彈箭產品裝配過程電氣檢測研究*

席曉文,楊 倩,柳 林,李 倩,李文昊,王治平

(西安現代控制技術研究所, 西安 710065)

0 引言

電氣檢測是彈箭產品裝配過程中的重要環節,其檢測結果可為產品的裝配質量可控性提供數據支持,確保產品的性能可靠。根據彈箭產品的接口是否施加外界信號,電氣檢測主要分為動態電氣檢測和靜態電氣檢測。動態電氣檢測是指通過產品接口對其供電和施加激勵,觀測彈上各部件的工作情況,并進行數據分析和故障診斷[1]。靜態電氣檢測則是通過阻值測量設備對產品裝配過程中不同階段的阻值進行檢測,判斷彈上電氣部件裝配過程的正確性,進而排除裝配過程中存在的質量隱患,保證產品裝配的質量[2]。目前對于導彈的動態電氣檢測研究較多[3-6],而靜態電氣檢測研究則很少見相關報道。文獻[2]中對導彈靜態電氣檢測的內容進行了初步分析,提出的橫向和縱向二維數據比較法,能夠有效驗證導彈部件裝配過程中的可靠性及電氣焊接裝配的正確性。文中主要從檢測的設置環節和內容出發,對裝配過程中的靜態電氣檢測進行研究分析,構建整個裝配過程的靜態電氣檢測框架。

1 阻值數據理論分析

彈箭產品裝配過程中產生的阻值數據可有效驗證裝配的正確性和完整性,為產品的裝配質量提供數據支撐。阻值數據的獲取主要來自兩個方面:計算法和實測法。計算法,即基于各部件的SPICE模型,根據部件之間的電氣連接建立產品的等效電路圖,進而通過仿真計算獲得產品的阻值數據。實測法則是通過測量設備對部件和整彈進行測量獲得阻值數據,通過對數據進行比較來驗證產品的裝配質量。實際中,這兩種方法相輔相成,計算法獲得的阻值數據可為實測法獲得的數據提供理論支撐,而實測法獲得的數據可驗證計算法所用模型的正確性。文中主要對實測法的電氣檢測內容進行研究分析。

2 靜態電氣檢測的環節設置

圖1為彈箭產品典型裝配流程圖。首先對裝配所用的各部件進行配套,明確部件的配套關系,實現部件的可追溯性;然后按照艙段模塊化的工藝設計思路,對各獨立艙段進行并行裝配,再進行制導控制艙的對接;總裝前對產品進行通電篩選試驗,考核合格后進行產品的總裝,實現發動機、戰斗部和制導控制艙的對接。

圖1 彈箭產品典型裝配流程

為了驗證彈箭產品裝配的正確性,確保產品的裝配質量,彈箭產品靜態電氣檢測主要設置在裝配過程的3個階段:部件狀態(部件檢測)、通電篩選前狀態(通電篩選前檢測)和總裝狀態(出廠檢測)。部件狀態檢測,主要基于兩方面考慮:一是通過橫向比較法,驗證進入總裝前部件的阻值數據是否一致,同時發現部件是否存在低級質量問題,如信號特性與電源地端子短路、電源與電源地端子短路等;二是為后續通電篩選前狀態和總裝狀態兩個環節的檢測提供原始數據。通電篩選前狀態檢測主要是從產品的測試口檢測彈上各電氣特性針對參考地的阻值,通過與部件狀態下的檢測數據進行對比,驗證彈上電纜網連接關系的正確性,防止部件裝錯和擠壓導線,同時為總裝狀態下的出廠檢測提供原始數據。總裝狀態下的出廠檢測主要是從產品的測試口檢測彈上各電氣特性針對參考地的阻值和彈上火工品的點火阻值,通過與部件狀態和通電篩選前狀態下的檢測數據進行對比,驗證彈上部件焊接裝配的正確性。這三個階段的靜態電氣檢測內容相輔相成、互相影響,進而有效控制產品的整個裝配過程質量。

3 靜態電氣檢測的內容設置

靜態電氣檢測內容的設置主要基于如下原則:部件裝配前后產品質量的再次確認和裝配過程的質量管控。其設置內容主要有:測各端號對電源地阻值;測信號對信號地阻值和測點火阻值。

3.1 測各端號對電源地阻值

彈箭產品在實際飛行過程中,需要由彈上熱電池給各電氣部件供電才能正常工作。工程人員在彈上電氣部件電路和彈上電纜網設計時,為防止熱電池供電時將各電氣部件的內部電路燒毀,一般將彈上電源信號端口與其它電氣特性端口絕緣或大電阻隔開。盡管部件提交裝配前已經過相關技術條件要求驗收,屬于合格產品,但考慮到部件燒毀的不可逆轉性,在靜態電氣檢測內容設置的3個階段都要進行“測各端號對電源地阻值”檢測。

部件狀態階段檢測部件接口各端號與電源地之間的阻值關系,確保部件在裝配前處于合格狀態,防止將隱患帶到通電篩選前狀態才被發現,造成產品的返工。因通電篩選階段需要由地面對彈上各電氣部件供電,驗證彈上各時序控制的正確性。為了防止上電造成電氣部件內部電路的燒毀,需要在通電篩選前從彈上測試口進行“測各端號對電源地阻值”檢測。該階段的檢測主要為了確認裝配過程中電纜布局是否恰當,電源線與其它電氣特性引線之間是否存在擠壓短路的隱患。總裝出廠檢測是產品飛行前的最后一道質量保障。若彈上電源信號與其它電氣特性信號短路現象在產品飛行過程中出現,輕則造成試驗失敗,重則可能造成人員傷亡。因此,一般在產品的驗收條件中,都有檢測各端號與電源地阻值這一項目,確保產品飛行前質量可靠。表1為靜態電氣檢測不同階段“測各端號對電源地阻值”檢測項目的目的。可以看出,不同階段電源信號與其它電氣信號之間的短路隱患來源不同,為確保產品的裝配質量,各階段的檢測項目都必不可少。

表1 不同階段“測各端號對電源地阻值”的檢測目的

3.2 測信號對信號地阻值

彈上的電氣信號主要有:各部件及發控之間的通信數字信號,炮口查詢信號,飛控輸出給舵機的舵指令信號等。不同信號之間有各自的信號地,如RS422信號對數字地、炮口查詢信號對信號地、舵指令信號對模擬地等。對于信號之間的有效傳輸,其可靠性可通過動態測試驗證。這里更多關注的是如何通過該檢測項目確保產品的裝配質量,提前發現裝配過程中存在的質量隱患。

在部件狀態設置測各信號對其相應信號地阻值,其主要目的是為后面通電篩選前狀態和總裝狀態的檢測提供原始數據,進而通過縱向分析法(單發產品裝配過程中的數據比較)來分析裝配過程的質量信息,確保產品的裝配質量。因部件內部電路構造較為復雜,其端口的阻值數據難以統一,目前試制前未有明確的阻值范圍可供參考。實際中部件狀態下的檢測可從兩個方面進行數據判斷:一是基于文獻[2]中提出的橫向比較法,即同一批部件的檢測阻值應該一致;二是各信號對其信號地的阻值原則上不應為短路阻值,至少其范圍大于0。通電篩選前狀態和總裝狀態下,從測試口測試各信號對其相應信號地阻值,將其與部件狀態的檢測阻值進行對比分析,可間接驗證裝配的正確性。

3.3 測點火阻值

作為火工品的重要技術指標,點火阻值的大小能夠直接反映火工品的工作狀態。彈箭產品裝配過程中主要通過點火阻值的測量驗證火工品的裝配質量。由于火工品的點火不可逆轉,難以通過動態測試驗證其裝配的正確性,加上某些火工品的點火信號在測試口無法測量(如為了防止靜電導致發動機意外點火,將發動機的點火通路用安全鎖的隔離特性隔開),點火阻值異常現象的排故又帶有安全風險。通常工藝設計中將點火阻值的測量貫穿于彈箭產品裝配的整個過程,嚴格控制火工品的裝配質量。

部件狀態下設置點火阻值測量,確保火工品在裝配前處于合格狀態,防止出廠檢測時才被發現存在異常,造成彈箭產品涉火工品拆解。根據項目要求,彈箭產品裝配工藝流程設計中通常將點火具的線路焊接安排在總裝階段。盡管通電篩選前狀態不涉及點火線路的處理,為了防止裝配過程中造成線路擠壓、操作錯誤導致點火回路異常導通等現象,給通電篩選帶來安全隱患,通常在通電篩選前狀態也設置點火阻值檢測,其值大小應與部件狀態下的阻值相差不大。總裝出廠檢測是產品裝配質量把控的最后一步。若點火阻值異常在飛行過程中出現,輕則造成試驗失敗,重則可能炸膛,發生人員傷亡事故。一般在產品的驗收中,都需要從測試口檢測彈上火工品的點火阻值,確保產品飛行前質量可靠。該階段的阻值與前兩個階段的阻值相比,主要多了從部件接口到測試口之間的線阻,可按式(1)進行估算。

(1)

式中：R部件為部件狀態下的點火阻值；R導線為部件接口到測試口之間的線阻；ρ為部件到測試口之間導線的電導率；l為線長；s為線徑。

一般彈箭產品的導線采用AFR-250耐高溫導線,ρ為0.017 2 Ω·mm,s為0.35 mm2,1 m導線的線阻大約為49.1 mΩ。

4 靜態電氣檢測框架

通過對靜態電氣檢測的環節和內容設置分析,可構建彈箭產品的靜態電氣檢測框架,如圖2所示。基于裝配流程,可將靜態電氣檢測從縱向上分為3個階段的檢測:部件狀態、通電篩選前狀態、總裝狀態。對于每個階段的檢測,從橫向上其檢測內容都包括3個方面:測各端號對電源地阻值、測信號對信號地阻值和測點火阻值。該框架的構建,可對產品的整個裝配過程進行監督檢測,實現產品裝配的全過程質量控制。

圖2 靜態電氣檢測框架

5 總結

靜態電氣檢測是保證彈箭產品裝配質量的重要手段,其環節和內容設置的完整性、合理性直接影響裝配過程產品質量的可控性。文中從彈箭產品的裝配流程出發,通過分析靜態電氣檢測的環節和內容設置,構建了產品整個裝配過程的電氣檢測框架。研究結果對于彈箭產品裝配過程中過程檢驗的設計具有重要的參考意義。實際裝配過程中,可根據產品特性的不同,完善所提出的電氣檢測框架,保證產品的裝配質量。