制導彈藥控制系統(tǒng)的可靠性預計

高萌 林義 呂向群 鄧振偉

摘要：本文給出了一種制導彈藥控制系統(tǒng)的可靠性預計的方法。通過對制導彈藥控制系統(tǒng)中電子部件、機械部件和光學器件的可靠性預計，得到儲存15a的制導彈藥控制系統(tǒng)仍滿足使用要求。該方法比較符合工程實際，對制導彈藥可靠性研究具有重要意義。

Abstract： A method of the reliability prediction of guided system is proposed in this paper. Considering the prediction results for aIl optic-mechanical-electronic components， the reliability of guided system that was stored for 15 years was 0.85. The method is inline with the engineering practice. It has a certain value for the reliability of guided munitions research.

關(guān)鍵詞：制導彈藥;控制系統(tǒng);失效率;可靠性預計

Key words： guided munitions;control system;failure rate;reliability prediction

中圖分類號：TJ450.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0182-03

0 ?引言

制導彈藥控制系統(tǒng)主要由電子部件、精密機械件和光學件等組成，制導彈藥區(qū)別于通用彈藥之處主要是控制系統(tǒng)。經(jīng)過多年研究，對于通用彈藥的可靠性已經(jīng)有了很好的掌握[1]。因此，要掌握制導彈藥的可靠性，關(guān)鍵是算出控制系統(tǒng)的可靠性?？煽啃灶A計，是指建立可靠性結(jié)構(gòu)模型，綜合產(chǎn)品的元器件的可靠性數(shù)據(jù)，得到產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性。

制導彈藥控制系統(tǒng)具有電子系統(tǒng)、機械系統(tǒng)、光學系統(tǒng)等。因而其可靠性具有復雜性與特殊性，需要綜合機械、電子、光學等各個方而，需要分綜合析其中的機電部件和光學器件的可靠性，以及各種應(yīng)力產(chǎn)生的影響。本文對控制系統(tǒng)進行可靠性預計，可從電、機、光三個方面進行分析，為制導彈藥可靠性的預計及壽命評估提供一種方法。

1 ?可靠模型的建立

某制導彈藥由控制艙和彈艙構(gòu)成。相對于傳統(tǒng)炮彈，制導彈藥控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復雜、技術(shù)密集度高?？刂婆搩?nèi)裝有彈上控制系統(tǒng)，由鼻錐部、自動導引頭、自動駕駛儀等組成。鼻錐部主要由待發(fā)程控裝置、風帽、電爆管和鼻錐裝藥組成。它用于保護導引頭的光學部件，并適時拋掉，露出光學元件。自動駕駛儀主要由整流罩、位標器和電子艙組成，它用于彈道末段捕獲目標并自動導向目標。自動駕駛儀由驅(qū)動裝置、慣性陀螺、電源裝置等組成。它用于控制彈丸按一定的導引規(guī)律飛行。通過制導彈藥控制系統(tǒng)的功能分析和組件單元的劃分，建立了其可靠性框圖模型，如圖1所示。

2 ?可靠性參數(shù)

可靠性參數(shù)是指度量產(chǎn)品可靠性的特征量，主要包括可靠度、失效率和可靠壽命等。

2.1 可靠度

可靠度是指控制系統(tǒng)在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)，保持各項預定功能不變的概率，用R（t）表示。其數(shù)學公式如下：

中位壽命是指可靠度R=50%的可靠壽命，通常用t0.5表示。當?shù)街形粔勖黷0.5時，一半產(chǎn)品會發(fā)生失效，也就是可靠度R和累積失效概率均為0.5。

特征壽命是可靠壽命的一種特例，即可靠度R=e-1的可靠壽命稱為特征壽命。

3 ?控制系統(tǒng)可靠性預計

制導彈藥控制系統(tǒng)中的電子元器件失效率與時間的關(guān)系，如圖2所示。故障率曲線圖反映電子元器件整個壽命期失效率的情況，通常稱為稱為“浴盆曲線”。失效率隨時間變化可分為三個階段：第一階段為早期失效期，即遞減型?？刂葡到y(tǒng)早期，其失效率較高而下降很快，主要原因在于設(shè)計、生產(chǎn)、貯存等過程造成的，以及受調(diào)試、加電、啟動等人為因素所等人為因素的影響。當上述因素造成的失效發(fā)生后，工作也逐漸正常，失效率開始變得穩(wěn)定，即失效率曲線在t0時刻變平。在t0時刻前稱為早期失效期。應(yīng)該主動想法避免早期失效的發(fā)生，即盡量縮短t0的時間。第二段成為偶然失效期，失效率曲線為恒定型，即從t0到t1間的失效率近似為常數(shù)。失效主要是由于誤操作、意外的天災以及一些尚不清楚的偶然因素所造成的。這一階段失效原因大多為偶然因素，因此，也叫偶然失效期。偶然失效期是控制系統(tǒng)的有效工作階段，這段時間稱為其有效壽命。第三段是耗損失效期，失效率是遞增型的。在t1以后失效率上升較快，這是因為產(chǎn)品（設(shè)備）上的某些零件已經(jīng)老化，壽命衰竭。因而失效率上升。針對耗損失效的原因.應(yīng)該注意檢查，監(jiān)控，預測耗損開始的時問，提前維修，使失效率仍不上升，以延長有效壽命。

3.1 電子可靠性預計

電子、電器設(shè)備可靠性預計有如下恃點：

①電子、電器設(shè)備的壽命多數(shù)服從指數(shù)分布。即失效率是常數(shù)，所以，通?？刹捎霉阶鳛轭A計設(shè)備或系統(tǒng)的可靠性指標。

②電子、電器設(shè)備是由電阻、電容、電子管、二極管和芯片等標準化的電子元器件組成的。對于這些標準元器件，已經(jīng)掌握了其失效規(guī)律，建立了相關(guān)的可靠性標準和手冊。國產(chǎn)電子元器件頂計可參照GJB《電子設(shè)備可靠性預計手冊》，進口電子元器件預計可參照美國軍用標準《電了設(shè)備可靠性預計》。

通常采用元器件應(yīng)力分析法對電子產(chǎn)品進行可靠性預計[2]。元器件應(yīng)力分析法是指電子元器件故障率服從指數(shù)分布，通過統(tǒng)計同一類型元器件的數(shù)量，再乘上這些元器件的工作失效率，最后求和計算出產(chǎn)品的故障率。對于產(chǎn)品中的非串聯(lián)部分，得到其可靠性要先計算出這部分等效串聯(lián)的失效率，再與其他串聯(lián)部分元器件的失效率相加。獲得元器件的基本類型、元器件的數(shù)量、元器件的質(zhì)量等級是進行元器件應(yīng)力分析的前提。利用這種方法預計產(chǎn)品故障率的一般表達式為：

3.2 機械結(jié)構(gòu)可靠性預計

機械系統(tǒng)現(xiàn)有的可靠性計算模型主要有串聯(lián)、并聯(lián)及混聯(lián)等。對于大多數(shù)機械系統(tǒng)，其中任意組成零件的失效，均會導致系統(tǒng)失效的發(fā)生。因此，最常見的機械系統(tǒng)模型主要是串聯(lián)模型。機械類產(chǎn)品不同于電子類產(chǎn)品，它的特點如下：

①機械部件相比電子部件，其通用性差，標準化程度也不高;

②機械部件的失效率通一般是變化的，其耗損、疲勞應(yīng)力往往是造成其故障的主要原因。

由于機械部件的這些特點，對于相似的機械部件，它們的失效率是不集中。采用已有統(tǒng)計數(shù)據(jù)預測其可靠性，結(jié)果通常精度不高。正是由于機械系統(tǒng)本身的復雜性、非標準性、數(shù)據(jù)的分散性等特征，使得機械系統(tǒng)可靠性建模工作有一定困難，可信度不大?，F(xiàn)有的許多模型都是在原來模型的基礎(chǔ)上所做的改善和細化，都存在原模型不可避免的缺點。參照國內(nèi)現(xiàn)行的有關(guān)技術(shù)標準，對機械可靠性的定量要求，一般采用活動部位的平均無故障工作次數(shù)這一指標量值。

本文通過相似產(chǎn)品類比論證法進行機械結(jié)構(gòu)可靠性預計。用相似設(shè)備法獲得的經(jīng)驗來進行可靠性預計，是將被評估的新產(chǎn)品與以往類似產(chǎn)品進行比較。將舊設(shè)備（產(chǎn)品）暴露出來的缺點作為新產(chǎn)品改進的重點。由于系統(tǒng)的可靠性與其內(nèi)部存在的缺陷密切相關(guān)，從舊產(chǎn)品上可以獲得產(chǎn)品的失效率與其內(nèi)部缺陷之間的關(guān)系系數(shù)。修正系數(shù)通過采用專家評分得到，綜合權(quán)衡后得出一個是效率修正因子D。該因子主要是指部件的材料結(jié)構(gòu)、工藝技術(shù)水平和工作環(huán)境等。已知原型號產(chǎn)品的MTTF=4.8×106h，通過專家評分得出下式中的修正系數(shù)：

因此，制導彈藥控制系統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的？姿新=？姿原·D=6.48×10-7h，平均無故障工作次數(shù)預計值T=1/？姿新=1.54×106h。

3.3 光學系統(tǒng)可靠性預計

國內(nèi)對光學系統(tǒng)可靠性的研究還比較少[4]。光學系統(tǒng)的失效模式，主要包括：霉菌、生霧、膜層脫落和應(yīng)力破裂。從實踐的角度來看，常規(guī)的光機電一體化產(chǎn)品的故障，絕大多數(shù)往往不是由于光學系統(tǒng)的失效所引起。在控制系統(tǒng)探測裝置中，對成像質(zhì)量無特殊要求，因此，對比某激光測距系統(tǒng)試驗數(shù)據(jù)[5]，初步預計光學系統(tǒng)的失效率為5（10-6h）。

4 ?結(jié)論

本文通過綜合電子、機械和光學系統(tǒng)可靠性預計來對制導彈藥控制系統(tǒng)可靠性進行了預計。經(jīng)過預計，儲存15a的制導彈藥，控制系統(tǒng)可靠度還可以達到0.85，還能滿足使用要求。該方法比較符合工程實際需要，操作性強，為制導彈藥整體可靠性水平預計提供了依據(jù)。

參考文獻：

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