國內外武器裝備延壽技術概論*

張百勇 劉 凱 孫 炯 傅 健

(1.海軍工程大學兵器工程系 武漢 430033)(2.海軍工程大學科研部 武漢 430033)(3.海軍工程大學軍事裝備學 武漢 430033)

國內外武器裝備延壽技術概論*

張百勇1劉 凱2孫 炯2傅 健3

(1.海軍工程大學兵器工程系 武漢 430033)(2.海軍工程大學科研部 武漢 430033)(3.海軍工程大學軍事裝備學 武漢 430033)

論文針對武器裝備到壽后存在的問題,闡述了延壽的概念及意義,分析了國內外延壽工作概況及延壽方法,系統科學地總結了武器裝備延壽的主要技術途徑。通過開展延壽工作一定程度上延長了武器裝備的使用壽命,具有極大現實意義和軍事經濟效益。

武器裝備; 延壽; 技術更新; 維修

Class Number E920

1 引言

延壽是指武器裝備到達規定使用壽命時,以可靠性理論為基礎,綜合評估其戰技性能指標,充分發掘其潛能,針對影響武器裝備貯存和使用壽命的薄弱環節采用更換、修理和保障等技術手段[1],以恢復或提高其完好性和作戰性能,并進行試驗驗證,確保武器裝備在全壽命周期內能夠達到正常作戰使用要求的一系列活動。

2 武器裝備到壽后存在的問題

武器裝備到壽后,其技術狀態不穩定,可靠性和部分戰技性能指標下降,不能滿足部隊作戰使用要求。主要存在以下問題:

1) 武器裝備到壽后元器件老化、故障增多,導致武器裝備總體性能下降[2]。

2) 部分配套件達到使用壽命,將導致武器裝備繼續使用存在安全隱患[3]。

3 武器裝備延壽的意義

武器裝備隨著使用年限的增加,使用壽命的迫近,故障不斷增多,可靠性指標出現下滑趨勢[4],為保證武器裝備能夠繼續正常使用,開展延壽工作有重要現實意義和軍事經濟效益。

1) 是新時期武器裝備建設和發展的需要。

2) 是節約軍事經費的實際要求。

3) 能夠有效提高武器裝備的作戰使用效能。

4) 能夠有效促進武器裝備的研制和發展。

進入21世紀，全球各國開始更加清醒地認識到環境污染造成的巨大損害，生態的保護成為人們關注的焦點，順應時代的發展，綠色營銷成為主流，人們購買綠色產品的次數開始增多。綠色需求與消費，會使碭山酥梨經營者產生很強的綠色營銷動力。

4 國內外武器裝備延壽工作概況

4.1 國外武器裝備延壽工作概況

目前,世界各國都十分重視武器裝備延壽工作,特別是以美國和俄羅斯為首的傳統軍事強國,在壽命試驗與評估方面,進行了深入的技術方法探索和廣泛的工程實踐,積累了大量經驗,取得了顯著成果[5～6]。B-52H型轟炸機于20世紀70年代開始服役,1980年和1996年,美國兩次對其進行延壽技術的更新[7～8],將其使用壽命提高到2029年,較一般飛機使用壽命延長一倍[9]。1970年美國民兵Ⅲ(LGM-30 Minuteman)導彈開始服役,規定使用壽命為7年,后經美國國防部組織技術人員對其進行延壽改造,使其能繼續服役至2010年。1996年Evtushenko I Y等通過掃描電子顯微鏡觀察和利用有限元分析的方法[10],比較了球形顆粒復合材料與有角度復合材料的失效模式,從而延長了型鋼軋機的使用壽命。1975年開始服役的撒旦戰略核導彈,規定使用壽命為10年,2002年,俄羅斯通過對其開展大量貯存延壽工作,建立比較完備的理論基礎、試驗經驗以及分析評估體系[5],使其壽命延長到2014年。2003年,美國對M2A2步兵戰車進行技術改造,使其壽命得以延長,極大提升了美國步兵的作戰能力[11]。Furlow W于2003年提出在海上石油井上開發一個聲學砂檢測系統[12],消除了校準的需要,提高了生產設備的壽命,增加了石油產量。2006年據英國國際防務日報報道,英國將建立一艘新的彈道導彈潛艇,參與,三叉戟,D-5導彈的延壽工作,努力維持其彈道導彈儲備[13]。同年Yukhanov V等基于核反應儀器的熱老化,提出了預測臨界脆點變化的方法[14],開創了核反應儀器設計的新篇章。2012年,美國海軍陸戰隊對AV-8B,鷂式,戰斗機進行持續現代化的升級,戰斗機的延壽方法不只是改變計算方式和提供零部件,還進行了相應的技術革新,其戰斗力得到顯著提升[15]。Heller M等于2014年介紹了利用DSTO技術對裝載在F/A-18飛機上的LAU-7導彈發射器外殼進行延壽修復[16],使其狀況有了明顯改善。同年Radulescu M等提出通過技術改進對地空導彈進行延壽[17],使導彈的使用壽命得到大幅延長。上述工作的開展對于保持軍隊武器裝備數量和規模,提高作戰使用效能和作戰能力,減少武器全壽命周期費用起到了至關重要的作用[18]。

4.2 國內武器裝備延壽工作概況

我國延壽工作起步相對較晚,20世紀六七十年代開始對導彈進行延壽研究[19]。到目前為止,也取得了一定的成果,頒布了一些關于延壽的標準和規范,在武器裝備系統延壽中經歷了從實踐到理論的過程[20]。馮志剛等于2008年通過分析美國Martin Marietta公司對導彈的加速老化試驗[21],發現了導彈的薄弱環節,為導彈延壽提供技術依據。2011年侯海梅、李久祥詳細敘述了武器裝備延壽的意義以及貯存延壽的措施和途徑[1],全面系統地總結了貯存延壽的方法,為貯存延壽提供理論支撐。2012年黃鳳軍等研究了水中兵器戰斗部的延壽工作[22],系統、科學地總結了戰斗部主裝藥延壽的主要方法,有效提高了水中兵器的戰斗力。2014年中國學者李俊等提出了利用故障預測和健康管理(PHM)的技術手段來提高裝備保障能力[23],實現了戰術導彈武器系統的壽命評估,降低了裝備延壽和升級的成本。2015年郭軍等結合導彈長期使用和不同級別的系統特點[24],對導彈的貯存壽命進行了評估[25],提出了延長導彈壽命的措施,總結了一套完整的導彈壽命預測方法[26]。同年張仕念等在分析比較美國和俄羅斯等國家導彈貯存延壽技術的基礎上[27],提出了導彈貯存延壽途徑和關鍵技術[28]。我國第一代戰術導彈武器裝備從20世紀60年代后期相繼開展自然貯存試驗[29],例如正在對現役或超期服役的第一代固體彈道導彈武器系統進行貯存延壽研究,包括自然條件下貯存和實驗室貯存加速壽命試驗[30]。經過這些年的可靠性試驗研究,延長了導彈的使用壽命,并利用延壽技術對導彈進行整修[31],使裝備部隊的導彈得以繼續使用,取得了巨大的軍事和經濟效益,總結了一套貯存延壽方法,特別是在貯存試驗與評價技術研究方面積累了大量的經驗。

5 國內外武器裝備延壽工作方法及 途徑

5.1 國外武器裝備延壽工作方法

國外在武器裝備延壽工作中方法類似,均采取統計分析和工程試驗分析相結合的方法。美國延壽技術主要以自然條件下貯存試驗為主,加速壽命試驗為輔,通過先進的監測技術和監測手段以及充足的經費支撐[32],統計故障數據,分析失效機理與失效模式,提前獲取裝備性能變化規律,建立外推模型,在裝備研制初期就能制定出一套完整的壽命評估體系,實現對裝備壽命評估的目的。俄羅斯主要依靠其先進的加速壽命試驗技術和工程實踐理論,統計失效數據,發現薄弱環節,制定試驗方案,在實驗室開展薄弱環節加速壽命試驗,快速有效地評估裝備壽命,形成了一套完整、成熟、先進的加速壽命試驗理論、技術和設備[33]。

5.2 國內武器裝備延壽工作方法

由于我國加速壽命試驗起步晚,技術水平低,缺乏高水平的監測技術,資金也難以支撐裝備在列裝前就制定一套完整壽命評估體系,對其進行長期觀測、試驗[34]。因此我國裝備延壽的方法主要是通過分析自然貯存條件下故障數據和失效模式,同時輔助開展少量非金屬材料以及零部件的貯存加速壽命試驗,收集各種信息,對武器裝備進行壽命預估,很難僅依賴加速壽命試驗來實現對裝備壽命的外推[35]。

5.3 國內外延壽工作的主要技術途徑

目前,國內外通常采用如下方法達到對武器裝備延壽的目的:

1) 技術更新。技術的先進性是延壽的重要前提[36]。先進性主要體現在滿足作戰使用要求、結構簡單、可靠性高和經濟性好等方面[37]。性能改進體現在設計、工藝、元件、材料等多方面改進,應盡可能采用先進技術更新原有的落后技術,以便全面提升產品的自然壽命、技術壽命和經濟壽命[38]。在設計上采用良好的材料和元件,是設備或系統技術更新的首選措施[39]。

(1)更新工藝。工藝是勞動者利用各類生產工具將原材料或半成品進行加工或處理,使之成為產品的工作、方法和技術。所謂工藝更新,即用一種新的、先進工藝代替原有的、落后工藝[1]。由于工藝不當,造成產品失效的案例屢見不鮮,采取更新工藝是武器裝備延壽的重要措施[40]。

(2)設備改進。延壽應針對武器裝備使用過程中暴露的問題和薄弱環節,結合戰備需要和當前的技術水平,采取一些技術性的改進措施,以增強設備的環境適應能力,提高其可靠性,延長其使用壽命[41]。

2) 維修更換。維修更換是使產品保持或恢復到規定狀態的主要措施,包括預防性維修和恢復性維修[43]。具體維修方式包括檢測、擦拭與清洗、修補、調整、校準、更換等[42]。

(1)檢測。檢測即對武器裝備的技術狀態指標和性能參數進行試驗與觀測。依據檢測結果來判明需要維修的項目,及時修理問題件,達到貯存延壽的要求。

(2)擦拭與清洗。清洗的主要目的就是去除產品表面的塵埃污垢。清洗時,選用合適的清洗劑,按照規定的工藝程序進行操作,清潔后對相應表面進行干燥并采取措施加以防護[44]。

(3)修補。修補即將產品的損傷部分進行修理與補充,以恢復原有的狀態[45]。如對產品外觀缺陷、電接觸不良、漏油漏氣、部件變形、包裝破損和藥柱脫粘等,均需及時修補[1]。

(4)調整、校準。調整即用物理方法改變產品的變量,從而改變其輸出特性,以滿足規定的工作狀態所進行的操作[46]。校準即將測量裝置與規定的標準比較。如對超過檢定有效期的測量儀表,到規定的標檢所進行校準,經過校準合格的測量儀表才能使用[1]。

3) 放寬失效判據。設計人員以大量的試驗,根據試驗結果,對非關鍵性指標,通過調整設計參數、減少設計余量、放寬均值和公差要求,放寬失效判據,武器裝備的壽命評估值就會相應增加。

6 結語

文章首先對武器裝備延壽的概念進行了敘述,其次闡述了延壽的意義,進而分析了國內外武器裝備延壽工作的概況,最后對武器裝備延壽工作的方法和途徑進行了總結。延壽工作能有效延長武器裝備的使用壽命,同時也是一項系統工程。

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Introduction of Life Extension Technology of Weapon Equipment at Home and Abroad

ZHANG Baiyong1LIU Kai2SUN Jiong2FU Jian3

(1. Department of Weapon Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)(2. Office of Research and Development, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)(3. Military Equipment, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

This paper expounds the concept and significance of life extension for weapons and equipment, analyzes the life extension and life extension methods at home and abroad, and systematically summarizes the main technical ways of life extension of weapon equipment. By extending life extension work to a certain extent extend the life of weapons and equipment, with great practical significance and military economic benefits.

weapons and equipment, life extension, technical update, maintenance

2016年10月11日,

2016年11月27日

張百勇,男,碩士研究生,研究方向:武器系統運用與保障工程。

E920

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.04.003