环境工程在舰船研制中的应用

张 磊，李 军，王保青

(中国船舶工业集团公司第七〇八研究所，上海 200011)

0 引 言

环境工程主要通过科学技术和工程实践，降低环境对舰船装备效能的影响或增强舰船装备对环境的忍耐能力[1]，使产品具有较好的环境适应性。

随着我海军参与国际事务的愈加频繁，所面临的环境条件亦越来越复杂，对舰船装备在极端环境下的适应能力提出了更高要求。相比国外发展多年的环境工程，我国舰船行业的环境工程尚处于起步阶段。祝耀昌[2～3]对环境工程的内涵、作用等进行了阐述，提出了我国装备环境工程建立与推行的策略，并在武器装备环境工程技术领域进行了分析应用。蔡健平[4]提出了适用于舰载导弹武器的环境剖面构建技术，以改善其环境适应能力。许立坤[5]将环境工程应用于潜艇之上，研究了潜艇的环境腐蚀控制。赵世宜[6]分析了军用物资集装箱安全运输的影响环境因素，并提出了相应对策。李能鹏[7]针对舰船环境工程提出了一种新的矩阵管理模式，有效提高了舰船研制中环境工程的工作效率。

本文就环境工程在舰船型号研制中的应用情况加以介绍，并为今后环境工程能够在舰船型号研制过程中更好地应用提出一些可供参考的设想。

1 舰船的环境条件及其所受影响

舰船长期处于异常复杂的海洋环境之中，不仅受风、浪、流的影响，而且舰上设备也受自身平台和储存、运输及使用环境的影响，从而给舰船的环境工程工作带来很大挑战。

通常情况下，舰船的舱室处于高温、高湿的环境，温湿环境是舰船设备重要环境因素之一。高温环境将产生产品绝缘失效，电性能下降、结构破损、润滑性能降低、机械应力增大等不良环境效应，并且会加速有机材料的性能变化，对产品造成更大破损。在高温的影响下，船用主机的进气温度、冷却水温度、燃油以及润滑油温度将随之升高，这将导致主机功率的降低。同时，海洋环境中高温、高湿、高盐度条件也将加剧舰船的腐蚀，同种材料相较于内陆环境，其腐蚀状况要高出数十倍[8]。而且，其他环境因素，例如振动、冲击、噪声、日光辐射、沙尘、倾斜摇摆等也会对舰船产生相当大的影响。

2 舰船环境工程工作现状与存在的问题

2.1 舰船环境工程工作现状

目前，舰船环境工程工作主要体现在开展海洋环境调查，编制舰用条件和进行环境试验上。针对舰船环境条件和环境试验，在20 世纪60 年代曾对近100 多艘船次的不同设备进行了环境实测，为后续制定环境标准提供了大量数据支撑，从20 世纪70 年代初期到80 年代，先后制定了一系列舰船装备的环境条件和试验标准，如GJB150-1986《军用设备环境试验试验方法》，GJB1060.1-1 060.2-1991《舰船环境条件要求》等。尽管在舰船环境条件与试验方面受到足够重视，但是在整个环境工程中的管理、分析、设计等工作方面都还没有系统性的标准和规范。

舰船行业结合型号研制和生产的需要，在环境工程领域开展了一定的基础研究、标准应用研究。以前舰船行业各型号对环境工程工作在自觉与不自觉中已经开展，如在舰船研制初期编制舰用条件，对设备特别是研制、研改设备提出环境试验要求等。同时也开展了部分环境因素的适应性设计，如减振、降噪、耐湿热、防盐雾设计等。自从2006 年科工委立项，在型号设计生产过程中开展环境工程的应用研究以来，环境工程在舰船行业中的应用得到了更快发展，在各型装备的研制过程中，逐步引入了环境工程概念。同时，仿照应用研究实例，考虑剪裁应用GJB4239[9]，成立舰船总师或副总师负责的工作系统，编制环境工程工作计划，开展相应适应性设计等。但这只是初步试探性工作，今后迫切需要加大对重点型号研究成果和标准GJB4239 的普及宣贯力度，促进环境工程在舰船行业的深入开展。

2.2 舰船环境工程工作存在的问题

1）对环境工程缺乏足够的认识。环境工程在舰船领域中的应用目前仅限于环境试验与环境条件要求，型号设计人员缺乏将环境工程作为一个系统工程，应用于舰船全寿命阶段的观念，没有充分重视环境工程的重要影响。

2）尚未建立环境工程工作体系。目前舰船方面的环境工程工作，只局限于环境条件与环境试验，缺乏对环境工程管理、分析、设计等其他方面的研究，从而导致环境工程工作体系无法建立，体系的缺乏，随之带来环境工程工作在型号研制方面的盲目与混乱。

3）环境数据和信息资源不足，及其有效管理的缺失。环境分析应以环境数据为基础，在目前我国环境数据技术相对落后的情况下，更应提高对该工作的重视程度[10]。环境数据除了指自然环境数据，还包括武器装备受环境影响的数据等[11]。通过对各种环境数据的有效收集，能够帮助研究武器装备的环境适应性要求。我国舰艇部署海域广阔，而舰船本身又是一个巨大的系统，并处于多变的海洋环境下，故影响其作战性能的环境因素数量将极为庞大。而当前所能收集的环境数据资源只是基于数量有限的环境实测，这些远远无法满足舰船环境工程工作的需要。同时，庞大的环境数据和信息资源也会使将来的收集和管理工作更加复杂。

3 环境工程在舰船研制中的应用

3.1 开展培训，增强认识

当前，舰船环境工程工作尚处于起步阶段，对舰船型号设计人员进行环境工程方面的知识培训，帮助他们了解环境工程的工作内容，也使其对环境工程在舰船全寿命周期起到的作用有一个清晰的认识。这既有助于环境工程实际应用于舰船研制，也确保了环境工程工作更有效和更充分的完成。

3.2 建立舰船型号环境工程工作体系

开展舰船环境工程工作首先需要建立环境工程工作体系，各舰船型号环境工程工作体系的要求基本一致，主要应明确的各项要求如图1 所示。

图1 舰船型号环境工程工作体系要求Fig.1

3.3 确定舰船型号研制各阶段环境工程工作内容

依据GJB4239，同时结合舰船型号研制特点，环境工程工作在舰船型号研制过程中各阶段的工作内容如表1 所示。

表1 舰船型号各阶段环境工程工作内容Tab.1

3.4 各阶段环境工程工作内容解析

3.4.1 立项论证与方案设计阶段

该阶段提出舰船型号总体方案，对舰船型号的使命任务、活动海域、主尺度，以及作战性能如快速性、稳性、续航力、自持力、适航性等设计要求进行初步明确。上述内容都给出了有关的环境数据信息，按给出的信息和要求，并在收集自然环境、相似设备和相似舰船的环境资料的基础上，明确给出该阶段的环境工程工作要求和工作内容。

1）编制舰船型号环境工程工作计划

主要内容包括：建立工作体系；落实工作体系各级责任人并明确其职责；剪裁应用4 239 的各环境工程工作项目；基本明确各个阶段应开展的环境工程工作项目。

2）开展舰船使用环境数据收集

数据收集的工作应贯穿型号设计建造和使用的各个阶段，在计划中应得到足够的体现。数据收集工作内容包括：现有环境资料收集与整理，收集国内外有关舰船平台环境数据和自然环境数据；收集分析有关标准的环境资料，如GJB1172，GJB1060，GJB440，GJB150 和GJB2000 舰船规范的环境要求等；收集并分析相似平台和相似装备或设备环境数据，必要时，可在相似的舰船上安排局部实测；分类整理环境数据，建立数据库；制定后续资料收集计划，如果数据不足，应制定后续数据再收集计划，在该舰船型号试验阶段安排必要的平台环境实测。

3）确定寿命期环境剖面

主要内容包括：舰船型号寿命期环境剖面的确定，型号的关键系统或设备环境类型和环境剖面的确定。

4）编制舰船型号环境技术要求文件

主要内容包括：根据舰船型号寿命剖面分别给出舰船总体、系统和设备的环境要求；根据环境要求，编写系统和设备或关键系统和典型设备的环境技术要求文件；明确系统和设备在寿命期内的环境类型和环境量值。

5）确定各系统和设备（含结构件和自制件）环境适应性要求

根据型号环境技术要求文件、装备或设备的寿命期环境剖面（含结构件和自制件），剪裁确定其环境适应性要求，为签订购买其装备及设备协议书或其它有关文件纳入环境适应性要求提供依据。主要内容包括：确定型号、系统、设备的环境类型和环境量值；确定系统、设备的环境适应性要求；制定对转承制方与供应方有关环境工程工作的要求、监督与控制文件。

6）开展自然环境试验

收集有关舰船自然环境试验资料，参考或依据相似类型舰船的自然环境条件作为本艇的自然环境试验数据依据。必要时对关键的材料或部件安排自然环境试验。主要内容包括：编写选定材料或部件的试验大纲，并实施自然环境试验；收集自然环境试验资料，作为选材依据。

7）制定舰船型号环境适应性设计指南

根据系统和设备或所有外购件的采购协议书与相关文件中的环境适应性要求和设备的技术特征，制定相应的适应性设计指南。对系统和设备进行耐高低温设计、抗振设计或三防设计等耐环境设计，并与性能和可靠性设计综合进行。主要包括内容：制定系统和设备的环境适应性设计准则；关键环境要素的耐环境设计方法，材料和元器件的选择要求、机构布局要求、减缓环境影响的措施；专用环境防护方法的内容。

8）本阶段环境工程工作评审

评审本阶段开展的环境工程工作进展情况。主要内容包括：对本阶段输出的环境数据、寿命期环境剖面、型号环境技术要求、各系统设备与自制件的环境适应性要求、部分材料的自然环境试验报告、型号环境适应性设计指南进行评审。

3.4.2 工程研制阶段

1）环境适应性设计

根据相关设计指南，参考其他设计手册，开展系统、设备（含结构件、自制件）环境适应性设计。

2）制定系统设备环境试验与评价总计划（技术设计后期）

按系统设备的特点，裁剪试验类型、试验条件、试验方法等，并制定其环境试验要求与评价总计划；按型号的进度要求，统一安排系统和设备的环境适应性试验和评价工作。

3）新研设备环境适应性试验

编写研制试验大纲，以此进行试验，并重复试验－分析－改进（TAAF）过程，不断增加设备的环境适应性，直到设备的环境适应性满足要求为止；对新研设备所承受诸多的环境因素要进行敏感应力分析，并对敏感应力明显的进行必要的环境特性调查试验如：设备的振动、温度以及其它的关键环境因素的响应特性，以便确定其环境适应性的试验量值。

4）环境鉴定试验

编写系统或设备的环境鉴定试验大纲和试验计划；组织对试验大纲的评审；试验结果评审。

5）技术设计阶段环境工程工作评审

开展环境适应性试验大纲的评审；试验结果的评审；本阶段环境工程工作进行程度的评审。

3.4.3 鉴定定型试验和使用阶段

总结前期的环境工程工作情况，结合舰船型号建造、鉴定定型试验的进度需求，编制该阶段的工作计划；按计划完成舰船系统和设备在性能试验、作战试验、在役考核等阶段的环境适应性试验与评价工作。同时，收集舰船在鉴定定型试验和使用阶段的故障信息和环境影响数据，为舰船环境适应性持续评价提供数据基础。

4 结 语

环境工程工作贯穿于舰船型号研制、生产、使用的全寿命周期，虽然目前在舰船行业刚刚起步，但是也意味着可以在吸取国内外其他行业经验教训的前提下少走弯路。当通过不断加强环境工程相关知识的培训，强化软硬件各个方面的实力，将环境工程真正融入型号研制中，从而达到指导型号设计并提高其环境适应性能力时，各个方面的相关设计人员才会充分认识到环境工程在型号中的重要地位和作用，才会更好配合环境工程工作在型号研制中的开展，环境工程工作才会在舰船研制过程中愈加广泛应用。