导弹弹上仪器工作寿命考核方法探讨

张仕念，颜诗源，徐军，张国彬，李新俊

（火箭军装备研究院第三研究所，北京100094）

导弹弹上仪器工作寿命考核方法探讨

张仕念，颜诗源，徐军，张国彬，李新俊

（火箭军装备研究院第三研究所，北京100094）

导弹弹上仪器的工作寿命通常用一次连续工作时间和累计工作时间这两个指标来表示，在通常情况下，其不仅要满足额定工况下的工作时间要求，还需要满足飞行要求。在弹上仪器设备的寿命考核试验的过程中，由于对出现的故障采取了“归零”措施，因而一般只能获得零失效数据。因此，对导弹弹上仪器工作寿命考核方法进行了研究，提出了如下建议：为了保证试验结果符合使用实际，在制定考核试验方案时，应根据弹上仪器设备的寿命分布类型来计算试验考核时间，同时试验方案中的子样应与使用实际一致。

导弹；一次连续工作时间；累计工作时间；工作寿命

0 引言

导弹交付部队后包含了测试、战备值班等“地面使用”环节[1]。在“地面使用”的过程中，部分弹上仪器设备处于工作状态，特别是具有热待机要求的产品，其在“地面使用”的过程中不仅处于通电工作状态，而且热待机时间要求较长，因此，弹上仪器设备的工作寿命的考核鉴定受到了各方的关注。

对于弹上仪器设备的工作寿命，一般要求其在额定工况下工作后仍能够满足导弹飞行的要求，通常采用地面鉴定试验来对其进行考核。在具体的试验过程中，通常包含两种情况:一种是按照额定工况进行工作寿命试验，若样品在试验时间还未达到考核值前出现故障，故障前还没有进行地面鉴定试验，不能判断其故障前能否满足导弹飞行的要求，则不能将其作为工作寿命评估的完整子样，此时需要对出现的故障进行“归零”，即针对试验过程中出现的故障采取改进措施，并通过试验来验证改进措施是有效的，不会再发生相同的故障；另一种情况是按照额定工况试验到工作寿命考核值后无故障，再进行地面鉴定试验，若地面鉴定试验未通过，仍然需要对地面鉴定试验中出现的故障进行“归零”，若地面鉴定试验通过，表明其满足导弹飞行的要求，但是，此时只能获得零失效数据。

本文将针对导弹武器弹上仪器设备工作寿命考核试验的这些特点，讨论一次连续工作时间和累计工作时间这两个指标的考核试验方法。

1 工作寿命指标

弹上仪器设备的工作寿命通常采用一次连续工作时间和累计工作时间这两个指标来表示，并且要求一次连续工作时间之和不大于累计工作时间。弹上仪器设备的工作寿命指标通常是以作战使用方式和要求为依据论证提出的。例如:设某导弹武器具有热待机要求，作战使用需求是，每次热待机30 d，寿命周期内需待机5次，测试150次。其计算机和惯性仪器为热待机通电设备，发射机为热待机不通电设备，每次测试过程中计算机、惯性仪器和发射机的工作时间分别为4、5、2 h。计算机和惯性仪器的一次连续工作时间要求不低于30×24= 720 h，其中，计算机的累计工作时间要求不低于5×720+150×4=4 200 h，其他设备的相关数据可用类似方式计算，具体的指标如表1所示。

表1 弹上仪器设备的工作寿命指标要求（置信度取0.8）

2 考核试验方案

导弹武器弹上仪器设备工作寿命的考核试验，往往只能获得零失效数据，可参考可靠性鉴定试验的基本做法，根据工作寿命指标的要求值安排考核试验的子样数和试验时间。具有工作寿命指标要求的弹上仪器主要为电子产品和机电产品，电子产品的工作寿命一般服从指数分布，机电产品的工作寿命一般服从威布尔分布，因此，以下将针对这两类产品分析其参试子样和试验时间的计算方法。

a）电子产品

对于电子产品，其寿命服从指数分布。设n台某产品在额定工况下进行工作寿命试验的试验时间为ti（i=1，…，n），当试验过程中无故障，试验后通过地面鉴定试验时，置信度为γ的平均寿命最优置信下限为[3]:

因此，累积试验时间T为:

由式（2）可见，要满足指标要求，其累计无故障工作时间应达到-ln（1-γ）θL。例如:γ分别取0.7、0.8、0.9、0.95时，在额定工况下的无故障试验时间应达到1.20、1.61、2.30、3.00 θL，并且通过地面鉴定试验，才能满足指标要求。显然，γ取0.8时的计算结果1.61 θL与GJB 899A《可靠性鉴定和验收试验》的统计试验方案8中给出的最小接收值1.72 θ1是接近的。

按照式（2）计算所得的结果，是在电子产品的失效“无记忆”的前提下得到的，并且没有回答“一次连续工作时间”这一指标是否满足要求这一问题。因此，在工程实践中进行试验考核时，需要参照式（2）的计算结果来制定考核试验方案的试验时间，且制定的试验方案应包含与使用需求一致的工程子样。例如:对于表1中的计算机，考核试验方案要求其在额定工况下的无故障试验时间达到-ln（1-0.8）×4 200=6 760 h，并且至少有1个样本达到要求一次，连续工作720 h，共5次，累积工作时间达到4 200 h后，通过地面鉴定试验。若在考核试验中出现故障，则需对故障部位采取“归零”措施，然后对归零后的产品进行重新考核。由于每次测试的工作时间为4 h，远小于一次连续工作时间720 h，即一次连续工作时间的考核覆盖了测试工作时间的考核，因此，此处不再对测试工作时间单独进行考核。

b）机电产品

机电产品的寿命分布函数一般服从两参数威布尔分布，即:

式（3）中:m——形状参数；

η——特征寿命（尺度参数）。

其平均寿命为[4]:

式（4）中:Γ（·）——Γ函数。

设n台某产品在额定工况下的试验时间为ti（i=1，…，n），当试验过程中无故障，试验后通过地面鉴定试验时，特征寿命η的γ单侧置信下限为:

平均寿命的γ单侧置信下限为:

由式（3）-（4）得:

当试验过程中受试产品的试验时间相同时，单台产品的试验时间为:

可见，试验件的试验时间是由指标要求、样本量、置信度和形状参数等参数决定的。在工程实践中，由于弹上产品价格昂贵，试验样本量一般为1～4件；在产品研制阶段由于缺乏试验信息，形状参数m很难通过试验数据的计算来获得，只能根据工程经验和相似产品的信息进行选取，一般在1.5～4之间取值；置信度属于指标要求值，是已知的。因此，可以根据已知条件对试验时间进行计算，例如:针对表1中的惯性器件，置信度γ= 0.8，按照式（7）进行计算，部分结果如表2所示。

表2 机电产品最小试验时间计算结果

由表2可知，对指标θ进行考核，样本量为1时，最少要求产品无故障试验时间达到1.52 θ；样本量为2时，最少要求2台产品的无故障试验时间均达到1.04 θ；样本量为3时，最少要求3台产品的无故障试验时间均达到0.94 θ；样本量为4时，最少要求4台产品的无故障试验时间均达到0.88 θ。

制定机电产品的工作寿命考核方案时，重点考虑试验时间和样本量两个因素，应参照式（7）的计算结果，并包含与使用需求一致的工程子样。例如:对于表1中的惯性器件，参考GJB 899A的基本要求，其样本量一般应大于2，安排2台试验件开展考核试验，参照表2中试验件数量为2时的计算结果，其考核鉴定方案是2台试验件在额定工况下进行工作寿命试验，试验过程中至少有1台试验件一次连续工作720 h，共5次。2台试验件累计工作时间达到1.1 θ=4 785 h无故障，并且通过地面鉴定试验。若在考核试验中出现故障，则需对故障部位采取“归零”措施，然后对归零后的产品重新进行考核。

3 结束语

导弹武器弹上仪器设备的工作寿命，直接影响导弹服役期间的测试次数、热待机时间和热待机次数等使用性能。由于在弹上仪器设备工作寿命试验和地面鉴定试验过程中，通常对出现的故障采取“归零”措施，往往只能获得零失效数据。在制定工作寿命的考核试验方案时，为了更加贴近实际的使用情况，在根据弹上设备的失效分布类型按照零失效数据的计算方法计算满足指标要求的考核试验时间值的同时，还应包含与使用实际一致的子样。该方法在某型导弹工作寿命的定型鉴定试验中得到了应用，并获得了导弹使用方和研制方的一致认可。

[1]孟涛，张仕念，易当祥，等.导弹贮存延寿技术概论[M].北京，中国宇航出版社，2013.

[2]海卫华.一种基于在线预测的航天产品热待机剩余寿命评估方法研究[J].航天制造技术，2012（8）:63-67.

[3]赵宇，杨军，马小兵.可靠性数据分析[M].北京:国防工业出版社，2011.

[4]贺国芳，许海宝，瞿荣贞.可靠性数据的收集与分析[M].北京:国防工业出版社，1995.

[5]可靠性鉴定与验收试验:GJB 899A-2009[S].

Discussion on the Working Life Assessment Method of Missile-borne Instrument

ZHANG Shinian，YAN Shiyuan，XU Jun，ZHANG Guobin，Li Xinjun
（The Third Institute of Rocket Force Equipment Research Institute，Beijing 100094，China）

The working life of missile-borne instruments is usually expressed by one-time continuous working time and accumulated working time.In general，it is necessary not only to meet the working time requirements under the rated working condition，but also to meet the flight requirements.Because the“return-to-zero”is often adopted to deal with the failures appearing in the process of life assessment of missile-borne instruments，so only zero failure data can be acquired through the test.Therefore，the assessment method of the working life of the missileborne instruments is studied，and the suggestion that the test time should be calculated according to the life distribution type of the missile-borne instruments and the samples used in the test should be consistent with the actual use while developing the assessment test program is put forward so as to ensure that the test results are in line with the actual use.

missile；one-time continuous working time；accumulated working time；working life

TJ 760.6+23

A

：1672-5468（2017）02-0001-04

10.3969/j.issn.1672-5468.2017.02.001

2016-09-18

张仕念（1976-），男，云南鲁甸人，火箭军装备研究院第三研究所副研究员，硕士，主要从事导弹武器可靠性与贮存延寿研究工作。