王俊華 王麗麗

（中國空空導(dǎo)彈研究院，河南 洛陽 471009）

空空導(dǎo)彈屬于一次性使用的武器，導(dǎo)彈系統(tǒng)的可靠性直接關(guān)系到空戰(zhàn)的勝負(fù)，為了滿足武器系統(tǒng)作戰(zhàn)效能的需要，空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠性指標(biāo)要求很高。限于空空導(dǎo)彈的研制進度和經(jīng)費等約束，單純依靠外場掛飛和空中靶試試驗數(shù)據(jù)很難驗證其要求的任務(wù)可靠性指標(biāo)，因此必須對空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠性指標(biāo)驗證方法進行研究。

1 空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠度指標(biāo)

空空導(dǎo)彈使用階段包括掛飛階段和自主飛行階段，其典型任務(wù)剖面如圖1所示。掛飛階段從起飛前地面掛機自檢完成開始，經(jīng)過起飛、掛機飛行、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)到到允許發(fā)射判斷完成為止。在該階段導(dǎo)彈的可靠性用掛飛任務(wù)可靠性平均嚴(yán)重故障間隔時間MTBCF來衡量；自主飛行階段從飛行員按下發(fā)射按鈕開始，經(jīng)過導(dǎo)彈安全脫離載機、按預(yù)定要求制導(dǎo)飛行直到導(dǎo)彈飛近目標(biāo)、導(dǎo)彈命中目標(biāo)并引炸為止。在該階段導(dǎo)彈的可靠性用自主飛行可靠度來衡量。

圖1 空空導(dǎo)彈典型任務(wù)剖面

從空空導(dǎo)彈典型任務(wù)剖面可以看出，空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠性指標(biāo)包括掛飛可靠性和自主飛可靠度兩項指標(biāo)?？湛諏?dǎo)彈掛飛可靠性一般用平均嚴(yán)重故障間隔時間（MTBCF）來衡量，指在空空導(dǎo)彈工作壽命期內(nèi)，經(jīng)起飛前掛機檢驗合格的導(dǎo)彈隨載機飛行時，相鄰兩次嚴(yán)重故障間的平均掛飛時間。這里的故障是使產(chǎn)品不能完成任務(wù)的或可能導(dǎo)致人或物重大損失的故障，即嚴(yán)酷度為Ⅰ、Ⅱ類的故障。自主飛可靠度指導(dǎo)彈從發(fā)射到命中目標(biāo)不出現(xiàn)故障的概率，是指在嚴(yán)格遵守規(guī)定的維護使用條件下，發(fā)射前自檢合格的導(dǎo)彈在規(guī)定的發(fā)射條件下正常發(fā)射后導(dǎo)彈能正常工作的概率。

這兩項指標(biāo)都包括規(guī)定值和最低可接受值兩部分。規(guī)定值是裝備在成熟期充分發(fā)揮固有可靠性潛力，經(jīng)過可靠性增長后達到的，在設(shè)計研制階段可靠性預(yù)計值必須達到并超過規(guī)定值。最低可接受值指合同或研制任務(wù)書中規(guī)定的裝備必須達到的合同指標(biāo)，它是進行考核和驗證的依據(jù)。在型號設(shè)計定型階段鑒定試驗評估的可靠性參數(shù)應(yīng)達到最低可接受值。規(guī)定值和最低可接受值之間的關(guān)系見圖2。

圖2 空空導(dǎo)彈可靠性指標(biāo)規(guī)定值和最低可接受值關(guān)系示意圖

2 空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠度評估方法

2.1 空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠度評估流程

空空導(dǎo)彈掛飛可靠度、自主飛行可靠度的評估流程見圖3。

圖3 空空導(dǎo)彈任務(wù)可靠度評估流程

2.2 掛飛任務(wù)可靠性評估

2.2.1 數(shù)據(jù)收集和整理

評估掛飛任務(wù)可靠性所需的數(shù)據(jù)包括掛飛工作時間和掛飛故障次數(shù)。由于空空導(dǎo)彈在研制階段樣本量少，試驗數(shù)據(jù)也少，掛飛可靠性計算一般采用系統(tǒng)可靠性綜合的方法，即把導(dǎo)彈各組件的數(shù)據(jù)等效為導(dǎo)彈的數(shù)據(jù)，再加上導(dǎo)彈自身的數(shù)據(jù)得到綜合數(shù)據(jù)，利用綜合數(shù)據(jù)進行導(dǎo)彈掛飛可靠性計算。等效模式為：

組件數(shù)據(jù)→等效全彈數(shù)據(jù)＋全彈自身數(shù)據(jù)＝全彈綜合數(shù)據(jù)

即：

式中：T——掛飛工作時間；

r——故障次數(shù)。

收集某階段的所有工作時間和發(fā)生的故障，包括可靠性試驗、環(huán)境試驗、聯(lián)試、外場空中掛飛等所有試驗時間?？煽啃栽囼炇窃谀M真實的工作環(huán)境下進行的試驗，其試驗數(shù)據(jù)可以直接用于掛飛任務(wù)可靠性評估；環(huán)境試驗的環(huán)境條件主要考核了溫度應(yīng)力、濕度應(yīng)力及振動應(yīng)力對空空導(dǎo)彈的作用，并且環(huán)境試驗中的試驗條件是貯存和工作時的極限條件，充分考核了極限溫度應(yīng)力和振動應(yīng)力對導(dǎo)彈可靠性的影響，環(huán)境條件和實際使用中導(dǎo)彈工作狀態(tài)的環(huán)境條件不完全一樣，因此環(huán)境試驗中的工作時間不能直接用于可靠性評估，需考慮環(huán)境因子，把實驗室條件下的數(shù)據(jù)折算成工作條件下的等效數(shù)據(jù)，等效數(shù)據(jù)可以用于掛飛可靠度計算。外場掛機飛行是在實際的使用環(huán)境溫度和工作條件下工作，導(dǎo)彈工作狀態(tài)的環(huán)境條件與真實使用條件一致，其工作時間可以直接用于掛飛可靠性評估。由此得到導(dǎo)彈的自身數(shù)據(jù)Ts和rs。對發(fā)生的故障，只有責(zé)任故障用于掛飛可靠性評估。

整理各組件在某階段的工作時間和發(fā)生的故障，包括各組件的可靠性試驗、環(huán)境試驗、聯(lián)試等所有試驗時間，得到各組件的數(shù)據(jù)Ti和ri。對各組件發(fā)生的故障，只有責(zé)任故障用于掛飛可靠性數(shù)據(jù)折算。組件數(shù)據(jù)Ti和ri折算為全彈等效數(shù)據(jù)的方法為：

2.2.2 評估方法

掛飛任務(wù)可靠性一般用平均嚴(yán)重故障間隔時間（MTBCF）來衡量，這里的故障是指會影響產(chǎn)品任務(wù)完成的嚴(yán)酷度為Ⅰ、Ⅱ類的故障。這里假設(shè)各產(chǎn)品的壽命服從指數(shù)分布，則其平均嚴(yán)重故障間隔時間的點估計為：

平均嚴(yán)重故障間隔時間的近似置信下限為：

其中：T──掛飛工作時間；

r ──掛飛責(zé)任故障數(shù)；

1–a──置信度。

掛飛可靠性評估結(jié)果與置信度 1–a取值有關(guān)。在研制階段，空空導(dǎo)彈掛飛可靠性計算一般取 1–a＝0.60～0.80。

2.3 自主飛可靠度評估2.3.1 數(shù)據(jù)收集要求

評估自主飛可靠度所需的數(shù)據(jù)包括導(dǎo)彈自主飛總次數(shù)和自主飛失敗次數(shù)。導(dǎo)彈自主飛可靠度計算一般采用系統(tǒng)可靠性綜合的方法，利用綜合數(shù)據(jù)進行導(dǎo)彈自主飛可靠度計算。等效模式為：

組件數(shù)據(jù)→等效全彈數(shù)據(jù)＋全彈自身數(shù)據(jù)＝全彈綜合數(shù)據(jù)即：

統(tǒng)計某階段的所有自主飛次數(shù)和發(fā)生的故障次數(shù)，包括環(huán)境試驗、外場發(fā)射等所有自主飛次數(shù)，由此得到導(dǎo)彈的自身數(shù)據(jù)Ns和rs。對發(fā)生的故障，只有責(zé)任故障用于自主飛可靠度計算。

統(tǒng)計各組件在某階段的所有自主飛次數(shù)和發(fā)生的故障次數(shù)，包括各組件的可靠性試驗、環(huán)境試驗、火工品試驗等所有試驗次數(shù)，由此得到各組件數(shù)據(jù)ni和ri。對各組件發(fā)生的故障，只有責(zé)任故障用于自主飛可靠度數(shù)據(jù)折算。組件數(shù)據(jù)據(jù)ni和ri折算為全彈等效數(shù)據(jù)的方法為：2.3.2 評估方法

設(shè)n次自主飛試驗中，有r發(fā)產(chǎn)品發(fā)生責(zé)任故障，則自主飛可靠度的點估計值為：

為了回答計算的精確性和把握性問題，工程上給出置信度為1–a的可靠度置信下限RL，即

導(dǎo)彈自主飛可靠度可采用二項分布或超幾何分布進行評估。當(dāng)批量N滿足N≥10n時，用二項分布計算發(fā)射可靠度單側(cè)置信下限RL公式如下：

式中：n——自主飛次數(shù)；

r——自主飛責(zé)任故障數(shù)；

1–a——置信度。

當(dāng)批量N滿足N＜10n時，用超幾何分布計算發(fā)射可靠度單側(cè)置信下限RL公式如下：

式中：N——某批空空導(dǎo)彈總數(shù)；

n——自主飛次數(shù)；

r——自主飛責(zé)任故障數(shù)；

1–a——置信度。

自主飛可靠度評估結(jié)果與置信度1–a取值有關(guān)。在研制階段，空空導(dǎo)彈自主飛可靠度計算一般取1–a＝0.50～0.70。

3 某型產(chǎn)品可靠性評估

某型號產(chǎn)品進行了整機可靠性鑒定試驗、外場空中掛飛等，其組成部分A組件、B組件分別進行了可靠性摸底試驗。在整機可靠性鑒定試驗中，在模擬掛飛條件下有效試驗時間500.5h，發(fā)生1次責(zé)任故障；整機外場空中掛飛共經(jīng)歷空中掛飛87.3h，試驗過程中未出現(xiàn)關(guān)聯(lián)故障?？煽啃悦自囼炛?，A組件在模擬掛飛條件下有效試驗時間680.5h，試驗中未出現(xiàn)關(guān)聯(lián)故障；B組件在模擬掛飛條件下有效試驗時間800 h，試驗中發(fā)生1次責(zé)任故障。

經(jīng)整理后得到的某型產(chǎn)品的評估數(shù)據(jù)為：掛飛時間1387.8飛行小時，出現(xiàn)2次關(guān)聯(lián)故障。取置信度0.7，代入公式（5）來計算掛飛可靠性置信下限，評估出某型導(dǎo)彈的掛飛任務(wù)可靠度MTBCF為383.8 h。

4 結(jié)束語

本文介紹了利用分系統(tǒng)數(shù)據(jù)和整機數(shù)據(jù)評估空空導(dǎo)彈掛飛可靠度MTBCF、自主飛行可靠度評估方法和應(yīng)用。上述評估方法已在某型空空導(dǎo)彈可靠性評估中應(yīng)用，為某型空空導(dǎo)彈最終定型奠定了基礎(chǔ)。

[1] 潘吉安.可靠性維修性可用性評估手冊[M].北京：國防工業(yè)出版社.1995.

[2] GJB 376-1987 火工品可靠性評估方法[S].

[3] GJB 1909.2-1994 裝備可靠性維修性參數(shù)選擇和指標(biāo)確定要求 導(dǎo)彈武器系統(tǒng)和運載火箭[S].

[4] 周育才.可靠性工程設(shè)計手冊[M].洛陽：中國空空導(dǎo)彈研究院，2001.7.