張 磊，張 穎，何志紅，吳秀杰

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

某型飛機(jī)電氣系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和相關(guān)子系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，主要作用是提供飛機(jī)各種狀態(tài)下用電設(shè)備所需要的各種形式的電能，同時將電能可靠而有效地輸送到各用電系統(tǒng)和設(shè)備的輸入端，對飛機(jī)機(jī)電子系統(tǒng)比如液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、發(fā)動機(jī)系統(tǒng)、高空環(huán)控系統(tǒng)等實(shí)現(xiàn)電氣控制。

可靠性是指系統(tǒng)或設(shè)備在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的任務(wù)的能力[1]。基本可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)和分配是飛機(jī)方案論證階段必須進(jìn)行的工作之一，合理的可靠性預(yù)計(jì)與分配可以預(yù)估飛機(jī)研制經(jīng)費(fèi)、維修周期和成本，對于權(quán)衡方案利弊、找出影響產(chǎn)品可靠性薄弱環(huán)節(jié)、改進(jìn)設(shè)計(jì)有重要的指導(dǎo)意義[2]?？煽啃灶A(yù)計(jì)的準(zhǔn)確性和合理性要充分考慮以往類似型號的可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，這對于提高可靠性預(yù)計(jì)的成功率非常重要[3-6]。

本文針對某型飛機(jī)初期研制階段的特點(diǎn)，結(jié)合以往類似型號可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對其可靠性指標(biāo)進(jìn)行了可靠性建模、基本可靠性預(yù)計(jì)和分配。

1 電氣系統(tǒng)可靠性建模

可靠性建模是進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)和分配的基礎(chǔ)[7-8]。飛機(jī)電氣系統(tǒng)由供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)內(nèi)所含各設(shè)備組成，其中任何一個設(shè)備故障都會影響飛機(jī)電氣系統(tǒng)整體功能的實(shí)現(xiàn)，因此各設(shè)備之間的可靠性模型是串聯(lián)模型，電氣系統(tǒng)各設(shè)備之間的邏輯關(guān)系可靠性框圖如圖1所示。

根據(jù)電氣系統(tǒng)可靠性框圖建立電氣系統(tǒng)可靠性函數(shù)模型，可靠性模型需假定以下條件：

圖1電氣系統(tǒng)可靠性框圖

1）可靠性模型建到設(shè)備級；

2）電氣系統(tǒng)中各設(shè)備僅有正常和故障兩種狀態(tài)；

3）電氣系統(tǒng)中各設(shè)備的故障是獨(dú)立的，不存在關(guān)聯(lián)關(guān)系；

4）電氣系統(tǒng)中各設(shè)備的壽命服從指數(shù)分布；

5）可靠性框圖中的設(shè)備用方框表示，每個方框的單元具有可靠性數(shù)據(jù)，方框之間的連線并無實(shí)際意義。

根據(jù)以上假設(shè)，電氣系統(tǒng)可靠性函數(shù)模型為：

式中：Rs(t)—電氣系統(tǒng)的可靠度；

Ri(t)—電氣系統(tǒng)第i個設(shè)備的可靠度；

由于本文飛機(jī)電氣系統(tǒng)共包含14個設(shè)備，所以其系統(tǒng)的可靠度是由系統(tǒng)內(nèi)14個設(shè)備的可靠度相乘所得。

各設(shè)備的壽命服從指數(shù)分布，則

式中：λs—電氣系統(tǒng)的故障率；

λi—第i個設(shè)備的故障率。

電氣系統(tǒng)的平均故障間隔時間為：

2 電氣系統(tǒng)基本可靠性預(yù)計(jì)

可靠性預(yù)計(jì)是估計(jì)產(chǎn)品是否符合可靠性定量要求的方法，它可以作為設(shè)計(jì)手段，為設(shè)計(jì)決策提供依據(jù)。運(yùn)用基本可靠性模型可預(yù)計(jì)出產(chǎn)品、產(chǎn)品各單元的平均故障間隔時間。本文采用相似產(chǎn)品法對電氣系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)，根據(jù)已有類似型號在外場的使用數(shù)據(jù)進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)和評估。

本文基本可靠性預(yù)計(jì)步驟為：

1）確定電氣系統(tǒng)的成品及其型號與單機(jī)數(shù)量Ai。

2）確定電氣系統(tǒng)成品運(yùn)行比Di和系統(tǒng)的運(yùn)行比Ds。(成品運(yùn)行比Di按經(jīng)驗(yàn)給出，系統(tǒng)的運(yùn)行比：Ds=max(Di))

3）根據(jù)相關(guān)的信息來源確定成品的平均故障間隔飛行小時MTBFi和故障率 λi，λi=1/MTBFi。

4）根據(jù)運(yùn)行比Di確定成品平均故障間隔飛行小時MFHBFi，MFHBFi=MTBFi/Di。

5）確定電氣系統(tǒng)的故障率λs和平均故障間隔時間MTBFs。

6）確定系統(tǒng)的平均故障間隔飛行小時MFHBFs。

電氣系統(tǒng)基本可靠性預(yù)計(jì)值見表1所示。

3 電氣系統(tǒng)基本可靠性分配

表1電氣系統(tǒng)基本可靠性預(yù)計(jì)值

可靠性指標(biāo)分配是將型號研制任務(wù)書中規(guī)定的可靠性指標(biāo)，按一定的方法和程序逐級分配給各個系統(tǒng)、分系統(tǒng)和機(jī)載設(shè)備。本文采用比例分配法對電氣系統(tǒng)各成件進(jìn)行可靠性分配，即根據(jù)電氣系統(tǒng)內(nèi)成品平均故障間隔飛行小時的預(yù)計(jì)值MFHBFi及工作運(yùn)行比Di，將系統(tǒng)的目標(biāo)值MFHBF*s按一定的比例分配給電氣系統(tǒng)各成件。

1）確定電氣系統(tǒng)的平均故障間隔時間的目標(biāo)值MTBF*s和系統(tǒng)故障率的目標(biāo)值λ*s。根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求，某型飛機(jī)電氣系統(tǒng)平均故障間隔飛行小時的目標(biāo)值MFHBF*s為100FH，可求得：

2）確定可靠性分配時，可靠性指標(biāo)的分配值與預(yù)計(jì)值一致的成品、附件。

3）可靠性分配時部分可靠性指標(biāo)不變的成品其故障率λj之和λu關(guān)系為：

式中：k—系統(tǒng)中可靠性指標(biāo)不變的成品、附件總數(shù)；

Aj第j項(xiàng)成品的單機(jī)件數(shù)；

4）求出新研、改型成附件可靠性指標(biāo)分配的比例因子c。

5）求出新研、改型成品、附件故障率的分配值λ*i。

6）求新研、改型成品附件的平均故障間隔時間MTBF*i和平均故障間隔飛行小時MFHBF*i。電氣系統(tǒng)基本可靠性分配值見表2所示。

7）驗(yàn)算

電氣系統(tǒng)可靠性指標(biāo)經(jīng)過分配后，驗(yàn)算組成電氣系統(tǒng)的各成品、附件的故障率之和是否與分配的一致。

4 結(jié)語

可靠性分析與設(shè)計(jì)是飛機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)研制過程中非常重要的一項(xiàng)工作，其決定著飛機(jī)設(shè)備、系統(tǒng)的壽命、研制周期和費(fèi)用。本文針對某型飛機(jī)電氣系統(tǒng)研制初期階段的實(shí)際情況，結(jié)合以往類似型號可靠性統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用相似產(chǎn)品法對電氣系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì)，采用比例分配法對電氣系統(tǒng)各成件進(jìn)行了可靠性分配，為系統(tǒng)進(jìn)一步詳細(xì)設(shè)計(jì)提供了基礎(chǔ)。

表2電氣系統(tǒng)基本可靠性分配值