鱼雷装备可靠性特点与发展趋势分析

山西平阳重工机械有限责任公司 王晓龙 李志敏 靳灵钧

引言

作为当代海战中的主战武器，鱼雷具有隐蔽性强、杀伤力大、自动跟踪和攻击目标等特点，在使用中，鱼雷按照预定的航向和深度自行推进、自主导向且在命中目标时能自动爆炸。鱼雷装备失效机理和寿命预测为确定鱼雷发动机在寿命期内的维护、检修间隔，确定战备完好率以及确定后勤保障费用等提供决策依据。同时也可为新研制的鱼雷装备可靠性、维修性及寿命的设计提供理论依据。随着鱼雷技术的不断提高，鱼雷的性能越来越智能化。由于鱼雷属于“一次作用”型产品，工作失效过程不能重现，这就给鱼雷的设计、评估和改进带来了一定的挑战。另外，由于鱼雷的制造和试验成本较高，加上没有可靠的试验数据进行参考，一旦存在设计不合理或其他偶然因素，必将造成重大的损失。在可靠性工作方面，鱼雷产品与其他机电产品既有许多相同的特点，同时也具有其特殊性。在鱼雷发展的历程中，始终是在保证鱼雷功能的前提下，以提高鱼雷工作的可靠性和安全性为目的，开展其零件、机构和系统的可靠性研究[1]。而鱼雷的可靠性和安全性又与鱼雷的工作环境、零部件的刚强度、机构运动特性和系统可靠性等许多因素有关。在进行鱼雷可靠性设计与分析时，要针对鱼雷可靠性特点和发展趋势来进行研究。

1 鱼雷装备可靠性特点

1.1 一次作用与长期贮存

鱼雷装备是一种长期贮存，但工作时间又非常短的水中兵器。因此，鱼雷的贮存寿命成为制约产品贮存期限和缩短维护保养时间的关键。在鱼雷发动机整个寿命周期内，绝大部分的时间是处于贮存或不工作状态。

鱼雷作为一种在水中工作，从水中攻击、毁伤舰艇或限制舰艇活动的水中兵器，从工作性质来看是属于成败型不可修复的系统，但从长期贮存性能来看，鱼雷还存在贮存寿命问题。因此，在对其可靠性进行研究时，须把鱼雷的工作状态与贮存状态分开研究。由于鱼雷属于长期贮存(一般为20～30年)、工作时间短的产品，因而鱼雷在工作期间按成败型产品考虑，在贮存期间按寿命型产品考虑[2]。

1.2 安全性与作用可靠性

安全性与作用可靠性是鱼雷的两项重要指标。鱼雷装备通常由战斗部、动力推进装置、制导系统、引信、保险装置、总体结构、操纵装置等组成。根据GJB531鱼雷通用规范要求：鱼雷的安全性是由鱼雷的安全系统决定的，鱼雷安全系统应符合GJB373A《引信安全性设计准则》中第3.2条的要求；保险机构的安全性必须有两种或两种以上不同原理，并且需要独立的保险装置来保证；火工制品的安全性应符合有关安全设计规范。一般要求安全失效率小于10-6，而鱼雷一般在10-2左右。因此，可以采用计数抽样检验方法来评定鱼雷的作用可靠性，用成败型试验结果去估算。而由于样本量所限，多采用故障树分析法和FMECA去评定鱼雷的安全性[3]。

1.3 鱼雷失效的多态问题

在可靠性领域，产品的工作状态一般分为正常和失效两种，对于三种或三种以上的称为多态，多态问题一般较为复杂。处理这类问题时，往往先把多态转化为两态，然后再按照两态问题的解决方法去处理。鱼雷产品的失效状态有勤务处理安全性、贮存可靠性、发射前安全性、对目标作用可靠性等多种状态。因此，鱼雷的失效属于多态问题，需要转化为两态问题再进行处理。

2 鱼雷装备可靠性技术发展趋势

2.1 鱼雷零部件的刚强度

在对鱼雷零部件的设计和分析中，一般从结构和性能两方面着手。在结构方面，包括强度和刚度两个要求，即要求鱼雷零部件在贮存状态和运输时，不因受到外力而发生变形或破坏。在性能方面，即要求鱼雷零部件满足下列战技指标的要求：安全性和作用可靠性。实际中，鱼雷零部件的刚度和强度是影响其安全性和作用可靠性的主要因素。为了更好地解决此问题，只依靠传统的有关刚体力学的设计理论是不行的。根据鱼雷的特殊性，必须采用一种能反映鱼雷实际工作的随机变量法来进行计算和评估[4]。

2.2 鱼雷引信的可靠性

鱼雷引信的可靠性是指鱼雷引信在预定的时间内，在规定条件下能够完成规定功能的能力。在鱼雷服役期限内，对于装有触发引信的鱼雷来说，在鱼雷与舰船直接接触时能够爆炸的概率；对于装有非触发引信的鱼雷来说，当引信接受到特定信号（如磁信号、声信号、遥控信号等）时能够爆炸的概率，这就是鱼雷引信可靠性。

随着现代装备和鱼雷技术的发展，鱼雷的功能越来越多，其主要依靠引信内部各机构的协调动作来实现。现代鱼雷引信主要有四种功能：起爆控制、安全控制、命中点控制和发动机点火控制。根据GJB/Z135-2002《引信工程设计手册》要求，一个引信主要有发火机构、隔爆机构、保险机构、自炸机构、延期机构和爆炸序列等组成[5]。

2.3 鱼雷系统可靠性

鱼雷系统可靠性是指鱼雷系统在预定的时间内，在规定条件下能够完成规定功能的能力。其系统的可靠性包括基本可靠性和任务可靠性两个方面。一般情况下，鱼雷系统可靠性主要有三个指标：鱼雷安全性、作用可靠性和长贮可靠性。从以下方面进行讨论。

2.3.1 鱼雷系统的可靠性仿真技术

随着科技的发展，鱼雷系统的结构和功能越来越复杂，使得传统的可靠性分析方法不能满足其要求，如鱼雷的多态性和随机性等。但计算机仿真技术的成熟，可以使鱼雷系统在低成本、短周期的前提下，实现仿真，提高鱼雷的设计水平。

2.3.2 鱼雷系统智能故障诊断技术

由于鱼雷是长期贮存、一次性使用的产品，所以一旦出现安全性和作用可靠性失效等问题，将引起巨大的经济损失。为了提高鱼雷在贮存和工作过程中故障的自动化处理水平，需要建立鱼雷智能故障诊断系统，对鱼雷的各项信息进行实时监测，如果发现异常要及时纠正，这对提高鱼雷的作战效能具有重要意义。

2.3.3 鱼雷长贮可靠性

鱼雷的贮存寿命一直以来备受关注，传统的采用长期贮存试验方法来确定，其缺点是时间长。对于新研制的鱼雷，为了能更快地掌握其贮存寿命，采用加速贮存寿命试验这一新型的方法来进行试验。在试验中将试验产品置于高应力的环境下进行加速试验，得到其加速试验贮存寿命，从而推算出正常的贮存寿命[6]。

2.3.4 鱼雷系统安全性分析技术

鱼雷产品的安全性问题在其设计和生产的过程中显得格外重要，技术指标对鱼雷的安全性作了定量要求，但须通过故障树分析法对其进行定性分析和定量计算。目前，关键的问题是如何将得到的鱼雷失效底事件数据应用于其安全性分析，进而实现定量化。为此，首先需要得到完整的安全性失效底事件概率的数据，然后再根据这些数据对鱼雷系统的安全性进行分析研究。

结束语

鱼雷装备是一种一次性使用、长期贮存的水中武器，研究鱼雷装备可靠性，对确定鱼雷装备在贮存期内进行维修、保障的检测周期，确定战备完好率及确定后勤保障费用具有重要意义。同时也为战时鱼雷装备的安全性和工作可靠性提供理论依据。

[1]石秀华主编.水中兵器概论（鱼雷分册）.西安:西北工业大学出版社,2010,8.

[2]李志舜.现代鱼雷自导系统及其发展趋势[J].鱼雷技术,1999,10.

[3]ZhiLing Peng,HeMing Zhao.Corrosion Mechanism of 12Cr2NiWVA CylinderLiners,ASIAN JOURNAL OF CHEMISTRY.2014,26(17):5347-5349.

[4]曾天翔.可靠性及维修性工程手册[M].北京:国防工业出版社,1994.

[5]李良巧.兵器可靠性技术与管理[M].北京:兵器工业出版社,1991.

[6]张义民.汽车零部件可靠性设计[M].北京:北京理工大学出版社,2002.