某飛行器系統(tǒng)可靠性研究

張愛平，聞化

（空軍軍械通用裝備軍事代表局，北京 100000）

0 引言

機(jī)械系統(tǒng)通常由許多個(gè)子系統(tǒng)組成，每個(gè)子系統(tǒng)又由若干單元組成，而單元的功能及實(shí)現(xiàn)其功能的概率都會(huì)直接影響到系統(tǒng)整體的可靠性程度［1］。科技的進(jìn)步推動(dòng)著軍工產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，為實(shí)現(xiàn)不同目標(biāo)的飛行器取得了長(zhǎng)足的發(fā)展，在滿足功能性目標(biāo)的前提下，其可靠性程度的考核是我們重要的關(guān)注方向和考核指標(biāo)。根據(jù)不同的系統(tǒng)特征，我們可以建立系統(tǒng)的可靠性模型，由單元的可靠度通過計(jì)算即可預(yù)測(cè)出系統(tǒng)的可靠度。

1 可靠性系統(tǒng)模型的分類

根據(jù)不同類型的系統(tǒng)，系統(tǒng)模型通常分為如下幾類：

1）串聯(lián)系統(tǒng)。系統(tǒng)其中任何一個(gè)單元的可靠度都具有相互獨(dú)立性，若其中任何一個(gè)單元失效，都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)的失效，如圖1 所示。通信傳輸行業(yè)通常采用此系統(tǒng)。

圖1 串聯(lián)系統(tǒng)模型

圖2 并聯(lián)系統(tǒng)模型

2）并聯(lián)系統(tǒng)。在由若干單元組成的系統(tǒng)中只要有一個(gè)單元仍在發(fā)揮其功能，系統(tǒng)就能維持其功能，如圖2 所示。如當(dāng)今民用型客機(jī)，為提高飛機(jī)空中飛行過程的可靠度，在設(shè)計(jì)時(shí)通常由3～4 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，若發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障，只要有一臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)能正常工作，飛機(jī)就不致于墜落。

3）混聯(lián)系統(tǒng)。該系統(tǒng)由一些串聯(lián)的子系統(tǒng)和一些并聯(lián)的子系統(tǒng)組成，可分為串-并和并-串系統(tǒng)，如圖3 所示。

圖3 混聯(lián)系統(tǒng)模型

4）備用冗余系統(tǒng)。該系統(tǒng)是把同功能單元重復(fù)配置以作備用。當(dāng)其中一個(gè)單元失效時(shí)，可由備用的單元替代以繼續(xù)維持既定功能。如飛機(jī)起落架的收放系統(tǒng)，一般是采用液壓或氣動(dòng)系統(tǒng)、并裝有機(jī)械的應(yīng)急釋放系統(tǒng)，如圖4。

圖4 冗余系統(tǒng)模型

圖5 復(fù)雜系統(tǒng)模型

5）復(fù)雜系統(tǒng)。非串、并聯(lián)系統(tǒng)和橋式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)都屬于復(fù)雜系統(tǒng)，如圖5 所示。

6）表決系統(tǒng)。若在組成系統(tǒng)的n 個(gè)單元中，只要有k個(gè)單元不失效，系統(tǒng)就不會(huì)失效，這樣的系統(tǒng)稱為n 中取k 系統(tǒng)。如有4 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的飛機(jī)，設(shè)計(jì)要求至少有2 臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作飛機(jī)才能安全飛行，這就是2/4 表決系統(tǒng)。

2 可靠性系統(tǒng)模型的建立

2.1 可靠性系統(tǒng)模型建立方法

根據(jù)不同的系統(tǒng)特征，我們可以把系統(tǒng)分解為串聯(lián)系統(tǒng)、并聯(lián)系統(tǒng)或混聯(lián)系統(tǒng)，據(jù)此可進(jìn)行可靠性分析和計(jì)算。然而，在實(shí)際工作中，還有很多如橋式網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、非并、非串的此類復(fù)雜系統(tǒng)，可以采用分解法、布爾真值表法或卡諾圖法進(jìn)行計(jì)算。

2.2 某飛行器可靠度計(jì)算

某飛行器配有3 臺(tái)370 kW 發(fā)動(dòng)機(jī)，每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的失效率分別為0.1%/h，0.02%/h，0.03%/h。每航行一次約定飛行10 h。分析得知此類系統(tǒng)應(yīng)屬并聯(lián)系統(tǒng)，其單元的可靠度函數(shù)為指數(shù)分布，且每個(gè)單元的可靠度函數(shù)相同，則此類系統(tǒng)的可靠度為：

式中：t 為時(shí)間，h；λ 為失效率；n 為組成系統(tǒng)的單元數(shù)目。

我們先計(jì)算各臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠度：由λ1=0.0001/h，則當(dāng)t=10 h，根據(jù)R（t）=e-λt，有R1（10）=e-0.0001×10=0.999；同理，由λ2=0.0002/h，則當(dāng)t=10 h，根據(jù)R（t）=e-λt，有R1（10）=e-0.0002×10=0.998；由λ3=0.0003/h，則當(dāng)t=10 h，根據(jù)R（t）=e-λt，有R3（10）=e-0.0003×10=0.997。進(jìn)而據(jù)式（1）可得該飛行器的可靠度為：RS（10）=1-（1-0.999）×（1-0.998）×（1-0.997）=1-0.000 000 06=0.999 999 99。

3 結(jié)語

我國(guó)的航空業(yè)起步較晚，雖然通過技術(shù)積累已取得了一定的成績(jī)，但在一些關(guān)鍵技術(shù)上較發(fā)達(dá)國(guó)家尚有較大差距，我們更應(yīng)戒驕戒躁，借鑒國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，做好基礎(chǔ)性研究工作，更對(duì)每項(xiàng)技術(shù)做好可靠性分析與研究，不斷積累相關(guān)數(shù)據(jù)，從中分析并找到技術(shù)差距的關(guān)鍵點(diǎn)，逐步提高我國(guó)航空和軍工業(yè)的技術(shù)水平。

［1］孫靖民.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)方法［M］.哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社，2003.

［2］坪內(nèi)和夫.可靠性設(shè)計(jì)［M］.汪一麟，譯.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1983.

［3］劉之生，黃純穎.反求工程技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.