直升机可靠性外场评估方法及应用研究

鲜 勇

(海装驻武汉军事代表局，湖北 武汉 430064)

0 引言

近年来，诸多型号直升机定型并交付部队使用。在型号研制过程中，在战技指标中均明确了可靠性指标的定量和定性要求。型号交付部队之后，需要通过持续的跟踪、评估与改进来确保型号具有较高的可靠性水平，提高其出勤率。因此，如何对直升机的各项可靠性要求进行全面、科学合理的验证，已经成为当前工作的一个关键问题。

实际使用环境对于直升机可靠性来说有很大的影响，即使是同一架直升机，当处于不同的使用环境条件下，其所表现出来的可靠性水平也是不同的。因此，只有在现场真实的使用环境条件下对直升机的可靠性进行评估，才能获得真实和准确的可靠性数据，从而对直升机的可靠性水平做出正确的评价[1]。直升机的可靠性外场评估能较真实地反映直升机的整机可靠性水平，而且经济易行。

1 可靠性外场评估概述

1.1 可靠性外场评估的基本概念

评估是指通过提供客观证据证明规定要求已得到满足的认定。可靠性外场评估是指在装备使用阶段，通过采用试验、演示或验证等方法，对直升机型号可靠性定量和定性要求是否满足“研制总要求”或“研制任务书”中的规定，并给出结论性意见所需进行的鉴定或评价等认定的总称。

可靠性外场评估是随着可靠性工作的深入开展和对可靠性重要程度的逐步认识提出的，是当今我国可靠性领域热门的研究方向之一，目前对可靠性评估尚无统一定义。

直升机可靠性外场评估属于统计试验的范畴。直升机可靠性外场评估具有综合性、真实性、经济性的优点。在直升机研制的不同阶段，直升机可靠性外场评估具有不同的目的，本文研究的直升机可靠性外场评估的目的是评估直升机可靠性水平，为直升机的改进和提升提供依据。

1.2 直升机可靠性外场评估的基本内容

直升机可靠性外场评估必须明确进入评估的基本条件和时机、可靠性参数和评估方法、样本量和评估强度、环境条件(包括地域要求、季节要求和任务剖面要求)、故障分类；另外，为了控制评估工作有序进行，保证评估工作顺利完成，还必须制定有关评估的组织管理内容，例如必须制定可靠性外场评估计划，编制可靠性外场评估大纲，确定可靠性外场评估程序，建立有效的信息收集处理系统[2]。

2 可靠性参数介绍

可靠性参数包括基本可靠性参数和任务可靠性参数，当前直升机常用的可靠性参数及定义如表1所示。

表1 直升机常用可靠性参数及定义

一般来说，以上可靠性参数是我国直升机装备外场使用可靠性评估工作的主要评估内容，根据直升机可靠性外场评估的主要目的和所要达到的目标，针对不同的产品层次，按照要求确定具体的一个或几个参数进行评估，以验证考核直升机整机、功能系统或机载成品的可靠性水平。

本文主要针对直升机型号中最常用的基本可靠性参数平均故障间隔飞行小时(MFHBF)进行研究。

3 故障分类和故障数据统计原则

在可靠性外场评估中，并不是所有故障都是有效的，只有责任故障才可以作为用于可靠性外场评估统计的故障[3]。

3.1 故障分类

评估期间出现的所有故障可参考GJB899A中的4.12故障分类方法，根据故障是否会在现场使用中出现，将故障分为非关联故障和关联故障。而关联故障则可以进一步分为非责任故障和责任故障。图1为责任与非责任故障划分示意图。

3.2 故障次数的统计原则

在按照故障分类原则完成故障分类后，一般按照下面的故障次数统计原则进行故障次数的统计：

1)在同一次工作过程中出现的同一设备或者部件的间歇性故障或者多次虚警，统计为一次故障；

2)当可以证实不同设备的多种故障模式是由于同一器件的故障所引起的，整个事件统计为一次故障；

3)在多个零部件或者元器件在评估的过程中同时出现故障的情况下，当不能够证明是因为一个故障引起了其它一些故障时，则每个零部件或者元器件的故障均需统计为一次独立故障；

4)当已经统计过的故障由于没有能够真正地修复而又再次复现的，应该和原来统计过的故障合并统计为一次故障；

5)对于由于独立故障而引起的从属故障，不计入受试产品的故障次数；

6)计划内的受试产品或其部件拆卸事件，不计入受试产品的故障次数；

7)对于零部件存在的轻微缺陷，如果不会丧失规定的功能，并且能够按照规定的维修规程通过飞行前检查或者飞行后检查等予以原位修复(不会引起拆卸)的事件，比如部件松动、参数漂移、噪声、轻微渗漏等，不计入受试产品的故障次数；

8)在评估过程中，已确认为非关联故障的故障不计入故障次数。[4]

图1 责任与非责任故障划分示意图

4 平均故障间隔飞行小时(MFHBF)外场评估方法

平均故障间隔飞行小时(MFHBF)是用于度量军用直升机整机和机上可修复产品使用可靠性的一种参数，用于使用效果评估。该指标是指在规定时间内，产品累计总飞行小时与同期间内的故障总数之比。

4.1 评估模型

对于平均故障间隔飞行小时(MFHBF)的点估计，计算公式：

(1)

对于寿命服从指数分布的产品，其置信度为1-α的区间估计为：

(2)

式中：θL—MFHBF的区间估计的置信下限；θU—MFHBF的区间估计的置信上限；T—累积飞行小时数，h；r—在验证时间期间内统计出的关联故障总数；α—选定的显著度水平。

查χ2函数表，可按公式(2)计算得出MFHBF的置信下限和置信上限。

置信度为1-α的单侧置信下限估计为：

(3)

式中：T—累积飞行小时数，h；r—在验证时间期间内统计出的关联故障总数，α—选定的显著度水平。

查χ2函数表，可按公式(3)计算得出MFHBF的单侧置信下限。

当存储货物质量较大、货架重心较高，存在安全隐患时，可采用结构稳定性原则占主导的复合货位优先级，即在符合结构稳定性原则的前提下，同行货位根据其出库时间、按照存储效率优先原则设定优先级，图2d所示为结构稳定性原则占主导的复合货位优先级示例图。

4.2 信息及来源

验证期间，应用事先制定的故障信息表，按要求详细记录故障和飞行小时等信息。

验证结束时，应根据事先确定的故障判据对记录的每条故障信息进行判定确认，整理出如下数据：

1)评估对象累计的总飞行时间T；

2)相应时间区间内用于统计计算的关联故障总数r。

利用公式(1)-(3)进行评估计算，得到估计值。

4.3 结果及判定

1)对直升机整机及功能系统来说，评估输出结果为现场使用条件下直升机、功能系统的MFHBF点估计值；

2)对机载设备来说，评估结果为MFHBF的点估计、区间估计值或单侧置信下限估计值；

4.4 使用说明

1)对该参数进行评估计算时，故障判据和数据统计原则直接影响评估结果，为此，必须在验证大纲中进行规定，评估计算前应组织对统计数据的审查。

2)在设计定型试飞验证过程中，对参试直升机的数量、批次以及其编号应做出说明。由于直升机的技术状态发生变化，是可靠性增长过程，因此，用该阶段的全部数据进行验证并不能完全反映直升机真实的可靠性水平，因此，应剔除早期故障，同时也应防止数据丢失。

3)对于整机来说，可仅进行平均故障间隔飞行小时(MFHBF)的点估计，由飞行记录数据直接得到评估对象累计的总工作时间T。

4)航空发动机的累积工作小时数T应该是发动机实际工作的时间，包括地面和空中开车的时间。

5)若采用区间估计或单侧下限估计，应实现明确置信度。如果研制总要求中给出了区间估计的置信度要求，则应按照要求的置信度；如果没有给出区间估计的置信度要求，一般来说，推荐置信度1-α取80%以上。

5 某型直升机可靠性外场评估

5.1 评估内容

根据某型机研制总要求，该型机可靠性指标要求为：

平均故障间隔飞行小时(MFHBF)：整机规定值不小于4fh；整机最低可接受值3fh。

5.2 统计数据

评估期间内，该型直升机累计飞行1189h32min(1189.53h)，发生故障295起，其中责任故障241起。

5.3 点估计值

根据公式：

(4)

已知，T=1189.53h，r=241。

其平均故障间隔飞行小时的点估计值为：

(5)

从点估计值的结果来看，该型号已经满足研制总要求中规定的平均故障间隔飞行小时(MFHBF)规定值不小于4飞行小时的要求。

5.4 区间估计的置信下限

根据公式：

(6)

已知，T=1189.53h，r=241。

取置信度为80%，则α=1-0.8=0.2，因此χ2(α/2,2r+2)=χ2(0.1,484)=524.2762。

由此计算可得平均故障间隔飞行小时单侧置信下限为：

θL=4.5

(7)

从区间估计的结果来看，该型号已经满足研制总要求中规定的平均故障间隔飞行小时(MFHBF)规定值不小于4飞行小时的要求。

6 结论

本文根据我国直升机可靠性外场评估工作的需要，在充分吸收国内外先进的验证和评估技术并总结、分析、归纳可靠性验证和评估的工程技术方法的基础上，以统计数据为基础，以解决现有验证理论在外场操作中存在的工程化问题为目的，进行直升机使用阶段的可靠性综合评估的方法研究及技术适用性、工程化、规范化的应用研究。对型号研制中常用的可靠性参数指标的外场评估进行了研究，建立起适合直升机研制和使用特点的可靠性外场验证评估方法，能够有效指导型号使用阶段的可靠性外场评估。