■ 程敬德 石瑋瑋 劉永微 李曉峰/洛陽丹城無線電廠
在缺乏遙測(cè)數(shù)據(jù)支持的前提下,僅能基于光測(cè)數(shù)據(jù)和載機(jī)雷達(dá)數(shù)據(jù),采用概率統(tǒng)計(jì)及理論分析相結(jié)合的方法開展綜合分析工作。針對(duì)裝備靶試中出現(xiàn)的問題,結(jié)合工廠對(duì)某型裝備的維修保障情況,采用故障樹分析法,對(duì)引起裝備靶試失利的基線因素進(jìn)行重點(diǎn)分析,對(duì)裝備脫靶、早炸、發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火、未離梁等故障機(jī)理進(jìn)行研究,總結(jié)裝備故障規(guī)律,提出改進(jìn)措施建議。
裝備早炸可分為兩種模式:一是戰(zhàn)斗部爆炸;二是發(fā)動(dòng)機(jī)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
一是裝備發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn),認(rèn)為慣性元件、電位計(jì)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(jī)動(dòng)飛行,其過載超出允許值時(shí),裝備將發(fā)生擺動(dòng)(嚴(yán)重時(shí)可使裝備折斷),在裝備劇烈擺動(dòng)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(dǎo)致觸發(fā)引信的波動(dòng)簧片斷開,引起磁通量變化,產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì),形成起爆信號(hào),引爆戰(zhàn)斗部。也不排除在大過載情況下,發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)動(dòng),距目標(biāo)幾千米左右出現(xiàn)早炸。由于早炸前裝備未做大機(jī)動(dòng)飛行,所以不可能因?yàn)橛|發(fā)引信動(dòng)作導(dǎo)致早炸。早炸時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)已經(jīng)停止工作,所以可排除發(fā)動(dòng)機(jī)爆炸的可能性。裝備早炸時(shí),已進(jìn)入雷達(dá)末制導(dǎo)段,戰(zhàn)斗部保險(xiǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)已經(jīng)解鎖,只要近炸引信有起爆信號(hào)傳來,戰(zhàn)斗部就會(huì)起爆。所以近炸引信問題導(dǎo)致早炸的可能性較大。
1)近炸引信執(zhí)行級(jí)故障導(dǎo)致早炸:裝備早炸時(shí)已經(jīng)進(jìn)入末制導(dǎo)飛行,在裝備接近目標(biāo)時(shí),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(hào)處理組件重合電路、執(zhí)行級(jí)電路開始加電。由于引信執(zhí)行級(jí)直接與保險(xiǎn)執(zhí)行機(jī)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(jí)電路在加電時(shí)出現(xiàn)故障(如晶閘管或穩(wěn)壓管短路等),保險(xiǎn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)將有可能起爆,導(dǎo)致早炸。
2)近炸引信虛警導(dǎo)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(dǎo)致裝備早炸的可能性。近炸引信產(chǎn)生“引信發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”指令時(shí),飛控計(jì)算機(jī)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(dòng)、電路噪聲干擾、外界云霧干擾等情況,噪聲信號(hào)被異常放大,將導(dǎo)致引信邏輯混亂、判斷失誤、錯(cuò)誤輸出“引信發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”指令,導(dǎo)致早炸。
1)針對(duì)裝備飛行失控問題,加強(qiáng)控制系統(tǒng)穩(wěn)定回路檢查,具體在脫靶機(jī)理分析中詳細(xì)論述。
2)為預(yù)防近炸引信執(zhí)行級(jí)電路在加電過程中出現(xiàn)故障導(dǎo)致早炸,須加大引信檢測(cè)深度,進(jìn)行近炸引信電源拉偏試驗(yàn),模擬引信在裝備熱電池供電情況下的工作狀況,并對(duì)引信執(zhí)行級(jí)電路偏壓性能和無“允許起爆”信號(hào)時(shí)的起爆脈沖進(jìn)行監(jiān)測(cè),及早排除近炸引信引起的早炸隱患。
按照飛行軌跡情況對(duì)脫靶裝備進(jìn)行分類:
1)飛行失控、軌跡異常導(dǎo)致脫靶;
2)飛行軌跡基本正常、脫靶量大導(dǎo)致脫靶;
3)飛行軌跡平直、不向目標(biāo)機(jī)動(dòng)導(dǎo)致脫靶;
4)脫靶量“臨界”導(dǎo)致脫靶。
裝備脫靶原因復(fù)雜,涉及裝備、靶標(biāo)、載機(jī)、發(fā)射條件等因素?,F(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(dǎo)系統(tǒng)故障,裝備制導(dǎo)系統(tǒng)故障樹如圖2 所示。
圖2 裝備制導(dǎo)系統(tǒng)故障樹
2.2.1 靶試現(xiàn)象
現(xiàn)象1:裝備發(fā)射后,向左上方進(jìn)行大機(jī)動(dòng)蛇形飛行,軌跡異常,飛行一段時(shí)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(jī)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(jī)動(dòng)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(dǎo)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(cè)量組件和舵機(jī)組合。
1)控制組件??刂平M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(gè)控制通道的控制電壓,再經(jīng)通道分解電路形成輸向舵機(jī)的4 路控制電壓。如果該部分電路出現(xiàn)故障,將給舵機(jī)輸送錯(cuò)誤的控制電壓,使舵面偏轉(zhuǎn)不正常,進(jìn)而導(dǎo)致裝備發(fā)射后飛行軌跡異常。
2)慣性測(cè)量組件。慣性測(cè)量組件是裝備穩(wěn)定回路的組成部分,主要作用是測(cè)量裝備相對(duì)慣性空間的角速度和線加速度,將測(cè)量的角速度和線加速度進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換,并傳送至彈載計(jì)算機(jī)。同時(shí),將測(cè)量的角速度以模擬信號(hào)形式傳送至控制電路,完成穩(wěn)定回路的閉合。如果慣性測(cè)量組件中的慣性元件出現(xiàn)故障,則無法將裝備自身真實(shí)的角速度和線加速度傳送至計(jì)算機(jī),造成穩(wěn)定回路無法閉合,進(jìn)而導(dǎo)致裝備發(fā)射后飛行軌跡異常。
3)舵機(jī)組合??刂平M件形成的控制指令經(jīng)電動(dòng)舵機(jī)操縱裝備機(jī)動(dòng)飛行。電動(dòng)舵機(jī)中反饋電位計(jì)和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)負(fù)責(zé)接收相關(guān)指令,舵機(jī)4 個(gè)通道分別控制4 個(gè)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(dǎo)致系統(tǒng)發(fā)散或響應(yīng)慢,使舵面無法正常偏轉(zhuǎn),最終導(dǎo)致飛行失控。
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(jī)跟蹤至裝備導(dǎo)引頭截獲目標(biāo)后進(jìn)行脫離,飛行過程中裝備距目標(biāo)斜距最小值為數(shù)百米,裝備脫靶量較大。
2.3.2 故障機(jī)理分析
裝備發(fā)射后飛行平穩(wěn),說明裝備中制導(dǎo)工作基本正常。裝備未命中目標(biāo)的最可能原因?yàn)閷?dǎo)引頭未正常截獲目標(biāo)。在裝備飛行的末制導(dǎo)段,導(dǎo)引頭接收到飛控發(fā)送的“開發(fā)射機(jī)”指令,激活熱電池,輸出信號(hào)至高壓電源,轉(zhuǎn)換生成發(fā)射機(jī)高壓,供給調(diào)制器。調(diào)制器對(duì)振蕩器輸出的“射頻信號(hào)”進(jìn)行放大,經(jīng)天線輸出形成照射目標(biāo)的大功率“探測(cè)信號(hào)”。在飛控發(fā)出“開發(fā)射機(jī)”指令后的規(guī)定時(shí)間內(nèi),形成“允許截獲”指令。導(dǎo)引頭接收該指令,接收目標(biāo)反射的“回波信號(hào)”,形成“截獲目標(biāo)”標(biāo)志,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的截獲、跟蹤。以上任一環(huán)節(jié)發(fā)生故障,都將導(dǎo)致裝備在末制導(dǎo)段發(fā)射機(jī)工作不正常,無法截獲目標(biāo),造成脫靶距離過大。對(duì)工廠的維修情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn),裝備出現(xiàn)的“發(fā)射機(jī)故障”多為導(dǎo)引頭發(fā)射機(jī)高壓電源故障。因此,導(dǎo)引頭未截獲目標(biāo)最有可能是高壓電源出現(xiàn)故障。
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(biāo)機(jī)動(dòng)的趨勢(shì),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(jī)理分析
裝備軌跡平直,不向目標(biāo)機(jī)動(dòng),最有可能的原因是載機(jī)與裝備間無線電指令校正鏈路故障,不能實(shí)現(xiàn)PK 信息正常傳送和接收。
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(jī)跟蹤至裝備導(dǎo)引頭截獲目標(biāo)后進(jìn)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(jī)理分析
脫靶量幾十米處于“命中”目標(biāo)邊緣“臨界”狀態(tài),說明該枚裝備截獲了目標(biāo),中、末制導(dǎo)交接正常,但末制導(dǎo)品質(zhì)欠佳、精度不夠,最終脫靶量稍大,引信未能啟動(dòng)。
末制導(dǎo)品質(zhì)欠佳、精度不夠可能與裝備導(dǎo)引頭等強(qiáng)信號(hào)線偏移、測(cè)向斜率、角速度控制誤差等參數(shù)超差有關(guān)。等強(qiáng)信號(hào)線偏移測(cè)試是在接收通道動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)改變導(dǎo)引頭接收的回波信號(hào)功率,測(cè)量角度零位的變化量,等強(qiáng)信號(hào)線偏移超差會(huì)影響裝備的制導(dǎo)精度;測(cè)向斜率參數(shù)超差將導(dǎo)致裝備對(duì)目標(biāo)位置的測(cè)量值與目標(biāo)的真實(shí)位置存在誤差,影響裝備的制導(dǎo)精度;角速度控制誤差參數(shù)超差,影響導(dǎo)引頭角跟蹤精度和時(shí)間常數(shù),導(dǎo)致裝備脫靶量增大。
綜上所述,導(dǎo)致脫靶的主要因素是裝備制導(dǎo)系統(tǒng)可靠性不高,出現(xiàn)故障;其次是制導(dǎo)精度工作品質(zhì)欠佳。因此,在對(duì)裝備保障過程中,要有的放矢,通過增大檢測(cè)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(duì)導(dǎo)引頭、飛控、引信、舵機(jī)等電子部組件進(jìn)行適當(dāng)?shù)沫h(huán)境應(yīng)力篩選試驗(yàn),消除隱患。
1)對(duì)導(dǎo)引頭艙、多功能設(shè)備艙、舵機(jī)艙內(nèi)部可視接插件、緊固螺釘采取措施,以防其松脫。
2)對(duì)裝備控制組件、慣性測(cè)量組件和舵機(jī)組合采取針對(duì)性檢測(cè)和維修。
3)對(duì)裝備經(jīng)常發(fā)生故障(移位或失效)的可調(diào)電位計(jì)進(jìn)行更換,提高可靠性。
4)對(duì)故障率高的組件(如導(dǎo)引頭高壓電源等)進(jìn)行統(tǒng)計(jì),查找影響其性能的故障元器件,全部進(jìn)行更換。
正常按壓發(fā)射按鈕后,裝備未離梁,飛機(jī)帶裝備返航。
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
對(duì)返廠的1 個(gè)未離梁裝備進(jìn)行外觀檢查,發(fā)現(xiàn)舵面已解鎖,其他無異常;按壓解鎖復(fù)位按鈕,不能進(jìn)行鎖定;分解舵機(jī)艙進(jìn)行外觀檢查,燃?xì)庖腰c(diǎn)燃,內(nèi)部橡膠密封件受熱受壓而導(dǎo)致?lián)p壞;測(cè)量舵機(jī)解鎖通路,結(jié)果為不通。對(duì)舵機(jī)解鎖機(jī)構(gòu)進(jìn)行分解,將其中2 個(gè)解鎖開關(guān)打開,發(fā)現(xiàn)彈片錯(cuò)位;對(duì)故障解鎖開關(guān)彈片進(jìn)行修復(fù),并使其處于正常解鎖狀態(tài),重新測(cè)量解鎖通路為接通狀態(tài),舵機(jī)解鎖信號(hào)正常。由此得出,此枚裝備未離梁的原因?yàn)榻怄i開關(guān)工作不正常,自動(dòng)裝置沒有接收到舵機(jī)解鎖信號(hào),導(dǎo)致裝備發(fā)射時(shí)序中斷,裝備未離梁。
對(duì)解鎖開關(guān)進(jìn)行檢查,并論證分析解鎖彈片的工作壽命及可靠性。
裝備正常發(fā)射離梁后,發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火,導(dǎo)致裝備自由落體墜地爆炸。
根據(jù)裝備發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火故障現(xiàn)象和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火通路工作原理,構(gòu)建發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火故障樹,如圖6 所示。
圖6 裝備發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火故障樹
結(jié)合工廠維修情況,目前未發(fā)現(xiàn)點(diǎn)火裝置、繼電器和發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥等出現(xiàn)故障,因此主要對(duì)物理分離銷和抗干擾裝置進(jìn)行分析。
4.3.1 物理分離銷故障導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火分析
1)物理分離銷結(jié)構(gòu)
物理分離銷(保險(xiǎn)銷裝置)位于舵機(jī)艙段前部,主要由聯(lián)桿、止動(dòng)器(或限位塊)及其電磁吸合控制電路和3 個(gè)微動(dòng)開關(guān)組成。
3 個(gè)微動(dòng)開關(guān)型號(hào)相同。第1、2 個(gè)開關(guān)串聯(lián)在裝備發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電路上,是控制發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火必要條件之一。第3 個(gè)開關(guān)產(chǎn)生一個(gè)接地信號(hào),使控制艙自裝的4 個(gè)繼電器動(dòng)作,產(chǎn)生允許發(fā)動(dòng)機(jī)、戰(zhàn)斗部工作信號(hào)。
2)物理分離銷分析
裝備與載機(jī)分離后,如果物理分離銷止動(dòng)器未及時(shí)動(dòng)作,將導(dǎo)致物理分離銷無法彈起,不能形成發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火指令,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火。
物理分離銷聯(lián)桿的動(dòng)作需要限位塊止動(dòng)器的精確配合,即要求限位塊止動(dòng)器響應(yīng)時(shí)間短、動(dòng)作快,在物理分離銷聯(lián)桿動(dòng)作前移出。影響限位塊止動(dòng)器快速響應(yīng)的因素有電磁線圈響應(yīng)時(shí)間、彈簧彈力、限位塊止動(dòng)器動(dòng)作位移、限位塊止動(dòng)器所受摩擦力等。
在對(duì)裝備舵機(jī)艙檢測(cè)維修過程中,發(fā)現(xiàn)2 個(gè)分離銷聯(lián)桿出現(xiàn)不彈起現(xiàn)象。對(duì)2 個(gè)物理分離銷分解,查明故障原因是止動(dòng)器開槽側(cè)邊與聯(lián)桿矩形凸臺(tái)配合過緊,電磁力不能拉動(dòng)止動(dòng)器,止動(dòng)器上兩個(gè)圓柱凸臺(tái)一直位于聯(lián)桿兩個(gè)開口槽中,造成聯(lián)桿外部按壓力消失后無法彈起。止動(dòng)器與聯(lián)桿的配合關(guān)系如圖7所示。
圖7 止動(dòng)器與聯(lián)桿關(guān)系圖
4.3.2 抗干擾裝置工作異常導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火分析
熱電池提供的發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電壓通過幾個(gè)繼電器閉合,經(jīng)自動(dòng)裝置送至發(fā)動(dòng)機(jī),形成發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火指令,抗干擾裝置開始工作。
發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火電壓及點(diǎn)火地同時(shí)進(jìn)入某線路。當(dāng)自動(dòng)裝置給出發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火指令,抗干擾裝置兩個(gè)繼電器工作,繼電器開關(guān)吸合,打開發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火脈沖輸送通道,以隨時(shí)向發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火裝置輸送點(diǎn)火脈沖。
通過對(duì)抗干擾裝置進(jìn)行檢測(cè),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(dòng)作、觸點(diǎn)氧化,繼電器動(dòng)作后接觸不良;限流電阻斷路;二極管損壞(擊穿);焊點(diǎn)虛焊。
發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火通路為雙通道冗余設(shè)計(jì),只要有一條通路正常,即可保證發(fā)動(dòng)機(jī)正常點(diǎn)火。
1)綜上所述,認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火故障機(jī)理是發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火通路未接通,最有可能的原因是物理分離銷止動(dòng)器沒有動(dòng)作(或動(dòng)作過緩),導(dǎo)致物理分離銷彈起失效。
2)構(gòu)建專用檢測(cè)平臺(tái),實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火通路檢測(cè)下的物理分離銷同步動(dòng)作聯(lián)測(cè)聯(lián)試,并對(duì)物理分離銷止動(dòng)器動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行檢查,保證其協(xié)調(diào)性。
3)對(duì)物理分離銷進(jìn)行預(yù)防性維修。一是檢查物理分離銷聯(lián)桿、限位塊止動(dòng)器動(dòng)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(shí)進(jìn)行研磨、注油。
4)對(duì)物理分離銷進(jìn)行改進(jìn)性維修。一是借鑒國(guó)內(nèi)第四代裝備先進(jìn)技術(shù)成果改進(jìn)物理分離銷設(shè)計(jì),取消物理分離銷止動(dòng)器,只要裝備離架,物理分離銷就彈起,微動(dòng)開關(guān)動(dòng)作接通點(diǎn)火回路;二是對(duì)物理分離銷用國(guó)產(chǎn)件予以替換。三是考慮對(duì)物理分離銷進(jìn)行冗余設(shè)計(jì),裝備脫離載機(jī)后3s,如果物理分離銷未彈起,則冗余設(shè)計(jì)電路作用,強(qiáng)制接通物理分離銷3 個(gè)觸點(diǎn)開關(guān),接通發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火通路,避免發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火現(xiàn)象。
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(jī)理與貯存過程出現(xiàn)的故障模式、機(jī)理完全不同,說明裝備貯存可靠性、飛行可靠性是兩個(gè)不同的技術(shù)領(lǐng)域,兩者不能混為一談。應(yīng)加強(qiáng)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(duì)裝備靶試環(huán)節(jié)中出現(xiàn)的故障進(jìn)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(jìn)措施的維修不能提高裝備的固有可靠性,需要在實(shí)踐中學(xué)習(xí)、探索,通過持續(xù)改進(jìn),建立以可靠性為中心的維修能力,針對(duì)脫靶、早炸和發(fā)動(dòng)機(jī)未點(diǎn)火等問題對(duì)癥下藥,不斷提升能力和水平。