制導彈藥控制系統的可靠性預計

高萌 林義 呂向群 鄧振偉

摘要：本文給出了一種制導彈藥控制系統的可靠性預計的方法。通過對制導彈藥控制系統中電子部件、機械部件和光學器件的可靠性預計，得到儲存15a的制導彈藥控制系統仍滿足使用要求。該方法比較符合工程實際，對制導彈藥可靠性研究具有重要意義。

Abstract： A method of the reliability prediction of guided system is proposed in this paper. Considering the prediction results for aIl optic-mechanical-electronic components， the reliability of guided system that was stored for 15 years was 0.85. The method is inline with the engineering practice. It has a certain value for the reliability of guided munitions research.

關鍵詞：制導彈藥;控制系統;失效率;可靠性預計

Key words： guided munitions;control system;failure rate;reliability prediction

中圖分類號：TJ450.6 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1006-4311（2019）11-0182-03

0 ?引言

制導彈藥控制系統主要由電子部件、精密機械件和光學件等組成，制導彈藥區別于通用彈藥之處主要是控制系統。經過多年研究，對于通用彈藥的可靠性已經有了很好的掌握[1]。因此，要掌握制導彈藥的可靠性，關鍵是算出控制系統的可靠性。可靠性預計，是指建立可靠性結構模型，綜合產品的元器件的可靠性數據，得到產系統的可靠性。

制導彈藥控制系統具有電子系統、機械系統、光學系統等。因而其可靠性具有復雜性與特殊性，需要綜合機械、電子、光學等各個方而，需要分綜合析其中的機電部件和光學器件的可靠性，以及各種應力產生的影響。本文對控制系統進行可靠性預計，可從電、機、光三個方面進行分析，為制導彈藥可靠性的預計及壽命評估提供一種方法。

1 ?可靠模型的建立

某制導彈藥由控制艙和彈艙構成。相對于傳統炮彈，制導彈藥控制系統結構復雜、技術密集度高。控制艙內裝有彈上控制系統，由鼻錐部、自動導引頭、自動駕駛儀等組成。鼻錐部主要由待發程控裝置、風帽、電爆管和鼻錐裝藥組成。它用于保護導引頭的光學部件，并適時拋掉，露出光學元件。自動駕駛儀主要由整流罩、位標器和電子艙組成，它用于彈道末段捕獲目標并自動導向目標。自動駕駛儀由驅動裝置、慣性陀螺、電源裝置等組成。它用于控制彈丸按一定的導引規律飛行。通過制導彈藥控制系統的功能分析和組件單元的劃分，建立了其可靠性框圖模型，如圖1所示。

2 ?可靠性參數

可靠性參數是指度量產品可靠性的特征量，主要包括可靠度、失效率和可靠壽命等。

2.1 可靠度

可靠度是指控制系統在規定條件和規定時間內，保持各項預定功能不變的概率，用R（t）表示。其數學公式如下：

中位壽命是指可靠度R=50%的可靠壽命，通常用t0.5表示。當到中位壽命t0.5時，一半產品會發生失效，也就是可靠度R和累積失效概率均為0.5。

特征壽命是可靠壽命的一種特例，即可靠度R=e-1的可靠壽命稱為特征壽命。

3 ?控制系統可靠性預計

制導彈藥控制系統中的電子元器件失效率與時間的關系，如圖2所示。故障率曲線圖反映電子元器件整個壽命期失效率的情況，通常稱為稱為“浴盆曲線”。失效率隨時間變化可分為三個階段：第一階段為早期失效期，即遞減型。控制系統早期，其失效率較高而下降很快，主要原因在于設計、生產、貯存等過程造成的，以及受調試、加電、啟動等人為因素所等人為因素的影響。當上述因素造成的失效發生后，工作也逐漸正常，失效率開始變得穩定，即失效率曲線在t0時刻變平。在t0時刻前稱為早期失效期。應該主動想法避免早期失效的發生，即盡量縮短t0的時間。第二段成為偶然失效期，失效率曲線為恒定型，即從t0到t1間的失效率近似為常數。失效主要是由于誤操作、意外的天災以及一些尚不清楚的偶然因素所造成的。這一階段失效原因大多為偶然因素，因此，也叫偶然失效期。偶然失效期是控制系統的有效工作階段，這段時間稱為其有效壽命。第三段是耗損失效期，失效率是遞增型的。在t1以后失效率上升較快，這是因為產品（設備）上的某些零件已經老化，壽命衰竭。因而失效率上升。針對耗損失效的原因.應該注意檢查，監控，預測耗損開始的時問，提前維修，使失效率仍不上升，以延長有效壽命。

3.1 電子可靠性預計

電子、電器設備可靠性預計有如下恃點：

①電子、電器設備的壽命多數服從指數分布。即失效率是常數，所以，通常可采用公式作為預計設備或系統的可靠性指標。

②電子、電器設備是由電阻、電容、電子管、二極管和芯片等標準化的電子元器件組成的。對于這些標準元器件，已經掌握了其失效規律，建立了相關的可靠性標準和手冊。國產電子元器件頂計可參照GJB《電子設備可靠性預計手冊》，進口電子元器件預計可參照美國軍用標準《電了設備可靠性預計》。

通常采用元器件應力分析法對電子產品進行可靠性預計[2]。元器件應力分析法是指電子元器件故障率服從指數分布，通過統計同一類型元器件的數量，再乘上這些元器件的工作失效率，最后求和計算出產品的故障率。對于產品中的非串聯部分，得到其可靠性要先計算出這部分等效串聯的失效率，再與其他串聯部分元器件的失效率相加。獲得元器件的基本類型、元器件的數量、元器件的質量等級是進行元器件應力分析的前提。利用這種方法預計產品故障率的一般表達式為：

3.2 機械結構可靠性預計

機械系統現有的可靠性計算模型主要有串聯、并聯及混聯等。對于大多數機械系統，其中任意組成零件的失效，均會導致系統失效的發生。因此，最常見的機械系統模型主要是串聯模型。機械類產品不同于電子類產品，它的特點如下：

①機械部件相比電子部件，其通用性差，標準化程度也不高;

②機械部件的失效率通一般是變化的，其耗損、疲勞應力往往是造成其故障的主要原因。

由于機械部件的這些特點，對于相似的機械部件，它們的失效率是不集中。采用已有統計數據預測其可靠性，結果通常精度不高。正是由于機械系統本身的復雜性、非標準性、數據的分散性等特征，使得機械系統可靠性建模工作有一定困難，可信度不大。現有的許多模型都是在原來模型的基礎上所做的改善和細化，都存在原模型不可避免的缺點。參照國內現行的有關技術標準，對機械可靠性的定量要求，一般采用活動部位的平均無故障工作次數這一指標量值。

本文通過相似產品類比論證法進行機械結構可靠性預計。用相似設備法獲得的經驗來進行可靠性預計，是將被評估的新產品與以往類似產品進行比較。將舊設備（產品）暴露出來的缺點作為新產品改進的重點。由于系統的可靠性與其內部存在的缺陷密切相關，從舊產品上可以獲得產品的失效率與其內部缺陷之間的關系系數。修正系數通過采用專家評分得到，綜合權衡后得出一個是效率修正因子D。該因子主要是指部件的材料結構、工藝技術水平和工作環境等。已知原型號產品的MTTF=4.8×106h，通過專家評分得出下式中的修正系數：

因此，制導彈藥控制系統機械結構的？姿新=？姿原·D=6.48×10-7h，平均無故障工作次數預計值T=1/？姿新=1.54×106h。

3.3 光學系統可靠性預計

國內對光學系統可靠性的研究還比較少[4]。光學系統的失效模式，主要包括：霉菌、生霧、膜層脫落和應力破裂。從實踐的角度來看，常規的光機電一體化產品的故障，絕大多數往往不是由于光學系統的失效所引起。在控制系統探測裝置中，對成像質量無特殊要求，因此，對比某激光測距系統試驗數據[5]，初步預計光學系統的失效率為5（10-6h）。

4 ?結論

本文通過綜合電子、機械和光學系統可靠性預計來對制導彈藥控制系統可靠性進行了預計。經過預計，儲存15a的制導彈藥，控制系統可靠度還可以達到0.85，還能滿足使用要求。該方法比較符合工程實際需要，操作性強，為制導彈藥整體可靠性水平預計提供了依據。

參考文獻：

[1]鐘偉君.一種制導彈藥電子部件可靠性預計方法[J].裝備環境工程，2014，11（2）：103-105.

[2]宋保維.系統可靠性設計與分析[M].西安：西北工業大學出版社，2008.

[3]GJB/Z 299C-2006，電子設備可靠性預計手冊[S].

[4]李培基.光機電一體化產品的可靠性預計[J].電子產品可靠性與環境試驗，2005，10（1）：61-62.

[5]吳晗平.某型激光測距系統可靠性預計[J].應用數學，2005，26（4）：30-32.