某型飛機電氣系統基本可靠性預計與分配

張 磊，張 穎，何志紅，吳秀杰

（航空工業洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

某型飛機電氣系統主要包括電源系統、配電系統和相關子系統的電氣控制系統，主要作用是提供飛機各種狀態下用電設備所需要的各種形式的電能，同時將電能可靠而有效地輸送到各用電系統和設備的輸入端，對飛機機電子系統比如液壓系統、燃油系統、發動機系統、高空環控系統等實現電氣控制。

可靠性是指系統或設備在規定的條件下，規定的時間內完成規定的任務的能力[1]。基本可靠性進行預計和分配是飛機方案論證階段必須進行的工作之一，合理的可靠性預計與分配可以預估飛機研制經費、維修周期和成本，對于權衡方案利弊、找出影響產品可靠性薄弱環節、改進設計有重要的指導意義[2]。可靠性預計的準確性和合理性要充分考慮以往類似型號的可靠性統計數據，這對于提高可靠性預計的成功率非常重要[3-6]。

本文針對某型飛機初期研制階段的特點，結合以往類似型號可靠性統計數據，對其可靠性指標進行了可靠性建模、基本可靠性預計和分配。

1 電氣系統可靠性建模

可靠性建模是進行可靠性預計和分配的基礎[7-8]。飛機電氣系統由供電系統、配電系統、電氣控制系統內所含各設備組成，其中任何一個設備故障都會影響飛機電氣系統整體功能的實現，因此各設備之間的可靠性模型是串聯模型，電氣系統各設備之間的邏輯關系可靠性框圖如圖1所示。

根據電氣系統可靠性框圖建立電氣系統可靠性函數模型，可靠性模型需假定以下條件：

圖1電氣系統可靠性框圖

1）可靠性模型建到設備級；

2）電氣系統中各設備僅有正常和故障兩種狀態；

3）電氣系統中各設備的故障是獨立的，不存在關聯關系；

4）電氣系統中各設備的壽命服從指數分布；

5）可靠性框圖中的設備用方框表示，每個方框的單元具有可靠性數據，方框之間的連線并無實際意義。

根據以上假設，電氣系統可靠性函數模型為：

式中：Rs(t)—電氣系統的可靠度；

Ri(t)—電氣系統第i個設備的可靠度；

由于本文飛機電氣系統共包含14個設備，所以其系統的可靠度是由系統內14個設備的可靠度相乘所得。

各設備的壽命服從指數分布，則

式中：λs—電氣系統的故障率；

λi—第i個設備的故障率。

電氣系統的平均故障間隔時間為：

2 電氣系統基本可靠性預計

可靠性預計是估計產品是否符合可靠性定量要求的方法，它可以作為設計手段，為設計決策提供依據。運用基本可靠性模型可預計出產品、產品各單元的平均故障間隔時間。本文采用相似產品法對電氣系統基本可靠性進行預計，根據已有類似型號在外場的使用數據進行可靠性預計和評估。

本文基本可靠性預計步驟為：

1）確定電氣系統的成品及其型號與單機數量Ai。

2）確定電氣系統成品運行比Di和系統的運行比Ds。(成品運行比Di按經驗給出，系統的運行比：Ds=max(Di))

3）根據相關的信息來源確定成品的平均故障間隔飛行小時MTBFi和故障率 λi，λi=1/MTBFi。

4）根據運行比Di確定成品平均故障間隔飛行小時MFHBFi，MFHBFi=MTBFi/Di。

5）確定電氣系統的故障率λs和平均故障間隔時間MTBFs。

6）確定系統的平均故障間隔飛行小時MFHBFs。

電氣系統基本可靠性預計值見表1所示。

3 電氣系統基本可靠性分配

表1電氣系統基本可靠性預計值

可靠性指標分配是將型號研制任務書中規定的可靠性指標，按一定的方法和程序逐級分配給各個系統、分系統和機載設備。本文采用比例分配法對電氣系統各成件進行可靠性分配，即根據電氣系統內成品平均故障間隔飛行小時的預計值MFHBFi及工作運行比Di，將系統的目標值MFHBF*s按一定的比例分配給電氣系統各成件。

1）確定電氣系統的平均故障間隔時間的目標值MTBF*s和系統故障率的目標值λ*s。根據總體設計要求，某型飛機電氣系統平均故障間隔飛行小時的目標值MFHBF*s為100FH，可求得：

2）確定可靠性分配時，可靠性指標的分配值與預計值一致的成品、附件。

3）可靠性分配時部分可靠性指標不變的成品其故障率λj之和λu關系為：

式中：k—系統中可靠性指標不變的成品、附件總數；

Aj第j項成品的單機件數；

4）求出新研、改型成附件可靠性指標分配的比例因子c。

5）求出新研、改型成品、附件故障率的分配值λ*i。

6）求新研、改型成品附件的平均故障間隔時間MTBF*i和平均故障間隔飛行小時MFHBF*i。電氣系統基本可靠性分配值見表2所示。

7）驗算

電氣系統可靠性指標經過分配后，驗算組成電氣系統的各成品、附件的故障率之和是否與分配的一致。

4 結語

可靠性分析與設計是飛機設備、系統研制過程中非常重要的一項工作，其決定著飛機設備、系統的壽命、研制周期和費用。本文針對某型飛機電氣系統研制初期階段的實際情況，結合以往類似型號可靠性統計數據，采用相似產品法對電氣系統基本可靠性進行預計，采用比例分配法對電氣系統各成件進行了可靠性分配，為系統進一步詳細設計提供了基礎。

表2電氣系統基本可靠性分配值