FTA在某空空導(dǎo)彈引爆控制安全性分析中的應(yīng)用

侯曠怡++高飛++劉俊學(xué)

摘 要：簡要介紹故障樹分析方法，分析空空導(dǎo)彈引爆控制的危險因素，繪制引爆控制功能框圖，以戰(zhàn)斗部意外引爆為頂事件建立故障樹，求出相應(yīng)的最小割集，得到戰(zhàn)斗部意外引爆的原因或原因組合，計算基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)并排序，對如何確保空空導(dǎo)彈在運輸、貯存和使用過程中的安全，提出了可行性建議，為后續(xù)空空導(dǎo)彈的引爆安全性設(shè)計提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：空空導(dǎo)彈；引爆控制；故障樹；安全性

1 引言

空空導(dǎo)彈引爆控制系統(tǒng)主要包括引信、安全和解除保險裝置和戰(zhàn)斗部。引爆控制過程主要是導(dǎo)彈發(fā)射后，安全和解除保險裝置解除保險，引爆時，引信輸出引爆信號給安保，由安保引爆戰(zhàn)斗部，達到毀傷目標的目的。

本文旨在方案階段采用故障樹分析對戰(zhàn)斗部引爆控制設(shè)計進行研究，以戰(zhàn)斗部意外引爆為頂事件建立故障樹，確定造成戰(zhàn)斗部意外引爆頂事件的所有底事件最小割集，計算基本事件結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)并排序，為后續(xù)型號導(dǎo)彈引爆安全性設(shè)計提供參考。

1 故障樹分析法

1.1 概述

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(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性評價時，首次提出并應(yīng)用的一種分析方法[1]。

近年來FTA發(fā)展迅速，其理論日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴展；現(xiàn)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[2]。

從1978年起，我國開始了FTA的研究和運用工作，在GJB450《裝備研制與生產(chǎn)的可靠性通用大綱》的“可靠性定性要求”一節(jié)提出了應(yīng)用FTA方法的任務(wù)。1989年發(fā)布了GJB768.1《建造故障樹的基本規(guī)則和方法》、GJB768.2《故障樹表述》和GJB768.3《正規(guī)故障樹定性分析》。FTA作為一種有效的設(shè)計工具和管理工具，目前已在我國核能、航天、航空、航海、機械、電子、冶金、石油、化工、電力、輕工等幾乎所有工業(yè)領(lǐng)域內(nèi)取得初步成果[3]。

建立故障樹的實質(zhì)是找出系統(tǒng)故障和導(dǎo)致故障諸因素之間的邏輯關(guān)系并將這種關(guān)系用特定的圖形——故障樹表示出來：故障樹圖中要采用一定的符號來表示各單元間的邏輯關(guān)系，這為后面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)函數(shù)的構(gòu)建打下一定的基礎(chǔ)。邏輯門描述了事件之間的邏輯因果關(guān)系，即邏輯門按照因果關(guān)系將所有有關(guān)事件聯(lián)系起來，它包括“與門”、“或門”、“非門”和一些特殊門。一個門可以有一個或者多個輸入事件，但是只能有一個輸出事件[2]。

1.2 故障樹分析的一般步驟

故障樹的主要步驟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(tǒng)性能等幾個步驟[4]。

2 空空導(dǎo)彈引爆控制故障樹的建立

導(dǎo)彈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文建立故障樹的基本假設(shè)為，不考慮電磁環(huán)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(huán)境影響，各單元按照預(yù)定功能可靠作用。

根據(jù)引信、安全和解除保險機構(gòu)設(shè)計方案，為簡化分析，建樹時暫時不考慮引爆控制功能中的部分輔助功能，得出簡化引爆控制功能框圖，如圖2。

根據(jù)基本假設(shè)及附圖2，建立戰(zhàn)斗部意外引爆故障樹，見圖3，各事件明細見表1。

故障樹定性分析

故障樹定性分析的主要任務(wù)是計算故障樹的最小割集和底事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)并排序。最小割集表示系統(tǒng)的一種失效模式，系統(tǒng)的全部最小割集就構(gòu)成系統(tǒng)的故障譜[5]。結(jié)構(gòu)重要度是指事件在系統(tǒng)中所處位置的重要程度，它與事件本身的概率無關(guān)，僅與該時間在系統(tǒng)中所處的位置有關(guān)[6]。

根據(jù)上述建立的故障樹，利用布爾代數(shù)法可以求出故障樹函數(shù)和最小割集。故障樹函數(shù)為：

3 結(jié)束語

FTA是對復(fù)雜系統(tǒng)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(tǒng)故障的各種硬件、軟件、環(huán)境和人為等方面因素，還可定量預(yù)測系統(tǒng)故障發(fā)生的概率及各個因素或故障模式對系統(tǒng)故障的影響重要程度[7]。

空空導(dǎo)彈引爆控制系統(tǒng)是一個復(fù)雜系統(tǒng)，它在導(dǎo)彈毀傷目標過程中的正常運行不僅與各元、部件自身的性能及相互配合有關(guān)，還有來自外界環(huán)境信息的作用相關(guān)。通過上述故障樹分析，可以得出以下結(jié)論：

根據(jù)故障樹定性分析得到導(dǎo)致頂事件戰(zhàn)斗部意外引爆發(fā)生的6種最基本的組合情況，經(jīng)過驗證，符合實際可能出現(xiàn)事故的情況，這為事故的預(yù)防及進行底事件的共因分析工作提供了依據(jù)。

根據(jù)基本事件結(jié)構(gòu)重要度的次序可知：基本事件X3（隔爆失效）對頂事件影響最大，其次為基本事件X1（執(zhí)行級故障意外輸出引爆電能）和X2（電雷管意外爆炸），二者對頂事件影響相同，其次為基本事件X6（慣性保險失效），而最不敏感的基本事件為X4（火藥拔銷器保險失效）和X5（電子定時器意外輸出解保電能），二者對頂事件的影響也相同。這為系統(tǒng)提高安全性選用部件及改進系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)，若需要降低頂事件發(fā)生射概率時，可以優(yōu)先考慮降低基本事件X3（隔爆失效）的概率。

參考文獻

[1]曹錫江，竇汝春，王少龍，等.基于FTA的導(dǎo)彈定量安全評價方法研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù)，2005，1，81-83.

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

[3]吳進煌.航空導(dǎo)彈發(fā)動機意外點火故障樹分析[J].海軍航空工程學(xué)院學(xué)報，2006，21（6）：653-656.

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

[5]馬瑞萍，尹曉飛，焦綱領(lǐng).某型導(dǎo)彈控制系統(tǒng)故障樹分析[J].四川兵工學(xué)報，2008，29（5）：3-5.

[6]徐亨成，張建國.基于BDD技術(shù)下的故障樹重要度分析[J].電子機械工程，2003，19（6）：1-3.

[7]高培旺，馬曉青.防空導(dǎo)彈飛行中其安全系統(tǒng)失效的故障樹分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2001，21（1）：59-62.

作者簡介：侯曠怡（1987-），男，漢族，河南省洛陽市，工程師，碩士研究生，研究方向：戰(zhàn)斗部設(shè)計。