空空導彈任務可靠度評估方法研究

王俊華 王麗麗

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

空空導彈屬于一次性使用的武器，導彈系統的可靠性直接關系到空戰的勝負，為了滿足武器系統作戰效能的需要，空空導彈任務可靠性指標要求很高。限于空空導彈的研制進度和經費等約束，單純依靠外場掛飛和空中靶試試驗數據很難驗證其要求的任務可靠性指標，因此必須對空空導彈任務可靠性指標驗證方法進行研究。

1 空空導彈任務可靠度指標

空空導彈使用階段包括掛飛階段和自主飛行階段，其典型任務剖面如圖1所示。掛飛階段從起飛前地面掛機自檢完成開始，經過起飛、掛機飛行、發現目標到到允許發射判斷完成為止。在該階段導彈的可靠性用掛飛任務可靠性平均嚴重故障間隔時間MTBCF來衡量；自主飛行階段從飛行員按下發射按鈕開始，經過導彈安全脫離載機、按預定要求制導飛行直到導彈飛近目標、導彈命中目標并引炸為止。在該階段導彈的可靠性用自主飛行可靠度來衡量。

圖1 空空導彈典型任務剖面

從空空導彈典型任務剖面可以看出，空空導彈任務可靠性指標包括掛飛可靠性和自主飛可靠度兩項指標。空空導彈掛飛可靠性一般用平均嚴重故障間隔時間（MTBCF）來衡量，指在空空導彈工作壽命期內，經起飛前掛機檢驗合格的導彈隨載機飛行時，相鄰兩次嚴重故障間的平均掛飛時間。這里的故障是使產品不能完成任務的或可能導致人或物重大損失的故障，即嚴酷度為Ⅰ、Ⅱ類的故障。自主飛可靠度指導彈從發射到命中目標不出現故障的概率，是指在嚴格遵守規定的維護使用條件下，發射前自檢合格的導彈在規定的發射條件下正常發射后導彈能正常工作的概率。

這兩項指標都包括規定值和最低可接受值兩部分。規定值是裝備在成熟期充分發揮固有可靠性潛力，經過可靠性增長后達到的，在設計研制階段可靠性預計值必須達到并超過規定值。最低可接受值指合同或研制任務書中規定的裝備必須達到的合同指標，它是進行考核和驗證的依據。在型號設計定型階段鑒定試驗評估的可靠性參數應達到最低可接受值。規定值和最低可接受值之間的關系見圖2。

圖2 空空導彈可靠性指標規定值和最低可接受值關系示意圖

2 空空導彈任務可靠度評估方法

2.1 空空導彈任務可靠度評估流程

空空導彈掛飛可靠度、自主飛行可靠度的評估流程見圖3。

圖3 空空導彈任務可靠度評估流程

2.2 掛飛任務可靠性評估

2.2.1 數據收集和整理

評估掛飛任務可靠性所需的數據包括掛飛工作時間和掛飛故障次數。由于空空導彈在研制階段樣本量少，試驗數據也少，掛飛可靠性計算一般采用系統可靠性綜合的方法，即把導彈各組件的數據等效為導彈的數據，再加上導彈自身的數據得到綜合數據，利用綜合數據進行導彈掛飛可靠性計算。等效模式為：

組件數據→等效全彈數據＋全彈自身數據＝全彈綜合數據

即：

式中：T——掛飛工作時間；

r——故障次數。

收集某階段的所有工作時間和發生的故障，包括可靠性試驗、環境試驗、聯試、外場空中掛飛等所有試驗時間。可靠性試驗是在模擬真實的工作環境下進行的試驗，其試驗數據可以直接用于掛飛任務可靠性評估；環境試驗的環境條件主要考核了溫度應力、濕度應力及振動應力對空空導彈的作用，并且環境試驗中的試驗條件是貯存和工作時的極限條件，充分考核了極限溫度應力和振動應力對導彈可靠性的影響，環境條件和實際使用中導彈工作狀態的環境條件不完全一樣，因此環境試驗中的工作時間不能直接用于可靠性評估，需考慮環境因子，把實驗室條件下的數據折算成工作條件下的等效數據，等效數據可以用于掛飛可靠度計算。外場掛機飛行是在實際的使用環境溫度和工作條件下工作，導彈工作狀態的環境條件與真實使用條件一致，其工作時間可以直接用于掛飛可靠性評估。由此得到導彈的自身數據Ts和rs。對發生的故障，只有責任故障用于掛飛可靠性評估。

整理各組件在某階段的工作時間和發生的故障，包括各組件的可靠性試驗、環境試驗、聯試等所有試驗時間，得到各組件的數據Ti和ri。對各組件發生的故障，只有責任故障用于掛飛可靠性數據折算。組件數據Ti和ri折算為全彈等效數據的方法為：

2.2.2 評估方法

掛飛任務可靠性一般用平均嚴重故障間隔時間（MTBCF）來衡量，這里的故障是指會影響產品任務完成的嚴酷度為Ⅰ、Ⅱ類的故障。這里假設各產品的壽命服從指數分布，則其平均嚴重故障間隔時間的點估計為：

平均嚴重故障間隔時間的近似置信下限為：

其中：T──掛飛工作時間；

r ──掛飛責任故障數；

1–a──置信度。

掛飛可靠性評估結果與置信度 1–a取值有關。在研制階段，空空導彈掛飛可靠性計算一般取 1–a＝0.60～0.80。

2.3 自主飛可靠度評估2.3.1 數據收集要求

評估自主飛可靠度所需的數據包括導彈自主飛總次數和自主飛失敗次數。導彈自主飛可靠度計算一般采用系統可靠性綜合的方法，利用綜合數據進行導彈自主飛可靠度計算。等效模式為：

組件數據→等效全彈數據＋全彈自身數據＝全彈綜合數據即：

統計某階段的所有自主飛次數和發生的故障次數，包括環境試驗、外場發射等所有自主飛次數，由此得到導彈的自身數據Ns和rs。對發生的故障，只有責任故障用于自主飛可靠度計算。

統計各組件在某階段的所有自主飛次數和發生的故障次數，包括各組件的可靠性試驗、環境試驗、火工品試驗等所有試驗次數，由此得到各組件數據ni和ri。對各組件發生的故障，只有責任故障用于自主飛可靠度數據折算。組件數據據ni和ri折算為全彈等效數據的方法為：2.3.2 評估方法

設n次自主飛試驗中，有r發產品發生責任故障，則自主飛可靠度的點估計值為：

為了回答計算的精確性和把握性問題，工程上給出置信度為1–a的可靠度置信下限RL，即

導彈自主飛可靠度可采用二項分布或超幾何分布進行評估。當批量N滿足N≥10n時，用二項分布計算發射可靠度單側置信下限RL公式如下：

式中：n——自主飛次數；

r——自主飛責任故障數；

1–a——置信度。

當批量N滿足N＜10n時，用超幾何分布計算發射可靠度單側置信下限RL公式如下：

式中：N——某批空空導彈總數；

n——自主飛次數；

r——自主飛責任故障數；

1–a——置信度。

自主飛可靠度評估結果與置信度1–a取值有關。在研制階段，空空導彈自主飛可靠度計算一般取1–a＝0.50～0.70。

3 某型產品可靠性評估

某型號產品進行了整機可靠性鑒定試驗、外場空中掛飛等，其組成部分A組件、B組件分別進行了可靠性摸底試驗。在整機可靠性鑒定試驗中，在模擬掛飛條件下有效試驗時間500.5h，發生1次責任故障；整機外場空中掛飛共經歷空中掛飛87.3h，試驗過程中未出現關聯故障。可靠性摸底試驗中，A組件在模擬掛飛條件下有效試驗時間680.5h，試驗中未出現關聯故障；B組件在模擬掛飛條件下有效試驗時間800 h，試驗中發生1次責任故障。

經整理后得到的某型產品的評估數據為：掛飛時間1387.8飛行小時，出現2次關聯故障。取置信度0.7，代入公式（5）來計算掛飛可靠性置信下限，評估出某型導彈的掛飛任務可靠度MTBCF為383.8 h。

4 結束語

本文介紹了利用分系統數據和整機數據評估空空導彈掛飛可靠度MTBCF、自主飛行可靠度評估方法和應用。上述評估方法已在某型空空導彈可靠性評估中應用，為某型空空導彈最終定型奠定了基礎。

[1] 潘吉安.可靠性維修性可用性評估手冊[M].北京：國防工業出版社.1995.

[2] GJB 376-1987 火工品可靠性評估方法[S].

[3] GJB 1909.2-1994 裝備可靠性維修性參數選擇和指標確定要求 導彈武器系統和運載火箭[S].

[4] 周育才.可靠性工程設計手冊[M].洛陽：中國空空導彈研究院，2001.7.