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    武器裝備的環境適應性要求
    發布日期:2017-04-05 21:46:17
    武器裝備的戰斗力與環境密切相關,世界軍事史上無數戰例都證明了這點。早期如拿破侖和希特勒遠征俄國戰爭、日俄戰爭、朝鮮戰爭、越南戰爭、馬島之戰;近期如海灣戰爭、科索沃戰爭,其結局均表明:因不適應低溫、熱帶海洋、熱帶雨林、濕熱和沙漠等環境,武器裝備嚴重腐蝕、海洋生物附著、沙塵堵塞、長霉起霧、蟲蛀鼠咬、結冰凝露等,導致機械故障、控制失靈、通訊中斷、彈藥失效而造成失敗和人員傷亡。慘痛教訓表明:如果武器裝備在研制、生產和使用過程中不重視自然環境的影響,結果可能導致軍事上的失敗。據報道,同一裝置,在實驗室條件下,單位時間內失效數若為1,在野外地面上使用則為2,軍艦上使用則為10,飛機上使用則為20。由此可見,武器裝備可靠性問題相當多的是由使用環境條件惡劣所致。
        下面是國外部分材料和產品環境適應性事故的案例:
    (1)第二次世界大戰期間,美國運到遠東地區的航空電子產品,60%不能使用;英國制造的雷達在歐洲使用,其平均MTBF為116小時,在地中海使用尚有61小時,而在東南亞使用僅有18小時。
    (2)日俄戰爭,俄國戰艦遠航執行任務,因海洋生物附著污損和海洋腐蝕,使設備發生故障、航速下降、導致慘敗。
    (3)拿破侖和希特勒遠征俄國時,因武器裝備和運輸工具不適應寒冷環境而改變了戰爭結局;朝鮮戰場上,也是由于低溫使美軍電子探測系統的故障高達80%,而貽誤戰機。即使是靠近北極圈的前蘇聯,在二次世界大戰的幾次重要戰役中也大敗于芬蘭軍隊。原因很簡單,芬蘭軍隊更靠近北極圈,其武器裝備經過真正的最優化考核,能最有效地在更接近北極圈的環境里使用。
    (4)英阿馬島之戰,英國一艘導彈驅逐艦,由于不適應環境,使艦上的導彈系統與通訊系統發生電磁干擾,而無法同時工作,造成被動挨打而被擊沉。
    (5)越南戰爭中,美軍大量電子設備不適應熱帶雨林環境,僅一個月就損壞37%,導致通訊不暢,指揮失靈;從海上運輸的武器裝備因腐蝕、長霉和鼠害造成大量損失和失效而貽誤戰機。
    (6)近期海灣戰爭,美軍的電子干擾致使伊軍成了"聾子",茫茫沙漠又使伊軍的坦克、裝甲車輛變成了被動挨打的目標,最終遭到慘重的失敗。但美軍也有不適應沙漠環境的情況,如美軍裝備的瞄準系統偏差大造成打不中目標,紅外夜視裝置無法識別敵我而造成誤傷。
    (7)美國的丙烷貯罐、我國化肥廠的水洗塔也曾發生過因低溫造成材料脆斷而引起爆炸的事例。
    (8)美國挑戰者號航天飛機升空74秒后突然爆炸,機上七名宇航員全部遇難。經查明是因為一個小小的聚硫密封圈的環境適應性差,不耐寒,過早地老化失效,出現裂紋,導致航天飛機剛升空,便發生燃氣泄漏,而引起爆炸,造成機毀人亡的嚴重事故。經濟損失達14億美元,同時打亂了美國航天發展計劃,使美國"星球大戰"計劃陷入困境。
    (9)美國用宇宙神-人馬座運載火箭發射海軍艦隊通訊衛星,起飛48~53秒期間,運載火箭的一臺計算機錯誤地向主發動機發出"偏轉"指令,致使火箭翻滾而被迫指令炸毀。事故原因是雷擊引起,雷電的高壓沖擊電流經貯箱外部傳到計算機,而造成錯誤指令。
    (10)"沙漠之狐"行動中,美軍阿帕奇直升飛機因螺旋槳轉動軸滲進沙粒導致無法執行任務。
    (11)海灣戰爭后,英軍在最大規模沙漠軍事演習中,暴露了諸多武器裝備的環境適應問題:主戰坦克挑戰者2型,只能在沙漠中運行4小時,其中一半失去戰斗力,SA80步槍因沙塵卡殼、AS90自動火炮上的塑膠空氣過濾器在高溫下熔化、近半數山貓直升飛機平均無故障時間僅有27小時。
    (12)據美軍海空基地故障調查資料,引起故障原因中,氣候環境占73%,全是由于在復雜自然環境作用下,產生腐蝕、老化、膨脹、開裂、長霉和蟲蛀所引起。
    (13)八十年代,據美國防部對價值180億美元、總重量近380萬噸的三軍庫存常規彈藥進行調查表明:由于美國本土、歐洲、太平洋等地區自然環境造成的腐蝕和變質,僅陸軍維修和銷毀彈藥就高達11萬多噸,造成大量經濟損失。
    (14)美國原F-4戰斗機在使用中,發現平尾搖臂出現裂紋,迫使美國1600架和其他國家600架F-4機全部停機檢查。后經查明是材料環境適應性差,對應力腐蝕比較敏感所致。另外,還發生過空軍-111飛機可變翼樞軸接頭折斷的嚴重飛行事故,原因是鍛造缺陷而產生應力腐蝕疲勞斷裂造成的。
    (15)因電磁干擾而失效的裝備,在美國還有民兵導彈、偵察兵火箭、大力神Ⅲ火箭。
    (16)1998年8月,美國總審計局發表報告稱:隱身復合材料在潮濕和過熱的環境中會喪失吸收雷達波的能力,因而會大量反射雷達波,使得地面雷達可以檢測到飛機的行蹤。F-117隱形戰斗機只有在低空或低溫條件下才具有隱身效果,到了高空和高溫環境中,則完全失去了隱身功能。
    (17)1999年4月7日,在北約對南聯盟發動的空襲中,美軍的一架"獵犬"式新一代無人偵察機在南聯盟科索沃偵察時,遭到了南聯盟防空火力的埋伏而被擊落。剖析其原因主要是因為南聯盟地形復雜和惡劣天氣大大限制了"獵犬"性能的發揮。而且南聯盟復雜的山地和茂密的森林加上云霧籠罩增大了"獵犬"的搜索和發現目標的難度。為準確探索目標,"獵犬"不得不降低偵察高度,因此遭受了南聯盟防空火力的伏擊而“命喪黃泉”。
    (18)90年代在海灣戰爭中,由于不適應沙漠環境,美軍坦克的瞄準系統,紅外夜視裝置屢屢出現故障。
    (19)F-16戰斗機設計中存在著嚴重的缺陷。F-16戰斗機是世界上第一種電傳操縱的戰斗機,采用線控飛行系統,代替傳統人力帶動連桿及曲柄的方式飛行,以減少人為操作失誤。不過,線路稍有問題,就非常容易發生短路現象,使發動機失去推力而失控。80年代,美國空軍發現了這個嚴重問題,立即研制了全新的線控飛行系統,并應用于C、D和N這三個新型號的F-16戰機,使之更先進、更完全,而淘汰的舊型號F-16A和F-16B則未更換這種新系統。這種舊系統極易出問題,還很容易被海洋咸氣候腐蝕毀壞。近兩年來,臺灣空軍的軍用飛機感染上了嚴重的"機瘟",發生了十多起飛行事故,損失了十幾架飛機,死亡和失蹤了20多名飛行員,另有10多名飛行員受傷,臺灣空軍的F-16戰斗機最近的幾次事故就是由線路短路造成的。
    (20)美國空軍F-4飛機在使用過程中,發現平尾搖臂出現意外,結果迫使美國1600多架F-4飛機和其它國家600多架F-4飛機全部停飛檢查,后經查明原因是材料的環境適應性差,對應力腐蝕比較敏感。
    (21)美國空軍F-111飛機曾經產生過可變翼樞軸接頭空中折斷的嚴重飛行事故,迫使美國空軍全部F-111飛機停飛檢查,后經查明是由于鍛造缺陷和應力腐蝕疲勞斷裂造成的。
    (22)1971年,美國空軍31種機械設備,使用只有兩年,由于溫濕度影響故障高達46000次。美國移動雷達系統在熱帶地區僅工作22天,許多元件失效;坦克在熱帶地區僅使用了30天,14輛坦克有10輛損壞;美軍班排電臺在大陸試驗通訊距離遠超過原設計指標(1600米),但在熱帶距離,通訊距離不到900米。
    (23)在夏威夷空軍基地跑道上,由于位于海拔1.8米且距海面只有91.4米,波浪常沖擊到跑道上,使所有的鍍銅天線僅幾天就腐蝕,無論飛機是在飛行還是在機場上停放,每隔七天就得更換一次天線,鍍鎘短波天線和偶極板天線15天就被嚴重腐蝕。
    (24)美國沿海空軍基地一次工作調查表明,引起事故的原因中,氣候環境占73%,全是由于在復雜自然環境作用下,產生腐蝕、老化、膨脹、開裂、長霉和蟲蛀所引起的;機械環境只占27%。
    (25)"沙漠風暴"行動中,美空軍裝備的高技術武器受制于夜幕、沙漠地形環境,常常影響空軍和地面部隊觀瞄系統的功能,致使現代觀瞄儀不能清楚地識別敵我車輛,造成1架"阿帕奇"武裝直升機誤傷多國部隊坦克。
    (26)2002年6月,美國海軍暫停了其156架F-14"雄貓"戰斗機在航母上的飛行任務,并繼續深入調查該型飛機前起落架的腐蝕問題,調查人員認真檢查每一架F-14戰斗機前輪,尤其是前起落架外氣缸壓桿的狀況。正是這一壓桿導致了2002年3月2日在地中海發生的一次F-14訓練飛行事故。在這次事故中,飛行員克喪生。事后,工程調查人員在現場發現了外氣缸腐蝕的證據。在這次大檢查中,每一架前起落架外氣缸壓桿腐蝕程度超過0.005英寸的F-14飛機都將被禁止參加航母飛行訓練,直至該壓桿被更換之后。每一架前起落架壓桿腐蝕程度不到0.005英寸的F-14飛機也被要求至少進行50次彈射檢測,確保腐蝕情況不會影響飛行。估計這一次對每一架F-14"雄貓"飛機的檢測工作需要15個工作小時。
    (27)海灣地區的酷熱致使電子系統特別是攻擊機上的干擾吊艙、"愛國者"(Patriot)防空導彈等裝備的處理與顯示系統及通信設備過熱,而發生未預料到的故障。
    (28)美國國防部在60年代進行的專門調查表明:環境造成武器裝備的損壞,占整個使用過程中損壞的50%以上,超過了作戰損壞;在庫存期,環境損壞造成的比例占整個損壞的60%。
    (29)第一次世界大戰期間,英國戰艦因鹽霧、海水腐蝕,造成40%戰艦返修。
    (30)駐阿富汗的英軍士兵近來多次發現新式的SA80-A2突擊步槍出現故障。主要原因是沒有考慮到"SA80-A2是在阿富汗多沙、溫差大的嚴酷環境中使用的"。SA80-A2的原型SA80在1986年開始裝備部隊后就招來了士兵們的一片抱怨之聲。尤其是在后來的海灣戰爭和塞拉利昂維和行動期間,這種槍支經常發生子彈卡殼的現象。另外,由于不能適應當地的風沙天氣,在阿曼參加演習的英國皇家陸軍的坦克有半數"趴了窩"。
    (31)海灣地區的酷熱致使發生未預料到的故障。英國的"美洲虎"(Jaguar)轟炸機也碰到嚴重過熱問題,影響了電子系統和飛行員的工作。
    (32)二戰期間的一個冬天,德國坦克在蘇德戰場上因低溫無法啟動而無法抵抗蘇軍凌晨發動的突擊,成為德軍走向失敗的轉折點。
    (33)伊拉克戰爭既是一場沙漠地區特殊作戰環境條件下的戰爭,又是一場高技術戰爭。人們看到,特殊的作戰環境條件難以使高技術武器裝備正常發揮威力,極大地削弱和限制了其作用的發揮。這種特殊的環境條件對作戰和保障都產生了不同程度的影響,尤其對綜合保障影響更大。沙漠地區溫度高,晝夜溫差大(白天高達40℃~50℃,夜間降至2℃),風沙也大,水源短缺,容易產生各種疾病,造成大量非戰斗減員。在沙漠酷熱條件下甚至可能會引起鋼材變形,使橡膠或金屬構件產生松動、膨脹和斷裂等,風沙和高溫還會使精密的電子裝備運轉不正常或失靈,電子線路被熱化后粘在一起;零配件也會加快磨損,坦克、飛機及車輛耗油量會比一般條件下增大,造成過濾器的堵塞。風沙還會使飛行員難以辨認遠處地平線上的沙漠和天空,使地面車輛失去目視聯系,從而導致飛行事故和出現行駛問題,這些都需要綜合科技保障的有力支持。
    通過以上案例可見,從世界范圍來講,各國自然環境條件各不相同,差異很大,從而造成材料和產品在不同自然環境中的環境適應性相差很大。在自然環境條件下,材料和產品的環境行為隨環境的不同差異甚大,是很難在實驗室進行人工模擬的,必須通過實地或現場測試,積累數據,掌握規律。因此,國際上普遍采用在典型自然環境中建立自然環境試驗站(場)的方法,通過材料和產品的自然環境試驗,了解各類自然環境的嚴酷度與特性,掌握材料和產品在各類自然環境中的適應能力與變化規律,以及自然環境因素變化對材料和產品性能所帶來的綜合影響等。由此可見,自然環境試驗是材料和產品發展的重要溯源性技術基礎,是評價材料和產品內在質量的重要手段,是材料和產品質量保證的重要環節。環境試驗和研究獲得的數據與規律,準確可靠,接近使用實際,對于產品合理選材,正確選擇防護措施,延長產品使用壽命,減少經濟損失是十分重要的。

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