本文從美國海軍戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變對海軍裝備維護和腐蝕控制需求的影響角度出發(fā)，闡述了美國海軍艦船腐蝕控制戰(zhàn)略的形成，航母維護及腐蝕控制理念、體制與技術(shù)的發(fā)展歷程，以期對國內(nèi)腐蝕控制愛好者能有所啟示。

 

　　文| 方志剛 海軍裝備研究院

 

　　美國是世界上艦船腐蝕控制技術(shù)最發(fā)達的國家，更是大型艦船如航母技術(shù)最為成熟和完善的國家，迄今已建造了70 余艘航母，目前已發(fā)展第三代核動力航母-福特級。作為保證大型艦船戰(zhàn)斗力和快速反應(yīng)能力的關(guān)鍵所在，耗費巨大的維護保障和腐蝕控制工作也一直是美國海軍面對的重大問題，并在其近百年發(fā)展史上積累了大量的經(jīng)驗教訓(xùn)。我們簡要分析美國艦船維護保障體制、腐蝕控制技術(shù)等的發(fā)展歷程以及改革創(chuàng)新，期望能對國內(nèi)腐蝕控制愛好者能有所啟示。

 

　　美國海軍艦船腐蝕控制發(fā)展戰(zhàn)略

 

　　美國海軍腐蝕控制戰(zhàn)略思想始于冷戰(zhàn)結(jié)束、成熟于21世紀(jì)初

 

　　（1） 長時間的“重建造、輕維護”.二戰(zhàn)以后，美國海軍在領(lǐng)先全球戰(zhàn)略方針的引導(dǎo)下，一直積極發(fā)展新型、大型戰(zhàn)略及戰(zhàn)術(shù)武器系統(tǒng)。然而，對其遍布全球的龐大艦隊的維護保障工作，尤其是腐蝕預(yù)防與控制， 長期以來卻一直沒有引起足夠重視。首先， 沒有統(tǒng)一的頂層規(guī)劃及指導(dǎo)方針，艦隊維護保障監(jiān)管機構(gòu)分散，層次不清，體制流程不盡合理；其次，投入不夠，腐蝕防護技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用相對滯后于裝備和材料的發(fā)展；第三，裝備維護和腐蝕控制評估制度不完善， 缺乏維護和過度維護并存。

 

　　（2） 高在航率、長維修間隔等需求越來越迫切。冷戰(zhàn)結(jié)束后，美軍戰(zhàn)略重心向亞太和中東地區(qū)轉(zhuǎn)移，軍費預(yù)算和海外基地、駐軍大幅縮減。這就要求海軍艦隊必須具備快速反應(yīng)能力以應(yīng)對區(qū)域突發(fā)危機， 從而使艦隊部署周期逐漸縮短，裝備維護保障工作量日益增加。海灣戰(zhàn)爭的考驗， 使原有裝備維護保障體制的兩方面弊端逐漸凸顯。一方面，繁雜而效率不高的艦隊維護保障工作使維護費用逐年大幅增加； 另一方面，維修周期不合理致使維護失誤、延誤較多，致使裝備安全、艦隊?wèi)?zhàn)備部署和反應(yīng)能力受到嚴(yán)重影響。多方面因素促使美國海軍逐步將裝備維護保障和腐蝕預(yù)防與控制體制改革列入日程。

 

　　（3） 腐蝕是裝備維護成本增加的首要因素。阿富汗戰(zhàn)爭和伊拉克戰(zhàn)爭之后，國防部推動的系列調(diào)研結(jié)果表明：首先，除人員費用以外，腐蝕是造成軍用裝備及基礎(chǔ)設(shè)施維護成本增加的首要因素；另外， 腐蝕是軍用裝備及基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期內(nèi)始終存在的普遍問題，腐蝕預(yù)防與控制必須作為一項長期戰(zhàn)略而統(tǒng)一實施。

 

　　（4） 腐蝕控制上升到國家戰(zhàn)略高度。進入到新世紀(jì)，腐蝕預(yù)防與控制開始受到美國國家高層的高度關(guān)注。自2003 年底開始，美國國會相繼頒布了一系列公共法案， 將國防裝備特別是HM 的腐蝕預(yù)防與控制提升至國家戰(zhàn)略高度，在體制、政策和技術(shù)多方面進行統(tǒng)籌考慮。2004 年，美國國防部公布了面向全國武裝力量的《腐蝕預(yù)防與減緩戰(zhàn)略規(guī)劃》，其宗旨在于：將腐蝕預(yù)防與控制貫穿于從裝備采購到維護的全壽命周期，以降低維護成本，減小腐蝕對于軍用裝備安全和戰(zhàn)備的影響。

 

　　美國海軍艦船腐蝕控制依靠體制保障

 

　　（1） 國防部牽頭裝備腐蝕控制的頂層設(shè)計。為實施腐蝕預(yù)防與減緩戰(zhàn)略規(guī)劃， 美國國防部首先確立了以國防部腐蝕政策與監(jiān)督辦公室（DoD CPO）為首的腐蝕預(yù)防與控制頂層機構(gòu)-國防部腐蝕預(yù)防與控制集成開發(fā)團隊（DoD CPCIPT），負責(zé)起草腐蝕預(yù)防與控制實施綱要-《腐蝕預(yù)防與控制計劃指導(dǎo)書》。該文件詳細描述了裝備和基礎(chǔ)設(shè)施全壽命周期內(nèi)的腐蝕預(yù)防與控制定義、指導(dǎo)方針、操作流程和實施規(guī)范。

 

　　（2） 三軍協(xié)作進行裝備腐蝕控制工作聯(lián)動。國防部指定隸屬于腐蝕預(yù)防與控制的陸軍、海軍、空軍腐蝕執(zhí)行官全面負責(zé)各腐蝕預(yù)防與控制跨部門協(xié)作團隊建設(shè)， 并制定腐蝕預(yù)防與控制長期規(guī)劃。

 

　　（3） 海軍實施腐蝕預(yù)防與控制長期規(guī)劃。美國海軍部實行了制度層面、管理層面、技術(shù)層面三方面的改革舉措，以期實現(xiàn)全海軍裝備的腐蝕預(yù)防與控制。

 

　　航母是美國海軍裝備腐蝕控制戰(zhàn)略的核心

 

　　海灣戰(zhàn)爭以前，美國航母維護保養(yǎng)工作沒有統(tǒng)一的頂層過程控制文件，缺乏共同的目標(biāo)準(zhǔn)則。整個維修工作流程是由各部門獨立制定的指導(dǎo)文件來進行控制。由于技術(shù)要求不統(tǒng)一而導(dǎo)致航母維護保養(yǎng)經(jīng)常出現(xiàn)延誤甚至失誤，從而使美軍航母在海灣戰(zhàn)爭中的快速部署能力受到嚴(yán)重制約。

 

　　此后，美國海軍部逐步確立了層次清晰的航母維護保障機制，并制定了詳細的過程控制文件和執(zhí)行規(guī)范。目前，美軍航母維修保障機制的框架結(jié)構(gòu)為：組織機構(gòu)-CT1 工作組，主要職責(zé)是監(jiān)督、審查和改進維修工作流程；執(zhí)行監(jiān)管-航母項目執(zhí)行官，逐步確立了以受助理海軍部長和海上系統(tǒng)司令部雙重領(lǐng)導(dǎo)的項目執(zhí)行官為核心的項目管理體制；基層實施-修造船廠。整個管理體系職責(zé)分明、工作流程順暢、各階段任務(wù)明確， 為保障航母的戰(zhàn)備狀態(tài)和艦隊快速反應(yīng)能力提供了必要的體制保障。

 

　　依靠關(guān)鍵技術(shù)發(fā)展來實施腐蝕控制戰(zhàn)略工程

 

　　進入本世紀(jì)以來，美國海軍研發(fā)并運用了一系列具有可減免維護、長效服役壽命、環(huán)境友好、高性價比等優(yōu)良綜合性能的新型腐蝕防護及腐蝕監(jiān)檢測新技術(shù)，以滿足新形式下大型艦船全壽命服役期內(nèi)的安全可靠運行和降低維護成本需求。主要包括如下關(guān)鍵技術(shù)：

 

　　艙室涂層

 

　　1999 年，美國海軍開始將UHS ER 超高固體份快速固化環(huán)氧涂料分別應(yīng)用于包括HM 在內(nèi)的艦艇艙室維護，取得了理想效果：UHS ER 涂層全部施工時間僅需35h, 可節(jié)省40% 的維護工時以及35% 左右的維護成本，1999 年至今仍不需維護，而材料成本等同于傳統(tǒng)涂層體系。

 

　　干舷涂層

 

　　2008 年以來，美軍逐步在水面艦艇干舷和上層建筑上推廣應(yīng)用單一快速固化聚硅氧烷涂料，也初步取得了預(yù)期效果。根據(jù)美國航母項目辦公室研究結(jié)論，提出了在艙室/干舷維護中使用服役壽命可達15~20 年的新型涂層的要求。另外，美國海軍研究局（ONR）主導(dǎo)的“未來海軍戰(zhàn)力”（FNC） 中長期研究計劃中，早在2004 年就對未來艙室涂層提出了服役壽命達到40 年的更高要求。2008 年開始實施的一項FNC 子項目提出將干舷涂層壽命提高3 倍的目標(biāo)。

 

　　防污涂層

 

　　目前，美軍HM 采用可滿足12 年服役壽命的含銅自拋光和污損釋放型的防污涂層體系，從而節(jié)省了大量維護費用。1997 年，海上系統(tǒng)司令部系統(tǒng)工程分部最早提出了大型水面艦艇入塢間隔延長至12 年的概念，并要求壓載艙涂層和水下船體涂層均需達到12 年服役壽命。

 

　　飛行甲板防滑涂層

 

　　從2009 年開始，海軍研究實驗室已就20 多種體系的F-35 B 和MV-22 艦載機用飛行甲板防滑涂層展開篩選，主要包括熱噴涂涂層、激光熔覆涂層和非晶合金涂層等金屬基涂層，以及聚硅氧烷、聚硅氮烷、聚磷腈等聚合物涂層。目前，已獲得10 種高耐久性涂層和7 種抗高溫涂層，并在惠德貝島級船塢登陸艦飛行甲板上展開實船驗證。

 

　　腐蝕監(jiān)檢測技術(shù)

 

　　由于大型艦船上有大量的艙室和干舷面積需要維護，近年來美國海軍采取了諸多腐蝕檢測新技術(shù)和方法來減免維護艦船艙室和干舷維護工作量，提高維護質(zhì)量和工作效率，如壓載艙/ 燃油艙艙室腐蝕監(jiān)測系統(tǒng)、內(nèi)艙腐蝕遠程監(jiān)控系統(tǒng)、干舷涂層維護評估系統(tǒng)等。

 

　　腐蝕監(jiān)控共享網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

 

　　2005 年以來，美國海軍通過基于網(wǎng)絡(luò)共享的“腐蝕控制信息管理系統(tǒng)”（CCIMS）， 以用來對所有HM 的艙室進行維護監(jiān)管， 使2005~2011 年間HM 的腐蝕狀態(tài)未知艙室數(shù)量由原來的45% 降低至2.3%,累計節(jié)省維護費用超過1000 萬美元。

 

　　新型涂層維護技術(shù)

 

　　2007 年以來，美國海軍為提高涂層去除的效率并降低成本，在艦船干舷、艙室和甲板涂層維護中逐步推廣感應(yīng)加熱去除涂層技術(shù)。2009 年以后，又推出了效率更高的激光去除涂層技術(shù)。

 

　　艦船腐蝕控制必須從戰(zhàn)略到戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)多個層面引起重視

 

　　從美國艦船維護保障和腐蝕預(yù)防與控制的發(fā)展歷程可以看出，作為確保艦船全壽命周期內(nèi)有效運行和降低維護保障費用的關(guān)鍵所在。

 

　　一是要開展艦船腐蝕控制戰(zhàn)略需求研究。需要開展海軍裝備腐蝕控制戰(zhàn)略研究、戰(zhàn)略管理與組織實施，需要將腐蝕預(yù)防與控制工程置于裝備技術(shù)發(fā)展的重要位置，需要開展腐蝕控制技術(shù)發(fā)展對艦船戰(zhàn)斗力的影響研究，需要開展艦船腐蝕經(jīng)濟學(xué)研究。

 

　　二是要開展腐蝕控制系統(tǒng)工程理論和方法需求研究。需要開展艦船腐蝕預(yù)防與控制的頂層設(shè)計，尋求系統(tǒng)控制的方法和途徑； 需要研究腐蝕控制系統(tǒng)工程的管理程序；需要研究腐蝕預(yù)防與控制系統(tǒng)控制設(shè)計方法、建造方法，減緩腐蝕發(fā)生的使用方法和措施， 腐蝕預(yù)防與控制的修理方法。

 

　　三是要研究腐蝕控制先進技術(shù)/ 材料/ 工藝。進行概念探索，研發(fā)材料、表面改性、加工工藝、監(jiān)檢測等領(lǐng)域的腐蝕科學(xué)與技術(shù)，以滿足艦船未來的設(shè)計需求；采用減少腐蝕和維護的先進技術(shù)，擴展原始設(shè)計壽命之后的艦船服役壽命，削減艦船設(shè)計、建造、服役全壽命周期內(nèi)的總體成本。具體包括：

 

　　（1） 基礎(chǔ)研究。著重探索新型多功能結(jié)構(gòu)材料，集中研發(fā)納米、生物材料及海軍專用合金體系；研究基于科學(xué)的腐蝕機制及過程，研究可指導(dǎo)減緩腐蝕技術(shù)發(fā)展的材料腐蝕發(fā)生/ 發(fā)展機制；利用表面強化、新型涂層、緩蝕劑或選擇性合金技術(shù)，開發(fā)可實現(xiàn)優(yōu)良鈍化的超可靠材料；研究包括微生物影響在內(nèi)的導(dǎo)致腐蝕發(fā)生/ 發(fā)展的海水環(huán)境及因素，以及相關(guān)腐蝕控制技術(shù)。

 

　　（2） 優(yōu)良綜合性能防腐蝕材料研究。研究新型多功能涂層技術(shù)，開發(fā)具有本征優(yōu)良性能的新型樹脂；開發(fā)低VOC、環(huán)境友好及性能改良的有機涂層；開發(fā)可等同甚至優(yōu)于現(xiàn)有材料性能的無機涂層；開發(fā)可延長使役壽命的新型涂層材料及工藝。

 

　　（3） 先進腐蝕模型、腐蝕/ 涂層數(shù)據(jù)庫開發(fā)及預(yù)測研究。開發(fā)多尺度腐蝕模型， 通過對材料、環(huán)境和力學(xué)性能數(shù)據(jù)的分析、物理效應(yīng)關(guān)聯(lián)與綜合，進行基于腐蝕的材料設(shè)計及選擇；開發(fā)基于知識共享領(lǐng)域的先進腐蝕預(yù)測技術(shù)。