FTA在某機載導彈發動機點火控制安全性分析中的應用

高飛+++劉俊學+++黃少波

摘 要：簡要介紹故障樹分析方法，分析某機載導彈發動機采用沖擊片直列式點火器后點火系統的危險因素，繪制點火控制功能框圖，以發動機意外點火為頂事件建立故障樹，求出相應的最小割集，得到某機載導彈發動機意外點火的原因或原因組合，并進行了重要度定性分析，對采用直列式點火器安全性，提出了可行性建議，為后續空空導彈的安全性設計提供了理論依據。

關鍵詞：機載導彈；直列式點火器；點火控制；故障樹；安全性

1 概述

空空導彈的發動機屬危險組件，而點火系統是發動機的最危險部件，在實際使用中，由于點火系統的原因，曾出現過不少安全性事故。因此，保證點火系統在運輸、貯存、測試、維護以及掛架發射前的高度安全有著十分重要的意義[1]。

為進一步提高發動機點火控制安全性，某型號機載導彈預采用直列式點火系統。直列式點火系統是指無需隔離的點火系統，分為激光點火系統、沖擊片點火系統等。激光點火系統采用激光發火管點火，激光能量必須通過光纖傳遞給本方案中內置的點火裝置以完成點火，實現難度大，且這種點火技術在國內還未達到成熟應用的水平。沖擊片點火系統采用瞬間高電流使橋絲氣化，形成沖擊波加速箔片撞擊裝藥（或直接撞擊裝藥）實現點火；這種技術已成熟應用在引信中，在國外只有很少型號中用于發動機點火。

本文旨在方案階段采用FTA法對某機載導彈發動機點火系統采用沖擊片直列式點火器后的安全性進行研究，以發動機意外點火為頂事件建立故障樹，確定由點火器造成發動機意外點火頂事件的所有底事件和最小割集，得到某機載導彈發動機意外點火的原因或原因組合，并進行了重要度定性分析，為該型號機載導彈點火器安全性設計提供參考。

2 故障樹分析法

故障樹分析（Fault Tree Analysis，以下簡稱FTA）是美國人沃森（H.A.Watson）在1961年研究民兵導彈的發射控制系統的安全性評價時，首次提出并應用的一種分析方法[2]。在我國國軍標中明確規定，故障樹分析（FTA）是產品（系統）可靠性和安全性分析的工具之一，用來尋找導致不希望的系統故障或災難性危險事件（頂事件）發生的所有原因和原因組合，在具有基礎數據時求出頂事件發生的概論及其他定量指標。

近年來FTA發展迅速，其理論日趨完善，應用領域也逐漸擴展；現在國際上已公認FTA是可靠性、安全性分析的一種簡單有效的方法[3]。故障樹分析可以分為選擇頂事件、建立故障樹、對故障樹進行分析、采取措施改進系統性能等幾個步驟[4]。

3 機載導彈發動機點火控制故障樹的建立

導彈系統結構復雜，本文建立故障樹的基本假設為，不考慮電磁環境，不考慮接線及接插件故障，除雷管外不考慮火工品、換藥自身缺陷及環境影響，各單元按照預定功能可靠作用。在全面了解沖擊片直列式點火器的工作原理基礎上，建立直列式點火系統的功能框圖，具體如圖1所示。

根據圖1，依據邏輯關系，各層級按照自身故障滿足輸出條件和由于下級原因滿足輸出條件，逐級建立故障樹。由于動態開關控制脈沖信號，其故障后不能產生高壓充電交流信號，因此動態開關故障、充電線路故障、驅動電路2故障、安全控制電路2故障均不能完成充電，故障樹中沒有這4個事件。高壓線路本身故障放電會造成高壓充電不能完成，因此故障樹中沒有該事件。故障樹如圖2。

故障樹定性分析：

根據上述建立的故障樹，暫不考慮時序邏輯關系，采用下行法求故障樹最小割集：

故障樹的2個最小割集全部為3階。

基本事件的結構重要度系數可用下式進行計算：

式中：IΦ（i）-第i個基本事件的結構重要度系數；Kj-第j個最小割集；Nj（j∈Kj）-基本事件i所在的最小割集Kj中基本事件的個數；xi∈Kj-第i個基本事件屬于第j個最小割集。

利用式（1）可以求得意外引爆故障樹中的各基本事件的結構重要度系數。

各基本事件的結構重要度系數的順序為：

底事件其重要度從大到小依次為：X1>X2=X4=X6=X7。

根據以上分析可知：

（1）故障樹分析得出的4個最小割集均為3階，說明防止發動機意外點火事件發生的設計余度為3。

（2）沖擊片電發火管滿足GJB344A中B類電起爆器要求，500V以下任何電能不起爆，其電磁安全性較好。

若不滿足預定工作時序，電子直列點火器故障不會造成高壓充電。

（4）故障樹分析得出的4個最小割集中均含有事件X1（電源1），因此事件X1不發生，則頂事件就不會發生，說明直列式點火系統安全性受點火器前級的控制線路影響較大。

（5）設計合適的檢測點對X1進行檢測，可以有效判斷點火控制系統是否安全。

4 結束語

FTA是對復雜系統安全性、可靠性進行分析的一種重要工程方法。它不僅可定性地找出造成系統故障的各種硬件、軟件、環境和人為等方面因素，還可定量預測系統故障發生的概率及各個因素或故障模式對系統故障的影響重要程度[5]。

某機載導彈發動機點火控制系統采用直列式點火器，在我國機載導彈研制歷史上尚屬首次。為驗證其使用安全性，本文根據點火系統工作性能，以發動機意外點火為頂事件，建立了故障樹模型，通過故障樹分析可知，防止發動機意外點火事件發生的設計余度為3，因此發動機點火控制系統采用直列式點火器可以保證使用安全，同時，直列式點火系統安全性受點火器前級的控制線路影響較大，對電源1進行狀態監測可以進一步保證發動機安全。

參考文獻

[1]黃少波，沈欣，李秋菊.空空導彈發動機點火系統安全性設計[J].航空兵器，2008，1：26-30.

[2]曹錫江，竇汝春，王少龍，等.基于FTA的導彈定量安全評價方法研究[J].戰術導彈控制技術，2005，1：81-83.

[3]劉佳佳，谷良賢.FTA法在導彈武器系統分析中的應用[J].計算機仿真，2008，25（3）：21-24.

[4]孫東平，姚奕，馬瑞萍.故障樹分析法及其在導彈故障近似計算中的應用[J].裝備環境工程，2006，3（2）：64-67.

[5]高培旺，馬曉青.防空導彈飛行中其安全系統失效的故障樹分析[J].彈箭與制導學報，2001，21（1）：59-62.

作者簡介：高飛（1985-），女，漢族，吉林公主嶺，工程師，碩士研究生，研究方向：安全性技術。