導彈電纜工作狀態可靠性預計

龔紹文，趙月琴

(中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009)

長期以來，產品可靠性的評價都是在產品制造完成后，經過大量可靠性試驗后，才能得到產品可靠度指標，但這種方法具有研發成本高，更改周期長，一旦出現故障后果嚴重，無法預知壽命的缺點[1]。如果在產品的設計階段就開展產品的可靠性預計工作，根據可靠性預計的結果提前發現薄弱環節，可以有效地降低研發更改成本和時間。目前許多對可靠性要求高的裝備都要求在設計初期就進行可靠性預計工作[2-7]，導彈內其他組件已經開始進行可靠性預計工作[8-10]，但一直未對電纜類產品進行可靠性預計，也未見相關文獻論述。導彈電纜在整個導彈系統中承擔著導彈與發射裝置、導彈各組件之間的電氣信號傳輸功能，正確地向導彈各分系統提供所需的供電信號，完成各組件間的信號匹配、傳遞和交聯。通過電纜將各個分系統連接在一起形成一個整體，使得各部件能按相應的工作時序和邏輯完成電氣信號的交換和傳輸。一旦電纜失效將導致導彈無法完成預定的任務，因此有必要對導彈電纜進行可靠性預計工作。

1 可靠性模型

1.1 可靠性框圖

導彈電纜由連接器、電纜和焊接點組成。其中任何一個部件發生故障，都會導致電纜不能完成規定的功能。因此，整個電纜應為一串聯系統，其可靠性框圖如圖1。

1.2 可靠性數學模型

導彈電纜可靠度模型為：

R=R1×R2×R3×R4

(1)

式(1)中:R為導彈電纜的可靠度；R1為圓形連接器的可靠度；R2為矩形連接器的可靠度；R3為導線的可靠度；R4為焊接點的可靠度。

工作狀態可靠性是指在嚴格遵守規定的維護使用條件下，發射前自檢合格導彈在規定的發射條件下能夠正常發射，導彈發射后電纜能正常工作的概率。

工作狀態階段電纜的所有部分都通電工作，自主飛行可靠性為：

(2)

式(2)中：n為分組件的數量；RF為工作狀態可靠性；RFi為各分組件自主飛行可靠性；λFi為各分組件自主飛行階段失效率；tFi為導彈自主飛行時間，取最大工作時間80 s，即 80/3 600(h)。

2 可靠性預計

GJB/Z 299C—2006《電子設備可靠性預計手冊》中規定采用2種方法預計可靠性：一種是元器件計數預計法，適用于產品研制的初步設計階段；第二種是元器件應力分析(詳細)預計法，適用于產品已具有詳細的元器件清單，并已確定了元器件所承受應力的研制階段。導彈電纜的可靠性預計主要采用應力分析法。

使用GJB/Z 299C—2006《電子設備可靠性預計手冊》的失效率數據[11]，另外生產廠家提供的失效率數據可直接使用，如不能提供非工作失效率，可按同等環境類別下工作失效率數據的1/20來估算。

工作狀態環境類別為導彈掛飛(取戰斗機無人艙AUF和導彈發射ML的平均值)和導彈發射(代號為ML)，工作溫度取70 ℃。

1) 圓形連接器

在電纜中使用了6個圓形連接器，其工作失效率預計模型為：

λ=λb×πE×πQ×πP×πK×πC

(3)

式(3)中：λb為基本失效率，查表5.11.1-1為0.030 3(工作環境溫度取70 ℃，絕緣類型Ⅰ類)；πE為環境系數，查表5.11.1-2,AUF為8.4，ML為14；πQ為質量系數，查表5.1.10-3，圓形軍品接插件A1級為0.2；πP為接觸件系數，查表5.11.1-4，55針1個取(1×10.65)，31針1個取(1×5.60)，25針1個取(1×4.78)，33針2個取(2×6.46)，63針1個取(1×13.20)；πK為插拔系數，查表5.11.1-5為2.0；πC為插孔結構系數，查表5.11.1-8圓形接插件為1.0。

因此，導彈掛飛時λp=0.030 3×((8.4+14)÷2)×0.2×(1×10.65+1×5.60+1×4.78+2×6.46+1×13.20)×2.0×1.0=6.4。

導彈飛行時λL=0.030 3×14×0.2×(1×10.65+1×5.60+1×4.78+2×6.46+1×13.20)×2.0×1.0=6.9。

2) 矩形連接器

在電纜中使用了10個矩形連接器，其工作失效率預計模型為：

λ=λb×πE×πQ×πP×πK×πC

(4)

式(4)中：λb為基本失效率，查表5.11.1-1為0.0303(工作環境溫度取70 ℃，絕緣類型Ⅰ類)；πE為環境系數，查表5.11.1-2，AUF為8.4，ML為14；πQ為質量系數，查表5.1.10-3，矩形軍品接插件A2級為0.4；πP為接觸件系數，查表5.11.1-4，36針1個取(1×6.46)，25針2個取(2×4.78)，51針1個取(1×9.50)，17針1個取(1×3.57)，63針1個取(1×13.20)，4針1個取(1×1.72)，14針1個取(1×3.14)，28針1個取(1×5.60)，24針1個取(1×4.78)；πK為插拔系數，查表5.11.1-5為2.0；πC為插孔結構系數，查表5.11.1-8矩形接插件為0.3。

因此，導彈掛飛時λp=0.030 3×((8.4+14)÷2)×0.4×(1×6.46+2×4.78+1×9.50+1×3.57+1×13.20+1×1.72+1×3.14+1×5.60+1×4.78)×2.0×0.3=4.685 6。

導彈飛行時λL=0.030 3×14×0.4×(1×6.46+2×4.78+1×9.50+1×3.57+1×13.20+1×1.72+1×3.14+1×5.60+1×4.78)×2.0×0.3=5.857 0。

3) 導線和焊接點

查表5.22-1，AUF為0.792，ML為1.44。

因此，導彈掛飛時λp=(0.792+1.44)÷2=1.116。

導彈飛行時λL=1.44。

電纜中焊接點個數為116個，壓接點個數為411個，焊接點的失效率模型為：

λ=λb×πE×πQ

(5)

式(5)中：λb為基本失效率，查表5.13.2-1，浸焊λb=0.000 120×10-6/h，壓接λb=0.000700×10-6/h；共有焊點116個，壓接點411個；πE為環境系數，查表5.13.2-2,AUF為11，ML為25；πQ為質量系數，查表5.13.2-3為1。

可計算出：

導彈掛飛時λp=(116×0.000 120+411×0.000 700)×((11+25)÷2)×1=1.138 32。

導彈飛行時λL=(116×0.000 120+411×0.000 700)×25×1=7.540 5。

4) 可靠性預計結果

電纜工作狀態總失效率見表1。

表1 電纜工作狀態總失效率統計

導彈掛飛時電纜的MTBF=1÷(13.339 92×10-6)=74 962.9 h。

由于自主飛行時間為tL=80 s=80÷3 600 h，故電纜在自主飛行時的可靠度為：

R=e-λL×tL=e-21.737 5×10-6×80/3 600=0.999 999

以上結果表明，導彈電纜滿足可靠性要求。

3 結論

本文以某型導彈電纜為例，綜合分析電纜使用的連接器類型、導線、焊接點、數量、質量等級等，給出了可靠性預計的方法。該方法同樣可以推廣應用于各種電纜類產品的可靠性預計，根據可靠性預計結果與所要求的可靠性進行比較，估計設計是否滿足要求，通過可靠性預計還可以提前發現電纜的可靠性薄弱環節，提前采取針對措施，提高整個產品的可靠性。