彈載電源系統(tǒng)艦船環(huán)境貯存可靠性預(yù)計(jì)

2015-02-02 01:20:04張尚珠李華府

兵器裝備工程學(xué)報(bào) 2015年12期

張尚珠，李華府

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院第十六研究所，河南洛陽(yáng)　471009)

張尚珠，李華府

(中國(guó)空空導(dǎo)彈研究院第十六研究所，河南洛陽(yáng)471009)

摘要：研究彈載電源系統(tǒng)在艦船存放所經(jīng)歷的各種環(huán)境應(yīng)力，預(yù)計(jì)彈載電源系統(tǒng)在艦船存放各環(huán)境條件下的可靠性。采用元器件應(yīng)力法和相似產(chǎn)品法相結(jié)合的技術(shù)手段，在艦船艙內(nèi)貯存和艦船艙外值班采用不同的可靠性預(yù)計(jì)模型。經(jīng)預(yù)計(jì)，彈載電源系統(tǒng)在艦船良好艙內(nèi)貯存、艦船普通艙內(nèi)存放、艦船艙外值班等使用要求條件下的可靠度在0.94以上。綜合預(yù)計(jì)數(shù)據(jù)和導(dǎo)彈在這3種環(huán)境下的貯存需求進(jìn)行分析，該彈載電源系統(tǒng)能夠滿足艦船存放使用。

關(guān)鍵詞：彈載電源；艦船環(huán)境存放；可靠性預(yù)計(jì)

本文引用格式：張尚珠，李華府.彈載電源系統(tǒng)艦船環(huán)境貯存可靠性預(yù)計(jì)[J].四川兵工學(xué)報(bào)，2015(12):52-53.

Citation format:ZHANG Shang-zhu, LI Hua-fu.Storage Reliability Prediction for Missile Power Supply System on Warship Environment[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(12):52-53.

Storage Reliability Prediction for Missile Power Supply

System on Warship Environment

ZHANG Shang-zhu, LI Hua-fu

(The 16thInstitution of China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:A variety of environmental stress of missile power system deposit in warship was studied, and the storage reliability in various environmental conditions was predicted by the methods of combining the component stress method and similar product method to use different reliability prediction model in inner warship cabin keeping and outer warship cabin duties. The storage reliability of inner good warship cabin, common warship cabin and outside warship cabin are all above 0.94 after prediction. The missile power system is able to satisfied the storage and use onboard of warship after the analysis of the storage requirement of the above three environment of the expected comprehensive data and missiles.

Key words:missile power system; the storage environment of warship; reliability prediction

彈載電源系統(tǒng)主要由熱電池、電源板、控制板、接口電路等部分組成，功能是在掛飛階段為導(dǎo)彈轉(zhuǎn)接載機(jī)電源，自主飛行階段為全彈提供各部件所需的熱電池電源，并完成相應(yīng)功能。從最小功能單元上看，彈載電源系統(tǒng)涉及電路、火工件等。

通常情況下，彈載電源系統(tǒng)作為導(dǎo)彈的重要組成部分，基本上都是在陸基環(huán)境下存放、值班，陸基環(huán)境下的可靠性預(yù)計(jì)已較為成熟。在艦船環(huán)境下，彈載電源系統(tǒng)壽命周期內(nèi)可能遇到的環(huán)境有高溫、低溫、高溫高濕、低溫高濕、結(jié)冰、淋雨、鹽霧、太陽(yáng)輻射、霉菌、化學(xué)腐蝕、熱沖擊、搬運(yùn)沖擊、跌落沖擊、海浪誘發(fā)的傾斜搖擺、艦船振動(dòng)、顛振等。溫度是最具普遍性的環(huán)境因素，在隨艦船服役的整個(gè)壽命期內(nèi)都會(huì)受到高溫、低溫影響，其中艦面值班和掛裝使用時(shí)由于其直接暴露于大氣環(huán)境中，會(huì)經(jīng)受較為嚴(yán)酷的高、低溫環(huán)境。在轉(zhuǎn)運(yùn)出庫(kù)和由艦面入庫(kù)時(shí)還會(huì)遇到溫度沖擊環(huán)境。根據(jù)GJB1060，露天部位艦船設(shè)備應(yīng)能在設(shè)備工作高溫極值的量值上再加上1 110 w/m2太陽(yáng)輻射產(chǎn)生的溫升(相當(dāng)于17℃)，則貯存時(shí)高溫極值為68℃[1]。在其整個(gè)壽命期內(nèi)都會(huì)經(jīng)歷濕熱環(huán)境，尤其是艦船在熱帶(或夏季)航行或遇到海洋暖流時(shí)，濕熱環(huán)境會(huì)十分嚴(yán)酷。鹽霧環(huán)境能夠破壞艦載機(jī)空空導(dǎo)彈表面涂層并使金屬機(jī)體發(fā)生銹蝕，可能會(huì)對(duì)其使用壽命有較大影響。

本研究主要是結(jié)合彈載電源系統(tǒng)艦船環(huán)境與陸基環(huán)境的差異，通過(guò)建立艦船艙內(nèi)貯存和艦船艙外值班可靠性預(yù)計(jì)模型，采用元器件應(yīng)力法和相似產(chǎn)品法相結(jié)合的技術(shù)手段，對(duì)彈載電源系統(tǒng)在艦船良好艙內(nèi)貯存、艦船普通艙內(nèi)存放、艦船艙外值班的可靠度進(jìn)行了預(yù)計(jì)，為預(yù)估彈載電源系統(tǒng)在艦船環(huán)境使用可靠度、配置維修保障資源提供了參考。

1可靠性預(yù)計(jì)模型

1.1　可靠性框圖

彈載電源系統(tǒng)各組成部分相互獨(dú)立，任何一部分故障，都會(huì)造成導(dǎo)彈不能正常工作，可靠性框圖如圖1所示。

圖1彈載電源系統(tǒng)可靠性框圖

1.2　可靠性數(shù)學(xué)模型

1.2.1貯存可靠性模型

由于彈載電源系統(tǒng)各組件之間是串聯(lián)關(guān)系，其貯存可靠性為[2]

(1)

式中：Ri為各組件貯存可靠性；λZi為各組件貯存狀態(tài)下非工作失效率；t為彈載電源系統(tǒng)貯存時(shí)間，艦船良好艙內(nèi)貯存時(shí)間，艦船普通艙內(nèi)貯存時(shí)間。

1.2.2待命可靠性模型

由于彈載電源系統(tǒng)各組件之間是串聯(lián)關(guān)系，其貯存待命可靠性為

(2)

式中：Ri為各組件待命可靠性；λDi為各組件待命停放狀態(tài)下非工作失效率；t為彈載電源系統(tǒng)待命時(shí)間。

2環(huán)境條件

彈載電源系統(tǒng)在艦船良好艙、艦船普通艙和艦船艙外存放、值班都處于非工作狀態(tài)。

根據(jù)GJB/Z108A—2006，艦船良好艙為行駛時(shí)較為平穩(wěn)，且受鹽霧、水汽影響較小的艦船艙內(nèi)，如近海大型運(yùn)輸船和內(nèi)河船只的空調(diào)艙。艦船普通艙為能防風(fēng)雨的普通艦船艙內(nèi)，常有較強(qiáng)烈的振動(dòng)和沖擊，如水面戰(zhàn)船艙內(nèi)或甲板以下的環(huán)境條件。艦船艙外為艦船甲板上的典型環(huán)境，經(jīng)常有強(qiáng)烈的沖擊和振動(dòng)，包括無(wú)防護(hù)、暴露于風(fēng)雨下的水面艦船設(shè)備環(huán)境[3]。

依此取“艦船良好艙內(nèi)”NS1、“艦船普通艙內(nèi)”NS2和“艦船艙外”NU，環(huán)境溫度應(yīng)力條件取35℃、45℃和70℃。

3可靠性預(yù)計(jì)

3.1　預(yù)計(jì)方法

本次貯存可靠性預(yù)計(jì)，控制電路、隔離電路、接口電路采用了元器件應(yīng)力分析法[4]；熱電池采用了相似產(chǎn)品法進(jìn)行預(yù)估。

國(guó)產(chǎn)電子元器件非工作失效率使用GJB/Z108A—2006的失效率數(shù)據(jù)；進(jìn)口元器件工作失效率主要使用GJB/Z299C—2006附錄A中的數(shù)據(jù)，也可采用MIL—HDBK—217F數(shù)據(jù)，進(jìn)口元器件非工作失效率按同等環(huán)境類別下的工作失效率數(shù)據(jù)的1/20來(lái)估算。

3.2　電路可靠性預(yù)計(jì)

電路部分主要包括控制電路、隔離電路和接口電路等。涉及混合集成電路、CMOS單片集成電路、硅三極管、金屬膜電阻、固體鉭電容器、光電耦合器、穩(wěn)壓二極管、矩形連接器、圓形連接器等類別的器件。

采用應(yīng)力法進(jìn)行預(yù)計(jì)，可得：

彈上電源系統(tǒng)電路部分在艦船良好艙內(nèi)貯存，其可靠度為

彈上電源系統(tǒng)電路部分在艦船普通艙內(nèi)貯存，其可靠度為

彈上電源系統(tǒng)電路部分在艦船艙外存放值班，其可靠度為

3.3　熱電池可靠性預(yù)計(jì)

熱電池是彈載電源系統(tǒng)通用的能源機(jī)構(gòu)，在多型產(chǎn)品中已得到了應(yīng)用。各型熱電池在材料、結(jié)構(gòu)、工藝等方面都有較大的相似性，其故障是由于系統(tǒng)暴露在環(huán)境中造成的[5]。為實(shí)現(xiàn)熱電池的貯存可靠性預(yù)估，搜集了1 357只相似產(chǎn)品的貯存、使用數(shù)據(jù)，其中貯存時(shí)間最長(zhǎng)的已超過(guò)10年。數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，各產(chǎn)品都能夠滿足預(yù)期的性能要求。依據(jù)成敗型產(chǎn)品可靠性評(píng)估方法，預(yù)估熱電池的長(zhǎng)期貯存后使用可靠度單側(cè)置信下限為0.998 3(置信度0.9)。

4結(jié)論

經(jīng)預(yù)計(jì)，彈載電源系統(tǒng)在艦船環(huán)境存放、值班可靠性水平整體來(lái)說(shuō)較高，能夠滿足使用需求，但在艦船良好艙內(nèi)長(zhǎng)期貯存可靠性相對(duì)較低，可靠性薄弱環(huán)節(jié)為控制電路中的混合集成電路，在彈載電源系統(tǒng)的預(yù)防性維修周期的制定過(guò)程中應(yīng)予考慮。在實(shí)際的使用中，還應(yīng)考慮搬運(yùn)、轉(zhuǎn)場(chǎng)、掛裝、日常維護(hù)等活動(dòng)所帶來(lái)的不確定因素對(duì)產(chǎn)品可靠性的影響。

參考文獻(xiàn)：

[1]GJB 1060.2—1991，艦船環(huán)境條件要求氣候環(huán)境[S].

[2]曾聲奎，趙廷弟，張建國(guó)，等.系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)分析教程[M].北京:北京航空航天大學(xué)出版社，2001.

[3]GJB/Z 108A—2006，電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)手冊(cè)[S].

[4]E.Harold annoy.Improving “MIL— HDBK— 217 TYPE” Models for Mechanical Reliability Prediction[C]//Proceedings of Reliability and Maintainability Symposium.[S.l.]:[s.n.],1990：341-345.

[5]IEEE1413.1,IEEE Guide for Selecting and Using Reliability Predictions based on IEEE 1413[S].(責(zé)任編輯唐定國(guó))