0 引　言

海水系统是舰船装备的重要系统，包括日用海水系统、消防系统、水幕系统、海水冷却系统等，对于保证舰船装备的生命力、安全性及可靠性等指标至关重要。具有用量大、分布广、维修保养复杂的特点，设计选材、振动和噪声控制、综合防腐防污等直接影响舰船装备的综合性能。钛合金具有轻质、高强、耐腐蚀的特点，被欧洲、美国、俄罗斯广泛应用于舰船装备的耐压壳体、热交换器、冷凝器、核反应堆外壳以及配套管道系统，已经解决了焊接工艺、电偶腐蚀、生物防污等应用关键技术，同时正在开展深入研究，以更好解决经济性问题^{[1 − 2]}。在舰船装备研制过程中，钛合金海水管路系统的应用验证考核是一项非常重要的工作，长期以来没有形成成熟规范的评价方法。这对舰船研制工作顺利转阶段，以及进度、性能和成本的控制将造成严重影响。

2001年以来，美国国防部开始在国防采办项目中引入NASA提出的技术成熟度标准，并分别于2003，2005，2009，2011年公布了4版技术成熟度评价手册和指南，规范美军国防采办项目技术成熟度评价的程序和标准。2012－2014年，国内制定了相应的技术成熟度国家军用标准，包括2份顶层国军标和8份二级指南，其中就包括针对舰船装备的技术成熟度评价规范，技术成熟度评价在舰船领域的电磁兼容设计系统、大型舰船研制风险评估中也得到了应用，并开发了相应的评估系统^[3-8]。本文将技术成熟度评价方法引入到舰船装备钛合金海水管路系统评估工作，研究提出一种基于技术成熟度量化评价的决策方法，提高论证工作的科学性和精细化水平。

1 钛合金海水管路系统关键技术识别 1.1 钛合金海水管路系统技术分解结构

按照技术成熟度评价方法，根据大型舰船钛合金海水管路系统总体技术方案，构建大型舰船海水管路系统的技术分解结构（TBS），是对大型舰船海水管路系统自上而下逐级分解形成的一个层次体系。该层次体系以海水管路系统的设计、制造和试验为核心，由一群技术组成一个技术集合。它将海水管路系统的功能性需求层层传递下去，直至最底层的独立技术单元。该结构应能完全限定海水管路系统的功能划分，并表示出各个技术单元之间的关系。本文将钛合金海水管路系统分为总体设计技术、建造技术、成品件和保障技术四大类共42项技术单元。如图1所示。

1.2 钛合金海水管路系统关键技术清单

在技术成熟度评价方法论中，关键技术元素（CTE）是指：1）该项技术能否在可接受的研发进度，以及研发、生产和运行成本的范围内满足系统性能需求；2）该项技术或其应用方式是否是新的或新颖，再或其应用的领域内在详细设计或演示验证期间是否存在重大技术风险^[6]。按照重要性和新颖性原则，在针对42项技术单元进行遍历分析后，形成了包括钛合金离心泵技术等9项关键技术元素作为最终的关键技术清单，为后续开展技术成熟度评价奠定基础。

1）以钛合金离心泵技术为例，钛合金离心泵为实现泵设备的轻量化，抗海水腐蚀性及使用寿命，以抗腐蚀性能、质量密度及材料强度更优的钛合金替换原铜合金材料，主要更换泵体、叶轮等过流部件及泵轴等主要零件材料，以实现在海水环境下的使用。主要技术指标为: 流量20～150 m³/h，扬程30～90 m，吸上高度3.5 m，气蚀余量4 m等；主要技术难点为：主要零部件（泵体、叶轮、导叶）等铸件铸造工艺性、泵组整体材料不同海域耐腐蚀性能的研究。

重要性分析：钛合金离心泵对海水管路系统的流量、扬程、气蚀余量有直接影响，进而直接影响管路以及整个系统使用寿命。

新颖性分析：钛离心泵采用新材料，此前在民船上用过，但未在海水环境下使用，本文要求在海水环境使用，要考虑腐蚀、防污等因素，使用环境发生较大变化，存在技术风险。

2）以异种金属接触防腐蚀技术为例，钛合金海水管路系统中，在法兰连接、穿舱件、螺纹连接等地方，采用钛合金材料与铜、钢等金属点位差较大，容易产生电偶腐蚀。主要通过各种惰性材料（包括密封材料）制成垫片、套管，以及涂层等途径来方式钛合金与其他金属的接触，以防止发生电偶腐蚀。主要技术难点包括：高电位差的异种金属接触产生的电偶腐蚀防护控制有效性。

重要性分析：电绝缘组件、涂层等对防止管路系统异种金属连接的电偶腐蚀具有重大作用。

新颖性分析：电绝缘组件、穿舱件等已在现役舰船型号上获得使用，但未在钛合金海水管系环境中使用，服役环境发生较大变化，存在技术风险。

3）以钛合金防海生物防污技术为例，该防污装置包含电解防污控制仪和电解防污电极两部分，其中电解防污控制仪用于精确控制防污电流，利用低压直流电电解铜银复合阳极（或通过制氯阳极电解海水），使海水中生成包括亚铜离子和银离子（或次氯酸钠）在内的防污剂。产生的防污剂在管道中能够抑制海生物生长或杀灭海生物，使钛合金海水管路取得良好防污效果。主要技术指标为：输出电流直流0～2 A连续可调；输出电压直流0～12 V连续可调；半载纹波系数 $\leqslant $ 0.1%；直流电解出的防污铜离子浓度 $\geqslant $ 5 ppb；有效氯浓度 $\geqslant $ 20 ppb。主要技术难点是如何防止电解电极工作过程对钛合金氢脆的影响。

重要性分析：钛合金海水管路在使用过程中极易发生海生物污损，从而导致管路系统阻塞，影响系统的安全运行，防污装置的应用能够使生物兼容性良好的钛合金管路系统免受海生物污损，以保障系统的安全运行。

新颖性分析：该防污装置现已在民船上海水管路系统中得到应用，此外装置可对电流电压实现实时监测并能够提供超限报警，目前该装置首次在钛合金管路系统滤器中应用，可有效避免其他常规防污装置应用过程中对钛合金管路造成的杂散电流及氢脆危害。

2 钛合金海水管路系统技术成熟度评价规范

技术成熟度评价采用的评价标准包括TRL定义描述与TRL评价细则。其中，TRL定义描述可以用于衡量技术相对于项目或系统的成熟程度，已被美国、英国等多个国家广泛采用；TRL评价细则是对技术成熟度各等级的包含的研制工作更为细致的划分（与其研制流程紧密联系），是对TRL定义中的各种内涵因素深入细致的分析，可通过逐条对照的方法判定某项技术是否达到某一级的TRL^[6]。根据钛合金海水管路系统的研制特点，以《技术成熟度评价指南第六部分：舰船装备》国家军用标准（GJB/Z 173.6）为基础，按照可操作性和体现钛合金特点的原则，形成钛合金海水管路系统项目技术成熟度评价专用规范，为后续开展技术成熟度评价提供参考依据。

舰船装备钛合金海水管路系统技术成熟度评价专用规范包含TRL定义描述和TRL评价细则两部分。TRL定义分为9级，从技术载体、验证环境、逼真度等方面规定各级的具体要求，主要用于初步判定某项关键技术的技术成熟度；TRL评价细则根据项目实际特点，分为设备类、阀件类和管材类3部分，考虑到各关键技术的成熟度等级均集中在TRL3～7级，故本规范中主要围绕TRL3～7进行研究。

钛合金海水管路系统项目的TRL定义主要参照GJB/Z 173.6中关于舰船技术的TRL定义，分为9级，具体描述如表1所示。

评价细则部分，设备类等级细则71条，阀件类等级细则71条，管材类等级细则67条。以设备类第6级为例，共包含15条，主要分布在交叉技术影响、建模仿真、性能试验等方面，如表2所示。

3 钛合金海水管路系统关键技术成熟度评价 3.1 评价结果整体情况

按照评价方法和流程要求，首先制定了包含5层、42项技术单元的钛合金海水管路系统的技术分解结构（TBS），依据重要性和新颖性原则，对TBS中的各项技术元素进行遍历分析，结合钛合金海水管路系统研制积累的技术基础和进展情况，从42项技术元素中遴选出钛合金离心泵技术、异种金属接触防电偶腐蚀技术、钛合金防海生物防污技术等9项作为参评CTE。其次，根据钛合金海水管路系统的特点，参照《技术成熟评价指南第六部分：舰船装备》（GJB/Z 173.6），适用于钛合金海水管路系统的专用规范，TRL定义描述主要用于初步判定，TRL评价细则分为设备类、阀件类和管材类等3套评价细则，主要用于详细判定。最后，参照形成的评价标准，对15家单位、9项CTE开展了技术成熟度评价工作，通过与评价细则的逐项对比，综合判定各项CTE的技术成熟度均为5级，如表3所示。

3.2 某项关键技术成熟度评价示例

以异种金属接触防电偶腐蚀技术为例，该技术目前突破了钛合金海水管路系统电绝缘考核验证试验台架设计、电绝缘组件技术设计、新型电绝缘涂层（钛合金微弧氧化涂层和HGF溶解环氧涂层）研制等关键技术，通过在青岛陆上试验装置腐蚀试验区进行电绝缘组件和新型电绝缘涂层的安装应用，目前所设计的电绝缘组件和新型电绝缘涂层的绝缘有效性达到98%以上，并进行了相关环境考核试验，满足指标要求。

综上所述，钛合金海水管路系统电绝缘技术研究目前已完成全部技术设计、电绝缘组件设计、新型绝缘涂层研制。

1）青岛陆上试验装置目前试验结果表明，钛合金海水管路系统电绝缘技术设计和电绝缘组件设计能够满足钛合金与异种金属接触的电绝缘要求；

2）2种新型绝缘涂层的绝缘电阻和绝缘电位检测结果表明，新型电绝缘涂层对于钛合金海水管路系统电绝缘的有效性可达98%以上。

根据技术成熟度评价工作流程，开展“异种金属接触防电偶腐蚀”技术成熟度评价工作，在技术成熟度等级九级定义基础上，结合评价细则，对CTE“异种金属接触防电偶腐蚀技术”进行了技术成熟度判定，TRL 5级满足率100%（13条全部满足），TRL6级满足率80%（15条满足12条）。根据评价结果，可初步判定CTE“异种金属接触防电偶腐蚀技术”技术成熟度为5级。

该技术为集成技术，大部分技术已在目前国内外水面舰船和潜艇上得到成功应用，可作为满足陆上试验装置模拟环境考核的有效补充；少量尚未在水面主战舰艇上应用的技术（可拆卸螺纹接头/高绝缘溶结环氧涂层）按照目前考核现状预测，技术风险可控。建议后续：1）后续试验过程中重点关注未应用电绝缘组件和电绝缘涂层技术的服役可靠性/可维修性，及时改进；2）进一步完善该技术的工艺性能和工艺规范。

4 结　语

舰船研制周期长、风险大，对研制过程中的钛合金海水管路系统进行技术成熟度评价有利于系统、全面、客观地识别项目关键技术，以及量化标定关键技术风险，对项目风险控制和多种技术途径优选具有十分重要的意义。本文提出的海水管路系统技术成熟度等级定义及评价细则规范，以及基于技术成熟度等级（TRL）的多方案对比，为舰船研制转阶段决策工作提供重要方法论参考。