内陆湿热地区机场环境谱编制

吴云章，沈军，钟勇，李伯舒，李健，肖阳

（1.陆军航空兵研究所，北京 101121；2.中国兵器工业第五九研究所，重庆 400039；3.陆军装备部装备技术合作中心，北京 100039；4.陆军航空兵学院，北京 101121）

飞机（直升机）的地面停放时间约占总使用时间的96%，飞机（直升机）地面停放环境谱（以下简称环境谱）是直升机在地面停放期间所经受的气候、化学、光照、热环境等各种“因素-时间”历程，包括环境中影响部附件功能的，对结构产生腐蚀/老化作用的各种环境因素的强度、持续时间、发生频率以及各种环境因素的组合。环境谱可为直升机疲劳寿命和日历寿命定寿、延寿，环境耐久性和腐蚀防护设计、改进、故障分析提供使用环境输入条件和验证考核条件，其应用贯穿了装备设计、验证、使用、维修全过程。

欧美发达国家非常重视环境因素数据的采集工作，通过覆盖全球的众多站点的持续监测，累积了海量的环境因素数据资源，编制了各种实用性极强的标准、手册、技术资料，为武器装备的环境适应性设计、评估、改进以及装备定寿延寿等提供强有力的指导和基础数据支撑。如MIL-HDBK-310《军用产品研制用全球气候数据》、MIL-STD-810G《环境工程考虑和实验室试验》第三部分“世界气候区指南”、美军条例AR70-38《军用装备在严酷气候条件下的研究、开发、试验以及评估》、Defence Standard 00-35《国防装备环境手册》第四部分“自然环境”、国际电工委员会标准IEC 60721-2-1《环境条件分类 第2-1 部分 自然环境条件 温度和湿度》等等。

国内已有多篇文献报道了环境谱编制方法的研究[1-8]及部分工程应用[9-12]，机场气象环境因素记录较全，化学环境因素缺失。因此，文中针对机场环境因素，以气象环境因素为基础，以现场测量化学环境因素为补充，开展机场环境因素采集和机场环境谱编制工作。

1 内陆湿热地区环境因素数据监测项目

影响飞机（直升机）日历寿命的地面主要环境因素分为气象环境因素和化学环境因素。虽然影响结构材料腐蚀/老化的环境因素很多，但就某一特定区域而言，可能只是其中几种环境因素在起主导作用。根据编制直升机地面停放环境谱的需要，内陆湿热环境下对直升机结构腐蚀/老化影响较为显著的气象环境因素主要有温度、湿度、降水（降雨量和降雨时数）、太阳辐射（日照时数、太阳总辐射、紫外辐射）等气象环境因素；较为显著且通常量值水平相对较高的大气污染物主要有大气中Cl-、SO2、氮氧化物NOx和雨水中、pH 值等。

特别指出，飞机（直升机）发动机运转时排放的尾气中常含有较多的氮氧化物，可能导致部队驻地大气环境中的氮氧化物含量较周围其他地区偏高，应重点持续监测机场驻地大气中氮氧化物NOx的量值。

2 内陆湿热地区环境因素数据采集方案

外场户外环境因素可在驻地外场合适的固定地点开展采集。其中温度、湿度、太阳总辐射、紫外辐射、日照时数、降雨量、降雨时数等环境因素数据由便携式自动气象站持续自动监测，数据通常以平均值或累积值的形式每1 h 采集记录1 次，采集内容见表1，自动气象站如图1 所示。机库内的温度和湿度由便携式温湿度传感器持续自动监测，数据以平均值的形式每30 min 采集记录1 次。

表1 机场外场气象环境因素监测项目与采集频率Tab.1 Meteorological environmental factor monitoring items of airport outfield and collection frequency

太阳辐射量用自动气象采集系统采集，其采集方式如图1 所示。辐射表0°角水平放置。参照GB/T 24516.1—2009《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀 地面气象因素观测方法》执行。

雨水在露天空旷的场地采集。NOx、盐雾（氯离子）、SO2等环境因素在不直接接触雨水、通风又良好的地方采集；NOx、盐雾（氯离子）、SO2等环境因素的监测采用连续采样法开展——利用挂片器在规定时间内（通常为一个月）进行大气沉积物的采集（如图2 所示），用于分析大气污染物沉积率，采集内容见表2。

雨水采样参照GB/T 13580.2—1992《大气降水样品的采集与保存》执行，NOx、盐雾（氯离子）、SO2沉积率的采样参照GJB 8894.1—2017《自然环境因素测定方法 第1 部分：大气环境因素》执行。雨水pH值的测定按照GB/T 13580.4《大气降水pH 值的测定电极法》执行。NOx、盐雾（氯离子）、SO2沉积率的测定按照GJB 8894.1—2017《自然环境因素测定方法 第1 部分：大气环境因素》执行。雨水的测定按照GB/T 13580.6《大气降水中硫酸盐测定》执行。雨水Cl-的测定按照GB/T 13580.9《大气降水中氯化物的测定 硫氰酸汞高铁光度法》执行。

表2 机场外场户外大气污染物监测项目与采集频率Tab.2 Atmospheric pollutant monitoring items of airport outfield and collection frequency

图1 自动气象站Fig.1 Automatic meteorological station

图2 大气污染物沉降率的采集器Fig.2 Collector of atmospheric pollutant sedimentation rate

3 环境谱编制

针对便携式自动气象站、温湿度传感器采集获得的气象环境因素数据和人工采集获取的大气污染物环境因素数据，对环境因素原始数据进行了详尽的统计分析，形成相应的月报表（见表3）、年报表等，为内陆湿热地区机场环境谱编制提供基础数据。

表3 某机场驻地201X 年1 月气象环境因素月报表Tab.3 Monthly report of meteorological and environmental factors in airport in January 201X

以机场近几年的气象环境因素统计数据为基础，月、年为单位，分析统计太阳辐射、温度、湿度等环境要素的强度、持续时间、发生频率以及时间比例，形成各单项环境要素月谱和年谱，如温度谱（见表4）、相对湿度谱（见表5）、日照辐射谱（见表6）、降水谱（见表7）、酸雨谱（见表8）、温度-相对湿度谱（见表9）、污染介质谱等，然后对单项环境要素谱进行归并处理，形成机场综合自然环境谱（见表10）。

表4 机场温度谱Tab.4 Airport temperature spectrum

表5 机场相对湿度谱Tab.5 Airport humidity spectrum

表6 机场太阳辐射谱Tab.6 Airport solar radiation spectrum

表7 机场降水谱Tab.7 Airport precipitation spectrum

表8 机场酸雨谱Tab.8 Airport acid rain spectrum

表9 温度-湿度谱Tab.9 Temperature-humidity spectrum

表10 机场综合自然环境谱Tab.10 Airport comprehensive natural environment spectrum

4 机场地区整体环境特征分析

1）机场实测数据与同地区常年数据对比分析。机场驻地外场实测数据与同地区城市气象站2004—2015 年数据对比，在年平均温度、年平均相对湿度、年太阳总辐射、年日照时数、年降水总量等主要气象因素数据方面，量值上无显著差异。由于大气污染物数据的采集较为复杂，文献资料中公布城市相关数据极少，无法开展比较。

2）基于温湿度数据的气候类型分析。GB/T 4797.1—2005《电工电子产品自然环境条件 温度和湿度》中以温度和湿度的日平均值的年极值的平均值为依据对不同气候类型进行了划分。参照该标准，机场驻地外场实测温湿度数据表明：从年平均温度、湿热月时间、高低温范围、所处地域等方面定性判定，机场驻地所处区域气候环境具有内陆湿热环境特点。

3）机场大气腐蚀性分类。GB/T 19292.1—2003《金属和合金的腐蚀 大气腐蚀性分类》中给出了依据大气潮湿时间、空气中二氧化硫含量和氯化物含量三个因素确定大气腐蚀性等级的方法。参照该标准，机场实测数据表明（见表10）：机场所处环境大气腐蚀性等级为C3 级（腐蚀性中等），见表11。

5 结论

1）分析了影响飞机（直升机）日历寿命的地面主要环境因素，确定了内陆湿热地区环境因素数据监测项目。

表11 机场大气腐蚀性等级Tab.11 Airport atmospheric corrosion level

2）开展了机场环境因素实测，针对环境因素进行数据统计，形成月报表。分析统计太阳辐射、温度、湿度等环境要素的强度、持续时间、发生频率以及时间比例，形成各单项环境要素月谱和年谱。然后对单项环境要素谱进行归并处理，形成机场综合自然环境谱。

3）机场环境均具有典型的内陆湿热地区非工业环境特点，大气腐蚀性等级中等（C3 级）。

4）NOx沉积率在机场大气污染物中占比高。

5）量化了内陆湿热地区服役直升机面临的使用环境，为内陆湿热地区直升机环境适应性考核验证和腐蚀防护设计提供了依据。