， 要求在其環(huán)境適應性可以獲得驗證后才能夠使用。

1.4 電磁兼容規(guī)劃

按照系統(tǒng)對機械電磁兼容需求，配置指標，選取良好屏蔽效果的結(jié)構(gòu)載體，甚至能選擇多層屏蔽規(guī)劃。

（1）通風口選擇通風波導窗實現(xiàn)電磁屏蔽。其是由許多小截止波導構(gòu)成的截止波導束，主要材質(zhì)是低碳鋼、鋁合金以及不銹鋼等[2]。 不同材料、不同截止波導面積外形與大小其電磁屏蔽效果有差別， 要結(jié)合具體要求選取相搭配的通風波導窗。 存在很大交變磁場位置要選擇復合屏蔽規(guī)劃。

（2）容易受干擾與易形成干擾的信號線通常選擇同軸電纜、屏蔽電線與扭絞屏蔽導線。 為濾波除耦，在電源結(jié)構(gòu)內(nèi)選擇相搭配的電源濾波設(shè)備與磁環(huán)、磁珠，于信號系統(tǒng)內(nèi)選擇相搭配的信號濾波設(shè)備、磁環(huán)、磁珠、濾波銜接設(shè)備與穿心電容， 于印制電路板內(nèi)選擇相搭配的片狀濾波設(shè)備、磁珠。

（3）為避免電磁干擾，除去公共阻力的耦合，需要選擇接地網(wǎng)，以保證機械與人身安全。盡量降低接地電阻與地線阻力，保證機柜中插箱、插件、結(jié)構(gòu)與底座之間存在較好的電氣接觸。去除公共阻力耦合的方法有強電線路、弱電線路分開，數(shù)字線路、虛擬線路、公路線路分開，信號區(qū)、功率區(qū)、機殼區(qū)分開[3]。把各系統(tǒng)的機殼地壓接入機柜骨架上與船身地聯(lián)通， 各系統(tǒng)的信號區(qū)接入機柜信號區(qū)上，最后與船身地聯(lián)通。

2 合理挑選原材料、零配件

2.1 選擇耐腐蝕能力好的金屬物料

海洋腐蝕一般是局域腐蝕， 指從金屬部件外表開始，在較小范圍內(nèi)出現(xiàn)腐蝕，像點腐蝕、脫落腐蝕、空隙腐蝕以及電偶腐蝕等。 所以，要全面了解金屬物料的耐腐蝕性能。

（1）核心受力結(jié)構(gòu)件要選擇耐腐蝕能力好的艦用鈦合金，比如ZTA5。這種材料是單相α 型鑄造鈦合金，其具備中等強度、優(yōu)良的熱穩(wěn)固性與可焊性，耐腐蝕能力好。 鑄件如選擇HIP 處置、600℃真空退火，能夠讓ZTA5 部件各種性能最好。 艦用鈦合金盡管相較于其它材料制造成本很高，但是在熱帶、赤道海洋天氣條件下持續(xù)穩(wěn)定應用，其整個壽命周期成本能夠把控。

（2）傳動件要選擇高質(zhì)調(diào)質(zhì)合金鋼、加氮合金鋼、加碳合金鋼，針對低合金高強度鋼材的挑選要注意其低溫沖擊能力，能夠根據(jù)改性處置和鍍覆處置提升耐腐蝕能力。

（3）鎂合金盡管存在比重低、比強度好、電磁屏蔽效果好等優(yōu)勢，但鎂電極電位較低，容易腐蝕，惡劣條件下要防止使用[4]。 如由于重量制約，能選擇其它腐蝕能力好的金屬合金采取中空蜂窩構(gòu)造（見圖1）和耐候性佳的非金屬復合物來適應剛度及強度需要。

圖1 密封艙內(nèi)外結(jié)構(gòu)

3 防惡劣環(huán)境工藝方法

工藝設(shè)計過程要符合結(jié)構(gòu)工藝“三防”標準，較多的選擇抗銹鋁、不銹鋼等抗霉變、耐腐蝕原材料，采取電鍍、氧化、高質(zhì)量的油漆涂抹或雙重保護、密封膠密封、抗銹油脂以及熱縮套管等方法，提升防腐蝕性能，延伸設(shè)備的應用周期。

3.1 材料改性處置方法

結(jié)合材料特性、狀態(tài)以及應力的出現(xiàn)和布局狀況，經(jīng)對金屬物料實施冷/熱加工與熱處置的改性處置或在非金屬物料生產(chǎn)方面添加防老化劑與穩(wěn)固劑， 由此不斷提升材料的防腐蝕能力及耐候水平。

（1）優(yōu)化金屬物料的金相結(jié)構(gòu)，像奧氏體不銹鋼實施固溶處置能夠減小晶間腐蝕的靈敏度[5]。防止采用對腐蝕靈敏的熱處置狀態(tài)， 像奧氏體不銹鋼除應力退火溫度太高，溫度滿足敏化區(qū)將下降耐晶間腐蝕的能力，需要再次展開固溶處置。

（2）對加工件、焊接件進行噴砂處置。

（3）去除生產(chǎn)應力與變形，降低殘留應力，可以提升金屬物料的耐腐蝕能力以及疲勞周期。

（4）對合金鋼類部件實施QPQ 處置、加氮處置。 艙室外機械的傳動結(jié)構(gòu)其動密封條有較長的應用周期，若應用階段動密封條失效將會造成鹽霧、雨水以及海浪等腐蝕零部件。 傳動軸、銷等部件能夠選擇高質(zhì)調(diào)質(zhì)鋼調(diào)質(zhì)后實施QPQ 處置。 QPQ 處置工藝促進了黑色金屬的熱處置工藝與抗腐蝕工藝的復合、 耐腐能力與防腐蝕能力的復合、加氮工序與氧化流程的復合、氮化物與氧化物的復合，屬于一種使用普遍的黑色金屬外表增強改性工藝。滾珠絲杠能夠選擇38CrMoAlA 高質(zhì)氮化鋼調(diào)質(zhì)后展開加氮處置，具備良好的耐磨能力、耐疲勞效果、耐腐蝕效果和耐高溫能力，比GCr15 軸承鋼類滾珠絲杠耐腐蝕能力好許多。

3.2 非金屬原料的涂覆

（1）針對自主生產(chǎn)的鐵氧體配件、線條、絕緣板以及支架等與其它零配件包含組裝后的線扎噴上絕緣材料，由此提升其“三防”性能。 真空浸漬就是提升變壓設(shè)備線條、 繞組等配件絕緣能力的工藝方法。 選擇環(huán)氧樹脂絕緣材料真空浸漬處置的線條、繞組提升了絕緣能力與防潮水平，提高了粘接強度，提升了防震動、沖擊水平。

（2）對PCB 配件中重心很高、質(zhì)量很大的原配件與導線選擇3140RTV 硅酮膠實施粘接固定，由此提升PCB 配件防震動、沖擊水平。

（3）灌縫即把樹脂、涂料等融入變壓器、電子配件等電路網(wǎng)、元件或配件的全部間隙完成封裝，或把密封防護物埋封于電銜接器或配件外露的導線四周，由此提升設(shè)備的“三防”水平與防震動、沖擊性能。變壓器類通常在線條、繞組通過真空浸漬處置后都采取環(huán)氧樹脂實施端封和總體灌封。 艙室內(nèi)外的PCB 部件原則方面要選擇704 硅橡膠、高導熱有機硅凝膠以及3140RTV 硅酮膠實現(xiàn)總體灌封。電銜接器和電纜銜接的焊點容易受到飽和濕氣和冷凝水的入侵出現(xiàn)短路、腐蝕以及脫焊等問題，需要選擇硅橡膠灌封處置，由此提升“三防”水平與防振動、沖擊能力。

4 結(jié)束語

艦載雷達產(chǎn)品的環(huán)境適應性屬于系統(tǒng)的一項核心戰(zhàn)技指標。為保證艦載雷達產(chǎn)品的環(huán)境適應性，必須選取原材料、零配件、原配件，整體應用防惡劣環(huán)境工藝方法，把剛度及強度規(guī)劃、熱設(shè)計、電磁兼容規(guī)劃等融入設(shè)備設(shè)計的整個過程。伴隨微組裝工藝的進步，雷達電子產(chǎn)品向著采取微型元配件密集組合的薄小體積結(jié)構(gòu)趨勢發(fā)展，機械的“三防”能力更是影響穩(wěn)定性的核心因素。由此，結(jié)構(gòu)工藝設(shè)計人員要注重與探究提升艦載雷達產(chǎn)品環(huán)境適應性的新物料、新工藝、新結(jié)構(gòu)以及新技術(shù)。