基于性能參數(shù)的某發(fā)射箱前蓋可靠性評估

劉龍濤，張保剛，張興勇，于喆，俞劉建，安慶升

（上海機電工程研究所，上海 201109）

某發(fā)射箱前蓋（以下簡稱前蓋）是某艦載防空導(dǎo)彈發(fā)射箱的重要組成部分，具有發(fā)射時易裂不脫落的特征。前蓋在箱彈產(chǎn)品貯存、運輸、艦載值班等任務(wù)剖面下，與發(fā)射箱其余部組件共同實現(xiàn)發(fā)射箱充氮正壓氣密狀態(tài)，為導(dǎo)彈提供良好的貯存環(huán)境。在導(dǎo)彈垂直熱發(fā)射任務(wù)剖面下，前蓋在導(dǎo)彈發(fā)動機高壓燃氣作用下脹破開蓋，為導(dǎo)彈提供發(fā)射出箱通道，且前蓋不脫落、無碎片產(chǎn)生，避免蓋體脫落后損壞艦面設(shè)備或砸傷人員。發(fā)射任務(wù)剖面下，前蓋開蓋的可靠性直接關(guān)系到導(dǎo)彈成功發(fā)射的可靠性，武器系統(tǒng)對前蓋發(fā)射任務(wù)可靠性具有較高可靠性指標要求。

針對高可靠的航天機械產(chǎn)品可靠性評估，周忠寶[1]給出了融合性能退化數(shù)據(jù)和壽命數(shù)據(jù)獲取壽命分布的一種貝葉斯方法，以及利用性能退化參數(shù)來進行可靠性評估的方法。李超[2]給出了隨機振動條件下機械產(chǎn)品采用應(yīng)力強度干涉模型小子樣可靠性評估方法。張保剛[3]等基于有限元方法，根據(jù)氣密模型對發(fā)射筒O 形密封結(jié)構(gòu)的密封性能夠進行可靠性評估。上述方法可用于長期服役的航天機械產(chǎn)品可靠性評估，但不適用成敗型產(chǎn)品前蓋發(fā)射任務(wù)的可靠性評估。發(fā)射任務(wù)下，發(fā)射箱前蓋在發(fā)動機燃氣作用下的瞬間開蓋過程與火工品發(fā)火過程類似，只有一次性動作。李翰朋[4]等針對火工品可靠性評估問題，提出了一種采用共軛先驗信息來求可靠性下限的方法。該方法沒有充分利用產(chǎn)品性能試驗數(shù)據(jù)，導(dǎo)致可靠性評估的結(jié)果可能偏向保守。喬亮等[5]提出了基于失效物理的電子產(chǎn)品可靠性預(yù)計方法，但不能應(yīng)用于可靠性評估。劉志全[6]提出了航天機構(gòu)類產(chǎn)品可以采用性能參數(shù)進行評估。結(jié)合失效物理分析，針對高可靠要求的成敗型機械產(chǎn)品采取性能參數(shù)進行可靠性評估，既充分利用了產(chǎn)品性能又能節(jié)省試驗費用。

1 成敗型產(chǎn)品的可靠性評估方法

1.1 特征量為失敗數(shù)

如果基于特征量為失敗數(shù)方法進行可靠性試驗制定，則依據(jù)GJB 376—87[7]《火工品可靠性評估方法》。在根據(jù)可靠性指標R（需要驗證）來設(shè)計此類成敗型產(chǎn)品的可靠性試驗方案時，需要詳細地說明試驗對象、試驗內(nèi)容、試驗條件、可靠性特征量X 及其分布、可靠性指標R、試驗判斷風險β（）和投試樣本數(shù)量n。

可靠性指標的公式為R=P(X>X0)，其量值一般由武器系統(tǒng)來分配給各單機產(chǎn)品。β 的公式為β=1-γ（γ為置信度），其量值一般由武器系統(tǒng)統(tǒng)一規(guī)定取值。n則需要參考被試產(chǎn)品投產(chǎn)批量N 的大小來決定。

分別以采用溫度為40，50，60，70℃的熱風作為干燥熱源，以物料薄層厚度5cm，風速0.6m/s下進行高水分小麥干燥，探討不同干燥溫度對物料含水率及干燥速度的影響。

若N≥10n，當失敗數(shù)F=0 時，根據(jù)R 和β 決定n：

將被試前蓋反向放置，密封面朝上，與臺面接觸部位用干凈的軟布或海棉鋪墊，檢查密封面及密封溝槽并進行清理。確認壓力傳感器和數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)連接正確，且正常工作，閥門開閉正確。將密封圈放入溝槽，然后將被試產(chǎn)品框?qū)蕜討B(tài)脹破試驗工裝的接口法蘭進行裝配，要求螺釘受力均勻。完成設(shè)備調(diào)試及產(chǎn)品安裝后，試驗設(shè)備及產(chǎn)品安裝如圖1 所示。開啟充氣閥門，向貯氣罐內(nèi)充入0.4 MPa 的壓縮空氣，模擬導(dǎo)彈發(fā)動機燃氣壓力。開啟數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，啟動放氣閥門，貯氣罐內(nèi)的壓縮空氣快速釋放脹破蓋體。采集蓋體破裂時的最高瞬間壓力，脹破后查看蓋體破裂情況。

1）對于要求X≤XU的情況，在其特征量受單側(cè)參數(shù)限制的時候，可以通過查閱GB 4885[8]中R、n、γ 的值求得裕度系數(shù)K，若則說明設(shè)計的產(chǎn)品能夠滿足可靠性指標；對于要求X≥XL的情況，若則說明能夠滿足可靠性指標。否則，就表明設(shè)計的產(chǎn)品不滿足可靠性指標，需要繼續(xù)優(yōu)化改進，提高產(chǎn)品的可靠性。

由于前蓋有生產(chǎn)過程復(fù)雜、周期長及制造成本較高等特點，基于研制周期和研制成本考慮，顯然基于特征量為失敗數(shù)的可靠性試驗方案（試驗樣本量為1200 只前蓋）在航天工程應(yīng)用中是不能接受的，因此采用二項分布評估方法不可行。

1.2 特征量為性能參數(shù)

基于特征量為性能參數(shù)的可靠性試驗方案制定時，首先要明確前蓋產(chǎn)品的哪個性能參數(shù)為特征量。導(dǎo)彈發(fā)射時，發(fā)動機點火產(chǎn)生大量的燃氣，在封閉的發(fā)射箱內(nèi)迅速積蓄壓力，當壓力上升至前蓋破壞臨界點，前蓋將會沿應(yīng)力槽破裂脹開。系統(tǒng)給的性能指標要求為“前蓋開蓋壓力不小于0.06 MPa 時，蓋體則應(yīng)被可靠脹破，且無脫落”。蓋體的結(jié)構(gòu)強度是影響蓋體正向承壓可靠度的主要因素，開蓋壓力直接表征蓋體強度，因此選取開蓋壓力為特征量。確定開蓋壓力為可靠性特征量后，按照上述提供的可靠性驗證試驗制定方法，確定可靠性驗證試驗方案，見表1。前蓋生產(chǎn)過程受控，工藝參數(shù)分布符合正態(tài)分布，因此前蓋的開蓋壓力也符合正態(tài)分布。

試驗測試的前蓋開蓋壓力的數(shù)據(jù)結(jié)果見表2。開蓋壓力均大于0.06 MPa，滿足性能指標要求。

原本是江南賭坊的老板。被裴顏看中接位。在他擔任盟主期間，江湖盟真正成為一支可以與江湖其他勢力相抗衡的力量。

假設(shè) n 次試驗獲得的樣本有效觀測值為xi(i=1,2,…,n)，則樣本均值和樣本標準差S 分別為：可靠性試驗結(jié)果的判斷規(guī)則如下所述。

其三，“三五”式。有“盡無言、誰會憑高意”(柳永)、“想閨中、錦換新翻暈”(朱敦儒)、“奈飄風、不許蓬萊近”(朱敦儒)等詞句。

總之，鑒于現(xiàn)階段不斷變化的教育教學環(huán)境，為了促使自身數(shù)學綜合能力全面提升，作為高中生的我們也需要跟上時代的步伐，持續(xù)根據(jù)實際情況進行學習策略創(chuàng)新活動，最終在實現(xiàn)高效學習的基礎(chǔ)上益于自身數(shù)學綜合素養(yǎng)全面養(yǎng)成。

2）對于要求XL≤X≤XU的情況，若，則說明設(shè)計的產(chǎn)品滿足可靠性指標。其中，K1和K2可以通過查閱QJ 1384[9]中n、γ、p1、p2的值獲得。

綜上所述，當設(shè)計師在設(shè)計此類特征量即為性能參數(shù)的航天產(chǎn)品的可靠性試驗方案時，無論是產(chǎn)品的特征量受單側(cè)參數(shù)限制還是雙側(cè)參數(shù)限制，都需要設(shè)計師在試驗方案中詳細地列出試驗對象、試驗內(nèi)容、試驗條件、可靠性特征量X 及其分布、特征量容許限（下限XL或上限XU）、可靠性指標R、試驗判斷風險β 和投試數(shù)量n。其中，R 和β 一般由航天產(chǎn)品的分系統(tǒng)和總體來共同確認，n 一般大于5。

對于復(fù)雜的系統(tǒng)級產(chǎn)品，特別是航天系統(tǒng)的可靠性評估，則需要根據(jù)系統(tǒng)的特點構(gòu)建可靠性模型，進行可靠性綜合評估[10]。

2 前蓋可靠性驗證試驗

2.1 可靠性指標要求

武器系統(tǒng)分配給前蓋的可靠性指標為：在置信度γ=0.7 時，前蓋開蓋的可靠度不低于0.999。合格判據(jù)為：導(dǎo)彈發(fā)射時，前蓋在發(fā)動機燃氣壓力作用下沿著應(yīng)力槽脹開，前蓋蓋體分為均勻的四片，且不脫落，開蓋壓力不小于0.06 MPa。前蓋開蓋過程為瞬間的一次性動作，開蓋結(jié)果只有成敗之分，與火工品發(fā)火過程類似。

2.2 采用失敗數(shù)的可靠性驗證試驗

前蓋可靠性驗證試驗對象為驗收合格的前蓋，試驗內(nèi)容為模擬發(fā)動機點火時前蓋受壓開蓋，試驗條件為常溫常壓條件，可靠性特征量為前蓋開蓋是否成功（符合二項分布），可靠性指標R=0.999、試驗判斷風險β=0.3，則試驗樣本數(shù)n 為：

因此，可以認為可靠性試驗的判斷規(guī)則如下：若n 次成敗型試驗中失敗數(shù)F=0，則產(chǎn)品滿足可靠性指標。反之，則不然。

2.3 采用性能參數(shù)的可靠性驗證試驗

特征量為性能參數(shù)的航天產(chǎn)品較為普遍，例如導(dǎo)彈艙段分離裝置，要求其輸出的推力X 既不能過大也不能過小，須控制在一定范圍內(nèi)；飛船著陸器緩沖裝置產(chǎn)生的過載系數(shù)X 必須保證達到有效緩沖效果，同時保證宇航員安全，在生理可承受的范圍內(nèi)。這類產(chǎn)品的可靠性特征量就是其性能參數(shù)X。它將受到特征量容許下限XL和上限XU雙側(cè)參數(shù)的限制（XL≤X≤XU），可靠度R=P。然而，有些產(chǎn)品的性能參數(shù)只受到單側(cè)參數(shù)的限制。例如，在某航天產(chǎn)品中，要求密封艙的漏率X（可靠性特征量）不大于特征量容許上限（最大漏率）XU，即X≤XU，對應(yīng)的可靠度R=P（X≤XU）。

表1 可靠性驗證試驗方案Tab.1 Reliability verification test scheme

依據(jù)R=0.999，n=6，γ=0.7 查GB 4885 得到可靠性特征量裕度系數(shù)K 應(yīng)不小于4.025，前蓋才能滿足可靠性指標要求。

D是實施。有了計劃之后，要輔導(dǎo)落實，要與員工溝通，告訴他營銷計劃。實施計劃的過程中，每個環(huán)節(jié)人員如何參與？如何轉(zhuǎn)化為行動？如何制定自己的行動計劃？如何去實施？弄清楚流程中的每個環(huán)節(jié)，員工應(yīng)如何去做，這即是實施或執(zhí)行。

若N<10n，則n 由式（2）決定或依據(jù)R、N 和γ查GJB 376 獲得。

雖然國內(nèi)外的學者的研究對象不同，但在建設(shè)和運營財務(wù)共享服務(wù)中心關(guān)鍵的觀點相對一致。特別是在梳理了大量的國內(nèi)研究成果后發(fā)現(xiàn)，國內(nèi)在建設(shè)運營財務(wù)共享服務(wù)時，更多的考慮到了國內(nèi)法律、制度、文化，更多的結(jié)合了國內(nèi)實際的發(fā)展環(huán)境和企業(yè)的自身特點。

圖1 試驗裝置Fig.1 Test instrument

生產(chǎn)了6 只驗收合格的前蓋進行了動壓脹破試驗，試驗過程順利，試驗后檢查產(chǎn)品展開情況均正常，四片裂片沿應(yīng)力溝槽均勻斷裂，蓋體無脫落，符合設(shè)計要求，如圖2 所示。

圖2 前蓋脹破試驗Fig.2 Burst test of frangible cover

一般而言，對于那些特征量受雙側(cè)參數(shù)限制的情況，在給出XL和XU的同時，還需給出特征量下限超差概率p1和上限超差概率p2。p1和p2滿足關(guān)系式R=1-(p1+p2)。其中，XL、XU、p1、p2均為設(shè)計指標。

3.2.2 蓖麻PIP5K基因家族各成員在同種花序不同基因的相對表達量 綜合圖4的熒光定量PCR結(jié)果來看，除PIP5K4的表達未能檢測到熒光，因此PIP5K4可能與花序軸性狀無太大關(guān)系，有待進一步探究。而PIP5K1、PIP5K2、PIP5K8、PIP5K9的相對表達量較高。PIP5K6及PIP5K11均有少量的表達。并且無論在單雌、標雌還是兩性植株中，無論在4葉期、5葉期、主莖穗期及二級分支期，PIP5Ks基因家族的相對表達量的變化趨勢都較為相近。因此判斷蓖麻PIP5Ks基因家族對蓖麻花序軸性狀起到共同調(diào)控的作用。其調(diào)控機制有待進一步研究。

表2 前蓋動壓脹破試驗結(jié)果Tab.2 Dynamic pressure burst test results of frangible cover

3 前蓋發(fā)射任務(wù)可靠性評估

根據(jù)表2 的試驗數(shù)據(jù)，計算得到前蓋可靠性特征量開蓋壓力σ 的正態(tài)分布統(tǒng)計參數(shù)：

簡易垃圾填埋場滲瀝液的影響主要表現(xiàn)在：①過高的滲瀝液水位會對填埋場底部產(chǎn)生較大的浮托作用，影響垃圾邊坡的穩(wěn)定和填埋垃圾自身的穩(wěn)定，不利于填埋作業(yè)；②滲瀝液和地下水相互作用，一旦垃圾滲瀝液進入地下水域，將對地下水環(huán)境造成不可逆轉(zhuǎn)的二次污染，這在現(xiàn)代衛(wèi)生填埋場中是嚴厲禁止的［1］。

為得到前蓋的發(fā)射任務(wù)可靠度，得到開蓋壓力設(shè)計裕度：

因此在置信度γ=0.7、樣本量為6、設(shè)計裕度為4.396 時，查GB 4885 得到前蓋發(fā)射任務(wù)可靠度為0.9996，滿足系統(tǒng)分配的可靠性指標要求。

在可靠性驗證試驗中，為評估前蓋可靠性，如果采用常規(guī)的成敗性二項分布評估方法來制定可靠性驗證試驗方案，需要龐大的試驗子樣和試驗經(jīng)費，實際工程中無法接受?；谔卣髁繛殛P(guān)鍵性能參數(shù)的可靠性評估方法，為前蓋可靠性指標驗證提供了一種可能。

4 結(jié)語

針對具有高可靠性指標要求的某航天產(chǎn)品，文中給出了兩種可靠性評估方法。成敗型產(chǎn)品若采取特征量為失敗數(shù)的評估方法，需要龐大的樣本量，較長的研制周期和巨大的研制成本，工程應(yīng)用中無法接受?？梢酝ㄟ^分析產(chǎn)品特點，提取影響產(chǎn)品成敗的主要性能參數(shù)，采取基于特征量為性能參數(shù)的可靠性評估方法，充分利用了產(chǎn)品性能參數(shù)，既保證了評估的準確性，又能在小樣本條件下進行可靠性評估。最后給出了某型發(fā)射箱前蓋可靠性驗證試驗方案，并對試驗結(jié)果進行了評估，采用小子樣的驗證試驗。結(jié)果表明，前蓋滿足可靠性指標要求。