某型裝備靶試故障機理研究

■ 程敬德 石瑋瑋 劉永微 李曉峰/洛陽丹城無線電廠

0 引言

在缺乏遙測數(shù)據(jù)支持的前提下，僅能基于光測數(shù)據(jù)和載機雷達數(shù)據(jù)，采用概率統(tǒng)計及理論分析相結(jié)合的方法開展綜合分析工作。針對裝備靶試中出現(xiàn)的問題，結(jié)合工廠對某型裝備的維修保障情況，采用故障樹分析法，對引起裝備靶試失利的基線因素進行重點分析，對裝備脫靶、早炸、發(fā)動機未點火、未離梁等故障機理進行研究，總結(jié)裝備故障規(guī)律，提出改進措施建議。

1 早炸故障機理

1.1 早炸故障樹

裝備早炸可分為兩種模式：一是戰(zhàn)斗部爆炸；二是發(fā)動機爆炸。圍繞這兩種事件的各種可能因素，建立裝備早炸故障樹，如圖1 所示。

圖1 裝備早炸故障樹

1.2 早炸機理分析

一是裝備發(fā)動機工作過程中，飛行失控，軌跡異常，出現(xiàn)早炸。結(jié)合工廠維修經(jīng)驗，認為慣性元件、電位計發(fā)生故障造成裝備飛行失控的可能性較大。由于裝備飛行失控，呈大幅度劇烈機動飛行，其過載超出允許值時，裝備將發(fā)生擺動（嚴重時可使裝備折斷），在裝備劇烈擺動狀態(tài)下，裝備殼體變形。由于觸發(fā)引信裝在殼體內(nèi)壁，裝備殼體產(chǎn)生的變形波可能導致觸發(fā)引信的波動簧片斷開，引起磁通量變化，產(chǎn)生電動勢，形成起爆信號，引爆戰(zhàn)斗部。也不排除在大過載情況下，發(fā)動機裝藥出現(xiàn)裂紋引起爆炸的可能。

二是裝備飛行軌跡基本正常，裝備未作大過載機動，距目標幾千米左右出現(xiàn)早炸。由于早炸前裝備未做大機動飛行，所以不可能因為觸發(fā)引信動作導致早炸。早炸時發(fā)動機已經(jīng)停止工作，所以可排除發(fā)動機爆炸的可能性。裝備早炸時，已進入雷達末制導段，戰(zhàn)斗部保險執(zhí)行機構(gòu)已經(jīng)解鎖，只要近炸引信有起爆信號傳來，戰(zhàn)斗部就會起爆。所以近炸引信問題導致早炸的可能性較大。

1）近炸引信執(zhí)行級故障導致早炸：裝備早炸時已經(jīng)進入末制導飛行，在裝備接近目標時，控制系統(tǒng)組件將形成“接通近炸引信”指令，近炸引信脈沖發(fā)生器、信號處理組件重合電路、執(zhí)行級電路開始加電。由于引信執(zhí)行級直接與保險執(zhí)行機構(gòu)相連，其輸出脈沖直接引爆戰(zhàn)斗部，所以如果執(zhí)行級電路在加電時出現(xiàn)故障（如晶閘管或穩(wěn)壓管短路等），保險執(zhí)行機構(gòu)將有可能起爆，導致早炸。

2）近炸引信虛警導致早炸：引信和飛控配合控制戰(zhàn)斗部起爆，所以不能排除近炸引信虛警導致裝備早炸的可能性。近炸引信產(chǎn)生“引信發(fā)現(xiàn)目標”指令時，飛控計算機向近炸引信輸出延遲起爆指令，引爆戰(zhàn)斗部。如果近炸引信信息處理電路出現(xiàn)故障，或由于裝備電源波動、電路噪聲干擾、外界云霧干擾等情況，噪聲信號被異常放大，將導致引信邏輯混亂、判斷失誤、錯誤輸出“引信發(fā)現(xiàn)目標”指令，導致早炸。

1.3 改進措施

1）針對裝備飛行失控問題，加強控制系統(tǒng)穩(wěn)定回路檢查，具體在脫靶機理分析中詳細論述。

2）為預防近炸引信執(zhí)行級電路在加電過程中出現(xiàn)故障導致早炸，須加大引信檢測深度，進行近炸引信電源拉偏試驗，模擬引信在裝備熱電池供電情況下的工作狀況，并對引信執(zhí)行級電路偏壓性能和無“允許起爆”信號時的起爆脈沖進行監(jiān)測，及早排除近炸引信引起的早炸隱患。

2 脫靶故障機理

按照飛行軌跡情況對脫靶裝備進行分類：

1）飛行失控、軌跡異常導致脫靶；

2）飛行軌跡基本正常、脫靶量大導致脫靶；

3）飛行軌跡平直、不向目標機動導致脫靶；

4）脫靶量“臨界”導致脫靶。

2.1 脫靶故障樹

裝備脫靶原因復雜，涉及裝備、靶標、載機、發(fā)射條件等因素。現(xiàn)從裝備自身出發(fā)，分析裝備脫靶原因。裝備脫靶主要緣于制導系統(tǒng)故障，裝備制導系統(tǒng)故障樹如圖2 所示。

圖2 裝備制導系統(tǒng)故障樹

2.2 飛行失控、軌跡異常故障機理分析

2.2.1 靶試現(xiàn)象

現(xiàn)象1：裝備發(fā)射后，向左上方進行大機動蛇形飛行，軌跡異常，飛行一段時間后落地爆炸。

現(xiàn)象2：裝備發(fā)射后失穩(wěn)，在垂直方向振蕩，飛行高度持續(xù)下降，裝備脫靶。某裝備的Z—Y 飛行軌跡如圖3 所示。

圖3 某裝備Z-Y飛行軌跡1

2.2.2 故障機理分析

裝備發(fā)射后飛行軌跡異常由控制系統(tǒng)故障所致，屬于可靠性問題。

大機動蛇形飛行的可能原因是控制系統(tǒng)穩(wěn)定回路發(fā)生故障，振蕩發(fā)散；裝備初始飛行軌跡失穩(wěn)、高度下掉的可能原因是控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障，導致裝備俯仰通道失去控制，升力不足。

故障主要涉及控制組件、慣性測量組件和舵機組合。

1）控制組件。控制組件是裝備穩(wěn)定回路的組成部分，按照給定的控制算法形成3 個控制通道的控制電壓，再經(jīng)通道分解電路形成輸向舵機的4 路控制電壓。如果該部分電路出現(xiàn)故障，將給舵機輸送錯誤的控制電壓，使舵面偏轉(zhuǎn)不正常，進而導致裝備發(fā)射后飛行軌跡異常。

2）慣性測量組件。慣性測量組件是裝備穩(wěn)定回路的組成部分，主要作用是測量裝備相對慣性空間的角速度和線加速度，將測量的角速度和線加速度進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，并傳送至彈載計算機。同時，將測量的角速度以模擬信號形式傳送至控制電路，完成穩(wěn)定回路的閉合。如果慣性測量組件中的慣性元件出現(xiàn)故障，則無法將裝備自身真實的角速度和線加速度傳送至計算機，造成穩(wěn)定回路無法閉合，進而導致裝備發(fā)射后飛行軌跡異常。

3）舵機組合。控制組件形成的控制指令經(jīng)電動舵機操縱裝備機動飛行。電動舵機中反饋電位計和傳動機構(gòu)負責接收相關(guān)指令，舵機4 個通道分別控制4 個舵面偏轉(zhuǎn)。以上任一環(huán)節(jié)、任一通道發(fā)生故障，均可能導致系統(tǒng)發(fā)散或響應慢，使舵面無法正常偏轉(zhuǎn)，最終導致飛行失控。

2.3 飛行軌跡基本正常、脫靶量大故障機理分析

2.3.1 靶試現(xiàn)象

裝備正常發(fā)射后，其飛行軌跡基本正常。載機跟蹤至裝備導引頭截獲目標后進行脫離，飛行過程中裝備距目標斜距最小值為數(shù)百米，裝備脫靶量較大。

2.3.2 故障機理分析

裝備發(fā)射后飛行平穩(wěn)，說明裝備中制導工作基本正常。裝備未命中目標的最可能原因為導引頭未正常截獲目標。在裝備飛行的末制導段，導引頭接收到飛控發(fā)送的“開發(fā)射機”指令，激活熱電池，輸出信號至高壓電源，轉(zhuǎn)換生成發(fā)射機高壓，供給調(diào)制器。調(diào)制器對振蕩器輸出的“射頻信號”進行放大，經(jīng)天線輸出形成照射目標的大功率“探測信號”。在飛控發(fā)出“開發(fā)射機”指令后的規(guī)定時間內(nèi)，形成“允許截獲”指令。導引頭接收該指令，接收目標反射的“回波信號”，形成“截獲目標”標志，實現(xiàn)對目標的截獲、跟蹤。以上任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都將導致裝備在末制導段發(fā)射機工作不正常，無法截獲目標，造成脫靶距離過大。對工廠的維修情況進行統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，裝備出現(xiàn)的“發(fā)射機故障”多為導引頭發(fā)射機高壓電源故障。因此，導引頭未截獲目標最有可能是高壓電源出現(xiàn)故障。

2.4 飛行軌跡平直、不向目標機動故障機理分析

2.4.1 靶試現(xiàn)象

裝備正常發(fā)射后，其飛行軌跡平直，沒有向目標機動的趨勢，而是一直向下呈直線飛行，裝備脫靶，飛行軌跡如圖4 所示。

圖4 某裝備Z-Y飛行軌跡2

2.4.2 故障機理分析

裝備軌跡平直，不向目標機動，最有可能的原因是載機與裝備間無線電指令校正鏈路故障，不能實現(xiàn)PK 信息正常傳送和接收。

2.5 脫靶量“臨界”故障機理分析

2.5.1 靶試現(xiàn)象

裝備正常發(fā)射后，其飛行軌跡正常，載機跟蹤至裝備導引頭截獲目標后進行脫離，裝備自主飛行過程中脫靶量為幾十米左右。

2.5.2 故障機理分析

脫靶量幾十米處于“命中”目標邊緣“臨界”狀態(tài)，說明該枚裝備截獲了目標，中、末制導交接正常，但末制導品質(zhì)欠佳、精度不夠，最終脫靶量稍大，引信未能啟動。

末制導品質(zhì)欠佳、精度不夠可能與裝備導引頭等強信號線偏移、測向斜率、角速度控制誤差等參數(shù)超差有關(guān)。等強信號線偏移測試是在接收通道動態(tài)范圍內(nèi)改變導引頭接收的回波信號功率，測量角度零位的變化量，等強信號線偏移超差會影響裝備的制導精度；測向斜率參數(shù)超差將導致裝備對目標位置的測量值與目標的真實位置存在誤差，影響裝備的制導精度；角速度控制誤差參數(shù)超差，影響導引頭角跟蹤精度和時間常數(shù)，導致裝備脫靶量增大。

2.6 改進措施建議

綜上所述，導致脫靶的主要因素是裝備制導系統(tǒng)可靠性不高，出現(xiàn)故障；其次是制導精度工作品質(zhì)欠佳。因此，在對裝備保障過程中，要有的放矢，通過增大檢測深度和廣度，解決裝備控制系統(tǒng)參數(shù)漂移及其相互之間的匹配、兼容問題，改善控制系統(tǒng)的工作品質(zhì)；通過對導引頭、飛控、引信、舵機等電子部組件進行適當?shù)沫h(huán)境應力篩選試驗，消除隱患。

1）對導引頭艙、多功能設(shè)備艙、舵機艙內(nèi)部可視接插件、緊固螺釘采取措施，以防其松脫。

2）對裝備控制組件、慣性測量組件和舵機組合采取針對性檢測和維修。

3）對裝備經(jīng)常發(fā)生故障（移位或失效）的可調(diào)電位計進行更換，提高可靠性。

4）對故障率高的組件（如導引頭高壓電源等）進行統(tǒng)計，查找影響其性能的故障元器件，全部進行更換。

3 未離梁故障機理

3.1 靶試現(xiàn)象

正常按壓發(fā)射按鈕后，裝備未離梁，飛機帶裝備返航。

3.2 裝備未離梁故障樹

根據(jù)裝備離梁過程，構(gòu)建裝備未離梁故障樹，如圖5 所示。

圖5 裝備未離梁故障樹

3.3 故障機理分析

對返廠的1 個未離梁裝備進行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)舵面已解鎖，其他無異常；按壓解鎖復位按鈕，不能進行鎖定；分解舵機艙進行外觀檢查，燃氣已點燃，內(nèi)部橡膠密封件受熱受壓而導致?lián)p壞；測量舵機解鎖通路，結(jié)果為不通。對舵機解鎖機構(gòu)進行分解，將其中2 個解鎖開關(guān)打開，發(fā)現(xiàn)彈片錯位；對故障解鎖開關(guān)彈片進行修復，并使其處于正常解鎖狀態(tài)，重新測量解鎖通路為接通狀態(tài)，舵機解鎖信號正常。由此得出，此枚裝備未離梁的原因為解鎖開關(guān)工作不正常，自動裝置沒有接收到舵機解鎖信號，導致裝備發(fā)射時序中斷，裝備未離梁。

3.4 改進措施

對解鎖開關(guān)進行檢查，并論證分析解鎖彈片的工作壽命及可靠性。

4 發(fā)動機未點火故障機理

4.1 靶試現(xiàn)象

裝備正常發(fā)射離梁后，發(fā)動機未點火，導致裝備自由落體墜地爆炸。

4.2 發(fā)動機未點火故障樹

根據(jù)裝備發(fā)動機不點火故障現(xiàn)象和發(fā)動機點火通路工作原理，構(gòu)建發(fā)動機未點火故障樹，如圖6 所示。

圖6 裝備發(fā)動機不點火故障樹

4.3 故障機理分析

結(jié)合工廠維修情況，目前未發(fā)現(xiàn)點火裝置、繼電器和發(fā)動機裝藥等出現(xiàn)故障，因此主要對物理分離銷和抗干擾裝置進行分析。

4.3.1 物理分離銷故障導致發(fā)動機不點火分析

1）物理分離銷結(jié)構(gòu)

物理分離銷（保險銷裝置）位于舵機艙段前部，主要由聯(lián)桿、止動器（或限位塊）及其電磁吸合控制電路和3 個微動開關(guān)組成。

3 個微動開關(guān)型號相同。第1、2 個開關(guān)串聯(lián)在裝備發(fā)動機點火電路上，是控制發(fā)動機點火必要條件之一。第3 個開關(guān)產(chǎn)生一個接地信號，使控制艙自裝的4 個繼電器動作，產(chǎn)生允許發(fā)動機、戰(zhàn)斗部工作信號。

2）物理分離銷分析

裝備與載機分離后，如果物理分離銷止動器未及時動作，將導致物理分離銷無法彈起，不能形成發(fā)動機點火指令，導致發(fā)動機不點火。

物理分離銷聯(lián)桿的動作需要限位塊止動器的精確配合，即要求限位塊止動器響應時間短、動作快，在物理分離銷聯(lián)桿動作前移出。影響限位塊止動器快速響應的因素有電磁線圈響應時間、彈簧彈力、限位塊止動器動作位移、限位塊止動器所受摩擦力等。

在對裝備舵機艙檢測維修過程中，發(fā)現(xiàn)2 個分離銷聯(lián)桿出現(xiàn)不彈起現(xiàn)象。對2 個物理分離銷分解，查明故障原因是止動器開槽側(cè)邊與聯(lián)桿矩形凸臺配合過緊，電磁力不能拉動止動器，止動器上兩個圓柱凸臺一直位于聯(lián)桿兩個開口槽中，造成聯(lián)桿外部按壓力消失后無法彈起。止動器與聯(lián)桿的配合關(guān)系如圖7所示。

圖7 止動器與聯(lián)桿關(guān)系圖

4.3.2 抗干擾裝置工作異常導致發(fā)動機不點火分析

熱電池提供的發(fā)動機點火電壓通過幾個繼電器閉合，經(jīng)自動裝置送至發(fā)動機，形成發(fā)動機點火指令，抗干擾裝置開始工作。

發(fā)動機點火電壓及點火地同時進入某線路。當自動裝置給出發(fā)動機點火指令，抗干擾裝置兩個繼電器工作，繼電器開關(guān)吸合，打開發(fā)動機點火脈沖輸送通道，以隨時向發(fā)動機點火裝置輸送點火脈沖。

通過對抗干擾裝置進行檢測，發(fā)現(xiàn)少數(shù)產(chǎn)品出現(xiàn)故障。分析抗干擾裝置電路、工作原理，故障模式主要為繼電器通電不動作、觸點氧化，繼電器動作后接觸不良；限流電阻斷路；二極管損壞（擊穿）；焊點虛焊。

發(fā)動機點火通路為雙通道冗余設(shè)計，只要有一條通路正常，即可保證發(fā)動機正常點火。

4.4 改進措施

1）綜上所述，認為發(fā)動機不點火故障機理是發(fā)動機點火通路未接通，最有可能的原因是物理分離銷止動器沒有動作（或動作過緩），導致物理分離銷彈起失效。

2）構(gòu)建專用檢測平臺，實現(xiàn)發(fā)動機點火通路檢測下的物理分離銷同步動作聯(lián)測聯(lián)試，并對物理分離銷止動器動作時間進行檢查，保證其協(xié)調(diào)性。

3）對物理分離銷進行預防性維修。一是檢查物理分離銷聯(lián)桿、限位塊止動器動作的協(xié)調(diào)性、快速性；二是分解物理分離銷，檢查其光潔度，必要時進行研磨、注油。

4）對物理分離銷進行改進性維修。一是借鑒國內(nèi)第四代裝備先進技術(shù)成果改進物理分離銷設(shè)計，取消物理分離銷止動器，只要裝備離架，物理分離銷就彈起，微動開關(guān)動作接通點火回路；二是對物理分離銷用國產(chǎn)件予以替換。三是考慮對物理分離銷進行冗余設(shè)計，裝備脫離載機后3s，如果物理分離銷未彈起，則冗余設(shè)計電路作用，強制接通物理分離銷3 個觸點開關(guān)，接通發(fā)動機點火通路，避免發(fā)動機未點火現(xiàn)象。

5 結(jié)束語

該型裝備的靶試結(jié)果表明其飛行可靠性水平偏低，說明裝備的貯存可靠性與飛行可靠性密切相關(guān)。裝備靶試出現(xiàn)的故障模式、機理與貯存過程出現(xiàn)的故障模式、機理完全不同，說明裝備貯存可靠性、飛行可靠性是兩個不同的技術(shù)領(lǐng)域，兩者不能混為一談。應加強裝備飛行可靠性分析研究工作，確定裝備飛行可靠性的薄弱環(huán)節(jié)。

本文對裝備靶試環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的故障進行了匯總和研究，淺析了裝備發(fā)生故障的規(guī)律與飛行可靠性相關(guān)問題，旨在研究提升裝備靶試成功率的可行性，具有一定的探索性、科研性。無改進措施的維修不能提高裝備的固有可靠性，需要在實踐中學習、探索，通過持續(xù)改進，建立以可靠性為中心的維修能力，針對脫靶、早炸和發(fā)動機未點火等問題對癥下藥，不斷提升能力和水平。