導彈彈上儀器工作壽命考核方法探討

張仕念，顏詩源，徐軍，張國彬，李新俊

（火箭軍裝備研究院第三研究所，北京100094）

導彈彈上儀器工作壽命考核方法探討

張仕念，顏詩源，徐軍，張國彬，李新俊

（火箭軍裝備研究院第三研究所，北京100094）

導彈彈上儀器的工作壽命通常用一次連續(xù)工作時間和累計工作時間這兩個指標來表示，在通常情況下，其不僅要滿足額定工況下的工作時間要求，還需要滿足飛行要求。在彈上儀器設備的壽命考核試驗的過程中，由于對出現的故障采取了“歸零”措施，因而一般只能獲得零失效數據。因此，對導彈彈上儀器工作壽命考核方法進行了研究，提出了如下建議：為了保證試驗結果符合使用實際，在制定考核試驗方案時，應根據彈上儀器設備的壽命分布類型來計算試驗考核時間，同時試驗方案中的子樣應與使用實際一致。

導彈；一次連續(xù)工作時間；累計工作時間；工作壽命

0 引言

導彈交付部隊后包含了測試、戰(zhàn)備值班等“地面使用”環(huán)節(jié)[1]。在“地面使用”的過程中，部分彈上儀器設備處于工作狀態(tài)，特別是具有熱待機要求的產品，其在“地面使用”的過程中不僅處于通電工作狀態(tài)，而且熱待機時間要求較長，因此，彈上儀器設備的工作壽命的考核鑒定受到了各方的關注。

對于彈上儀器設備的工作壽命，一般要求其在額定工況下工作后仍能夠滿足導彈飛行的要求，通常采用地面鑒定試驗來對其進行考核。在具體的試驗過程中，通常包含兩種情況:一種是按照額定工況進行工作壽命試驗，若樣品在試驗時間還未達到考核值前出現故障，故障前還沒有進行地面鑒定試驗，不能判斷其故障前能否滿足導彈飛行的要求，則不能將其作為工作壽命評估的完整子樣，此時需要對出現的故障進行“歸零”，即針對試驗過程中出現的故障采取改進措施，并通過試驗來驗證改進措施是有效的，不會再發(fā)生相同的故障；另一種情況是按照額定工況試驗到工作壽命考核值后無故障，再進行地面鑒定試驗，若地面鑒定試驗未通過，仍然需要對地面鑒定試驗中出現的故障進行“歸零”，若地面鑒定試驗通過，表明其滿足導彈飛行的要求，但是，此時只能獲得零失效數據。

本文將針對導彈武器彈上儀器設備工作壽命考核試驗的這些特點，討論一次連續(xù)工作時間和累計工作時間這兩個指標的考核試驗方法。

1 工作壽命指標

彈上儀器設備的工作壽命通常采用一次連續(xù)工作時間和累計工作時間這兩個指標來表示，并且要求一次連續(xù)工作時間之和不大于累計工作時間。彈上儀器設備的工作壽命指標通常是以作戰(zhàn)使用方式和要求為依據論證提出的。例如:設某導彈武器具有熱待機要求，作戰(zhàn)使用需求是，每次熱待機30 d，壽命周期內需待機5次，測試150次。其計算機和慣性儀器為熱待機通電設備，發(fā)射機為熱待機不通電設備，每次測試過程中計算機、慣性儀器和發(fā)射機的工作時間分別為4、5、2 h。計算機和慣性儀器的一次連續(xù)工作時間要求不低于30×24= 720 h，其中，計算機的累計工作時間要求不低于5×720+150×4=4 200 h，其他設備的相關數據可用類似方式計算，具體的指標如表1所示。

表1 彈上儀器設備的工作壽命指標要求（置信度取0.8）

2 考核試驗方案

導彈武器彈上儀器設備工作壽命的考核試驗，往往只能獲得零失效數據，可參考可靠性鑒定試驗的基本做法，根據工作壽命指標的要求值安排考核試驗的子樣數和試驗時間。具有工作壽命指標要求的彈上儀器主要為電子產品和機電產品，電子產品的工作壽命一般服從指數分布，機電產品的工作壽命一般服從威布爾分布，因此，以下將針對這兩類產品分析其參試子樣和試驗時間的計算方法。

a）電子產品

對于電子產品，其壽命服從指數分布。設n臺某產品在額定工況下進行工作壽命試驗的試驗時間為ti（i=1，…，n），當試驗過程中無故障，試驗后通過地面鑒定試驗時，置信度為γ的平均壽命最優(yōu)置信下限為[3]:

因此，累積試驗時間T為:

由式（2）可見，要滿足指標要求，其累計無故障工作時間應達到-ln（1-γ）θL。例如:γ分別取0.7、0.8、0.9、0.95時，在額定工況下的無故障試驗時間應達到1.20、1.61、2.30、3.00 θL，并且通過地面鑒定試驗，才能滿足指標要求。顯然，γ取0.8時的計算結果1.61 θL與GJB 899A《可靠性鑒定和驗收試驗》的統(tǒng)計試驗方案8中給出的最小接收值1.72 θ1是接近的。

按照式（2）計算所得的結果，是在電子產品的失效“無記憶”的前提下得到的，并且沒有回答“一次連續(xù)工作時間”這一指標是否滿足要求這一問題。因此，在工程實踐中進行試驗考核時，需要參照式（2）的計算結果來制定考核試驗方案的試驗時間，且制定的試驗方案應包含與使用需求一致的工程子樣。例如:對于表1中的計算機，考核試驗方案要求其在額定工況下的無故障試驗時間達到-ln（1-0.8）×4 200=6 760 h，并且至少有1個樣本達到要求一次，連續(xù)工作720 h，共5次，累積工作時間達到4 200 h后，通過地面鑒定試驗。若在考核試驗中出現故障，則需對故障部位采取“歸零”措施，然后對歸零后的產品進行重新考核。由于每次測試的工作時間為4 h，遠小于一次連續(xù)工作時間720 h，即一次連續(xù)工作時間的考核覆蓋了測試工作時間的考核，因此，此處不再對測試工作時間單獨進行考核。

b）機電產品

機電產品的壽命分布函數一般服從兩參數威布爾分布，即:

式（3）中:m——形狀參數；

η——特征壽命（尺度參數）。

其平均壽命為[4]:

式（4）中:Γ（·）——Γ函數。

設n臺某產品在額定工況下的試驗時間為ti（i=1，…，n），當試驗過程中無故障，試驗后通過地面鑒定試驗時，特征壽命η的γ單側置信下限為:

平均壽命的γ單側置信下限為:

由式（3）-（4）得:

當試驗過程中受試產品的試驗時間相同時，單臺產品的試驗時間為:

可見，試驗件的試驗時間是由指標要求、樣本量、置信度和形狀參數等參數決定的。在工程實踐中，由于彈上產品價格昂貴，試驗樣本量一般為1～4件；在產品研制階段由于缺乏試驗信息，形狀參數m很難通過試驗數據的計算來獲得，只能根據工程經驗和相似產品的信息進行選取，一般在1.5～4之間取值；置信度屬于指標要求值，是已知的。因此，可以根據已知條件對試驗時間進行計算，例如:針對表1中的慣性器件，置信度γ= 0.8，按照式（7）進行計算，部分結果如表2所示。

表2 機電產品最小試驗時間計算結果

由表2可知，對指標θ進行考核，樣本量為1時，最少要求產品無故障試驗時間達到1.52 θ；樣本量為2時，最少要求2臺產品的無故障試驗時間均達到1.04 θ；樣本量為3時，最少要求3臺產品的無故障試驗時間均達到0.94 θ；樣本量為4時，最少要求4臺產品的無故障試驗時間均達到0.88 θ。

制定機電產品的工作壽命考核方案時，重點考慮試驗時間和樣本量兩個因素，應參照式（7）的計算結果，并包含與使用需求一致的工程子樣。例如:對于表1中的慣性器件，參考GJB 899A的基本要求，其樣本量一般應大于2，安排2臺試驗件開展考核試驗，參照表2中試驗件數量為2時的計算結果，其考核鑒定方案是2臺試驗件在額定工況下進行工作壽命試驗，試驗過程中至少有1臺試驗件一次連續(xù)工作720 h，共5次。2臺試驗件累計工作時間達到1.1 θ=4 785 h無故障，并且通過地面鑒定試驗。若在考核試驗中出現故障，則需對故障部位采取“歸零”措施，然后對歸零后的產品重新進行考核。

3 結束語

導彈武器彈上儀器設備的工作壽命，直接影響導彈服役期間的測試次數、熱待機時間和熱待機次數等使用性能。由于在彈上儀器設備工作壽命試驗和地面鑒定試驗過程中，通常對出現的故障采取“歸零”措施，往往只能獲得零失效數據。在制定工作壽命的考核試驗方案時，為了更加貼近實際的使用情況，在根據彈上設備的失效分布類型按照零失效數據的計算方法計算滿足指標要求的考核試驗時間值的同時，還應包含與使用實際一致的子樣。該方法在某型導彈工作壽命的定型鑒定試驗中得到了應用，并獲得了導彈使用方和研制方的一致認可。

[1]孟濤，張仕念，易當祥，等.導彈貯存延壽技術概論[M].北京，中國宇航出版社，2013.

[2]海衛(wèi)華.一種基于在線預測的航天產品熱待機剩余壽命評估方法研究[J].航天制造技術，2012（8）:63-67.

[3]趙宇，楊軍，馬小兵.可靠性數據分析[M].北京:國防工業(yè)出版社，2011.

[4]賀國芳，許海寶，瞿榮貞.可靠性數據的收集與分析[M].北京:國防工業(yè)出版社，1995.

[5]可靠性鑒定與驗收試驗:GJB 899A-2009[S].

Discussion on the Working Life Assessment Method of Missile-borne Instrument

ZHANG Shinian，YAN Shiyuan，XU Jun，ZHANG Guobin，Li Xinjun
（The Third Institute of Rocket Force Equipment Research Institute，Beijing 100094，China）

The working life of missile-borne instruments is usually expressed by one-time continuous working time and accumulated working time.In general，it is necessary not only to meet the working time requirements under the rated working condition，but also to meet the flight requirements.Because the“return-to-zero”is often adopted to deal with the failures appearing in the process of life assessment of missile-borne instruments，so only zero failure data can be acquired through the test.Therefore，the assessment method of the working life of the missileborne instruments is studied，and the suggestion that the test time should be calculated according to the life distribution type of the missile-borne instruments and the samples used in the test should be consistent with the actual use while developing the assessment test program is put forward so as to ensure that the test results are in line with the actual use.

missile；one-time continuous working time；accumulated working time；working life

TJ 760.6+23

A

：1672-5468（2017）02-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.02.001

2016-09-18

張仕念（1976-），男，云南魯甸人，火箭軍裝備研究院第三研究所副研究員，碩士，主要從事導彈武器可靠性與貯存延壽研究工作。