弹载电源系统舰船环境贮存可靠性预计

2015-02-02 01:20张尚珠李华府

兵器装备工程学报 2015年12期

张尚珠，李华府

(中国空空导弹研究院第十六研究所，河南洛阳　471009)

弹载电源系统舰船环境贮存可靠性预计

张尚珠，李华府

(中国空空导弹研究院第十六研究所，河南洛阳471009)

摘要：研究弹载电源系统在舰船存放所经历的各种环境应力，预计弹载电源系统在舰船存放各环境条件下的可靠性。采用元器件应力法和相似产品法相结合的技术手段，在舰船舱内贮存和舰船舱外值班采用不同的可靠性预计模型。经预计，弹载电源系统在舰船良好舱内贮存、舰船普通舱内存放、舰船舱外值班等使用要求条件下的可靠度在0.94以上。综合预计数据和导弹在这3种环境下的贮存需求进行分析，该弹载电源系统能够满足舰船存放使用。

关键词：弹载电源；舰船环境存放；可靠性预计

本文引用格式：张尚珠，李华府.弹载电源系统舰船环境贮存可靠性预计[J].四川兵工学报，2015(12):52-53.

Citation format:ZHANG Shang-zhu, LI Hua-fu.Storage Reliability Prediction for Missile Power Supply System on Warship Environment[J].Journal of Sichuan Ordnance,2015(12):52-53.

Storage Reliability Prediction for Missile Power Supply

System on Warship Environment

ZHANG Shang-zhu, LI Hua-fu

(The 16thInstitution of China Airborne Missile Academy, Luoyang 471009, China)

Abstract:A variety of environmental stress of missile power system deposit in warship was studied, and the storage reliability in various environmental conditions was predicted by the methods of combining the component stress method and similar product method to use different reliability prediction model in inner warship cabin keeping and outer warship cabin duties. The storage reliability of inner good warship cabin, common warship cabin and outside warship cabin are all above 0.94 after prediction. The missile power system is able to satisfied the storage and use onboard of warship after the analysis of the storage requirement of the above three environment of the expected comprehensive data and missiles.

Key words:missile power system; the storage environment of warship; reliability prediction

弹载电源系统主要由热电池、电源板、控制板、接口电路等部分组成，功能是在挂飞阶段为导弹转接载机电源，自主飞行阶段为全弹提供各部件所需的热电池电源，并完成相应功能。从最小功能单元上看，弹载电源系统涉及电路、火工件等。

通常情况下，弹载电源系统作为导弹的重要组成部分，基本上都是在陆基环境下存放、值班，陆基环境下的可靠性预计已较为成熟。在舰船环境下，弹载电源系统寿命周期内可能遇到的环境有高温、低温、高温高湿、低温高湿、结冰、淋雨、盐雾、太阳辐射、霉菌、化学腐蚀、热冲击、搬运冲击、跌落冲击、海浪诱发的倾斜摇摆、舰船振动、颠振等。温度是最具普遍性的环境因素，在随舰船服役的整个寿命期内都会受到高温、低温影响，其中舰面值班和挂装使用时由于其直接暴露于大气环境中，会经受较为严酷的高、低温环境。在转运出库和由舰面入库时还会遇到温度冲击环境。根据GJB1060，露天部位舰船设备应能在设备工作高温极值的量值上再加上1 110 w/m2太阳辐射产生的温升(相当于17℃)，则贮存时高温极值为68℃[1]。在其整个寿命期内都会经历湿热环境，尤其是舰船在热带(或夏季)航行或遇到海洋暖流时，湿热环境会十分严酷。盐雾环境能够破坏舰载机空空导弹表面涂层并使金属机体发生锈蚀，可能会对其使用寿命有较大影响。

本研究主要是结合弹载电源系统舰船环境与陆基环境的差异，通过建立舰船舱内贮存和舰船舱外值班可靠性预计模型，采用元器件应力法和相似产品法相结合的技术手段，对弹载电源系统在舰船良好舱内贮存、舰船普通舱内存放、舰船舱外值班的可靠度进行了预计，为预估弹载电源系统在舰船环境使用可靠度、配置维修保障资源提供了参考。

1可靠性预计模型

1.1　可靠性框图

弹载电源系统各组成部分相互独立，任何一部分故障，都会造成导弹不能正常工作，可靠性框图如图1所示。

图1弹载电源系统可靠性框图

1.2　可靠性数学模型

1.2.1贮存可靠性模型

由于弹载电源系统各组件之间是串联关系，其贮存可靠性为[2]

(1)

式中：Ri为各组件贮存可靠性；λZi为各组件贮存状态下非工作失效率；t为弹载电源系统贮存时间，舰船良好舱内贮存时间，舰船普通舱内贮存时间。

1.2.2待命可靠性模型

由于弹载电源系统各组件之间是串联关系，其贮存待命可靠性为

(2)

式中：Ri为各组件待命可靠性；λDi为各组件待命停放状态下非工作失效率；t为弹载电源系统待命时间。

2环境条件

弹载电源系统在舰船良好舱、舰船普通舱和舰船舱外存放、值班都处于非工作状态。

根据GJB/Z108A—2006，舰船良好舱为行驶时较为平稳，且受盐雾、水汽影响较小的舰船舱内，如近海大型运输船和内河船只的空调舱。舰船普通舱为能防风雨的普通舰船舱内，常有较强烈的振动和冲击，如水面战船舱内或甲板以下的环境条件。舰船舱外为舰船甲板上的典型环境，经常有强烈的冲击和振动，包括无防护、暴露于风雨下的水面舰船设备环境[3]。

依此取“舰船良好舱内”NS1、“舰船普通舱内”NS2和“舰船舱外”NU，环境温度应力条件取35℃、45℃和70℃。

3可靠性预计

3.1　预计方法

本次贮存可靠性预计，控制电路、隔离电路、接口电路采用了元器件应力分析法[4]；热电池采用了相似产品法进行预估。

国产电子元器件非工作失效率使用GJB/Z108A—2006的失效率数据；进口元器件工作失效率主要使用GJB/Z299C—2006附录A中的数据，也可采用MIL—HDBK—217F数据，进口元器件非工作失效率按同等环境类别下的工作失效率数据的1/20来估算。

3.2　电路可靠性预计

电路部分主要包括控制电路、隔离电路和接口电路等。涉及混合集成电路、CMOS单片集成电路、硅三极管、金属膜电阻、固体钽电容器、光电耦合器、稳压二极管、矩形连接器、圆形连接器等类别的器件。

采用应力法进行预计，可得：

弹上电源系统电路部分在舰船良好舱内贮存，其可靠度为

弹上电源系统电路部分在舰船普通舱内贮存，其可靠度为

弹上电源系统电路部分在舰船舱外存放值班，其可靠度为

3.3　热电池可靠性预计

热电池是弹载电源系统通用的能源机构，在多型产品中已得到了应用。各型热电池在材料、结构、工艺等方面都有较大的相似性，其故障是由于系统暴露在环境中造成的[5]。为实现热电池的贮存可靠性预估，搜集了1 357只相似产品的贮存、使用数据，其中贮存时间最长的已超过10年。数据结果显示，各产品都能够满足预期的性能要求。依据成败型产品可靠性评估方法，预估热电池的长期贮存后使用可靠度单侧置信下限为0.998 3(置信度0.9)。

4结论

经预计，弹载电源系统在舰船环境存放、值班可靠性水平整体来说较高，能够满足使用需求，但在舰船良好舱内长期贮存可靠性相对较低，可靠性薄弱环节为控制电路中的混合集成电路，在弹载电源系统的预防性维修周期的制定过程中应予考虑。在实际的使用中，还应考虑搬运、转场、挂装、日常维护等活动所带来的不确定因素对产品可靠性的影响。

参考文献：

[1]GJB 1060.2—1991，舰船环境条件要求气候环境[S].

[2]曾声奎，赵廷弟，张建国，等.系统可靠性设计分析教程[M].北京:北京航空航天大学出版社，2001.

[3]GJB/Z 108A—2006，电子设备非工作状态可靠性预计手册[S].

[4]E.Harold annoy.Improving “MIL— HDBK— 217 TYPE” Models for Mechanical Reliability Prediction[C]//Proceedings of Reliability and Maintainability Symposium.[S.l.]:[s.n.],1990：341-345.

[5]IEEE1413.1,IEEE Guide for Selecting and Using Reliability Predictions based on IEEE 1413[S].(责任编辑唐定国)