关键词：贮运箱 夹层 蒙皮 水密性 集中载荷 玻璃纤维增强塑料
1概述
目前贮运箱多为双层蒙皮结构，内蒙皮用来保证内筒的结构气密；外蒙皮用来保证内、外蒙皮之间的夹层结构水密，内外蒙皮之间用来敷设电缆并填充保温隔热材料。
通过对贮运箱故障发生部位、频次以及现象分析，发现贮运箱夹层进水是一个典型常见且不易处理的故障。我国大多现役贮运箱的夹层水密性能主要通过蒙皮带胶铆接的结构来保证，例如箱体中环筋、窗口与外蒙皮之间均通过铆接并胶封的方式；窗口密封则是通过紧固件将窗口盖的密封条压紧的方式。
2机理分析
经对贮运箱的结构以及主要结构部件和关键部位采取的密封方式分析，贮运箱夹层进水问题主要有以下几个原因：一是使用环境温度过高导致外蒙皮密封胶老化失效，经过长时间雨淋、雾气渗透后慢慢渗进夹层；二是窗口盖未紧固到位，窗口盖密封条与箱体间存在缝隙，导致雨水或海水从窗口流入夹层内；三是由于贮运箱外蒙皮局部形变导致密封失效而直接进水。
通过对贮运箱故障统计分析发现，在寿命期外蒙皮密封胶开裂情况很少。因为在贮运箱外蒙皮和安装面之间均匀涂敷的室温硫化密封胶已广泛应用于航空和军用方舱领域，寿命可达20年。飞机飞行海拔高度变化带来的温度变化影响远远大于贮运箱使用环境温度的变化。而且贮运箱仅有蒙皮搭接边缘与空气直接接触，大部分密封胶在蒙皮下方，不直接接触空气和紫外线，因此贮运箱10年寿命期内密封胶失效的可能性很低。
由于日常训练时需要打开相应窗口盖，如果对应窗口盖安装时紧固螺钉未按照相应要求拧紧，造成窗口盖无法压紧密封条，水就会进入窗口内，从而导致雨水流入夹层，这种故障通过强化操作者理论和实操知识培训以及严格规范日常训练操作行为基本可以避免。
在排除上述原因外，需要对贮运箱在使用过程中外蒙皮受力情况进行分析。在实际使用中，贮运箱外蒙皮受力主要来源为：一是夹层内的保护气体载荷压力；二是操作者进行吊装操作时踩踏在贮运箱上踩踏力。夹层内气体均匀分布，但贮运箱上部的踩踏力为集中载荷，贮运箱夹层局部进水应为集中载荷过大引起，在修理过程中，通过模拟多次施加集中载荷的方式验证了贮运箱外蒙皮局部形变导致密封失效这一故障机理。
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3解决措施
贮运箱外蒙皮安装的基本方法为：在外蒙皮和安装面之间均匀涂一层室温硫化密封胶，然后通过抽芯铆钉带胶铆接。箱体采用多个L型铝合金板组合而成，通过多个加强框加固。在舰上吊装贮运箱时，操作者需踩在贮运箱上操作，导致贮运箱上的集中载荷超过蒙皮母材的屈服强度，造成蒙皮局部变形，导致外蒙皮边缘翘起，而加强框之间的蒙皮中心点是变形最严重的地方，加强框之间间隔越大蒙皮抗压能力越弱。在正常操作时，外蒙皮在集中载荷作用下，外蒙皮产生形变，其边缘与密封胶之间产生位移，从而可能导致蒙皮和密封胶开裂，导致雨水进入到夹层中。而贮运箱吊装时受制于舰上空间以及贮运箱安装位置等多种因素，从作业人员安全性考虑，操作规程上允许操作者站在贮运箱表面完成吊装工作。贮运箱在日常训练使用中无法对载荷受损进行及时保养恢复，需要通过等级修理恢复技术状态，修理时通常是更换外蒙皮，同时对贮运箱箱体进行打磨、密封处理、铆接、喷漆等，但等级修理只能治标，无法从根本上解决外蒙皮受到集中载荷从而导致蒙皮破损故障的再次出现。
经过一段时间使用后，外蒙皮变形导致破损究其故障底事件主要是由于贮运箱夹层密封结构设计上强度不足原因引起。在修理中我们认为可以采取在外蒙皮与环筋之间、外蒙皮搭接处及所有铆钉位置上表面均匀涂抹一层室温硫化密封胶，或者通过增加贮运箱环筋数量以缩短加强框间隔的方法，以增加箱体的强度，减少贮运箱外蒙皮因受到一定强度的集中载荷导致受损破裂的故障发生，从而达到增强水密性的目的。但这种方法增加环筋数量有可能会影响贮运箱整体结构，导致贮运箱箱体重心的偏移，存在一定质量隐患和风险，需要贮运箱设计和制造单位进行综合论证。
4发展趋势
通过以上分析，我们得出要想从根本上解决贮运箱夹层进水故障，就必须从提高箱体承受应力上入手。随着人们对结构力学的进一步认知，目前主流作战舰艇装配的贮运箱的箱体设计成圆形，即利用在相同厚度材料下的圆形承压能力比方形高的特点。但箱体设计成圆形对箱体的承压能力提高空间受限，笔者认为主要可以从贮运箱箱体制造材料改进入手。
国内贮运箱箱体材料主要选用不锈钢和铝合金等金属材料，主要因为其设计和制造工艺简单、成本较低、强度较高。从当前相关研究及应用发现，国外已经开展了玻璃纤维增强塑料贮运箱的研究工作，并获得阶段性成果。
玻璃纤维增强塑料是一种性能优异的无机非金属材料，具有质量轻、机械强度高、绝缘性好、耐热性强、抗腐蚀性好等诸多优点。该材料逐渐被广泛应用在军事装备和民用产品上面，如防弹头盔、防弹服、直升飞机机翼、预警机雷达罩、各种高压压力容器、民用飞机直板、各类耐高温制品以及轮胎帘子线等。
玻璃纤维增强塑料良好的综合机械力学性能，能充分满足贮运箱受力强度的要求，且能达到潮气阻隔和电磁屏蔽目的，同时可以确保贮运箱箱体强度。因此，在对贮运箱的材料改变同时，我们还可以取消外蒙皮层，将箱体设计为单层结构，在箱体内壁喷涂耐高温烧蚀层，电缆可以采用侧鳍或腹鳍方式，从而从根本上解决贮运箱夹层的密封问题，从设计源头上减少故障发生的概率，降低修理成本，确保装备使用完好率。
论文作者:胡胜先
论文发表刊物:《科学与技术》2019年20期
论文发表时间:2020/4/17
标签：蒙皮论文; 夹层论文; 箱体论文; 载荷论文; 外蒙论文; 故障论文; 窗口论文; 《科学与技术》2019年20期论文;