空空导弹环境例行试验项目研究

李根成 吴瑞轩 郭强岭

中国空空导弹研究院，洛阳 471000

空空导弹组成复杂，寿命期内承受温度、湿热、低气压、淋雨、盐雾、霉菌、振动、加速度及冲击等环境应力，工作环境恶劣[1]。为保证设计定型后交付部队的导弹质量，生产中需对元器件、部件、分组件及组件等不同层级产品100%进行环境应力筛选，筛选合格的产品才允许进行高层级装配。由组件装配成的全弹还需100%进行环境验收试验，由于通过环境验收试验的导弹需交付部队使用，因此不进行影响导弹使用寿命的试验项目，一般只进行高温工作和低温工作和挂飞功能振动等[2]。除此之外，当通过环境验收试验的导弹达到一定数量时，还要进行环境例行试验以进一步检验批产导弹的质量[3]。

GJB4239《装备环境工程通用要求》规定，环境例行试验是为考核生产过程稳定性，按规定的环境项目、顺序及环境条件，对批生产中按定期或定数抽样抽出的产品进行的环境试验，是批生产例行试验的组成部分[4]。空空导弹的环境例行试验是抽样检验，即从通过环境验收试验的导弹中随机抽取一定数量，对样本进行试验，最终确定整批产品是否通过检验。空空导弹环境例行试验的抽样方案、试验项目、合格判据常常是订购方和承制方商议的焦点，文献[5]对空空导弹环境例行试验的抽样方案进行了论述[5]。本文拟从标准规定、理论分析等方面对试验项目进行论述。

1 有关标准规定及型号做法

生产阶段的环境例行试验由订购方主导，订购方认可的国家军用标准，行业标准、企业标准仅用作参考，故本文主要分析国家军用标准的有关规定。环境例行试验是质量一致性检验，常常在产品规范或检验验收标准中有相关描述。

经查阅文献，不同标准对环境例行试验项目的规定差别较大：飞航导弹、空地导弹和地空导弹要求开展的环境例行试验项目较少，如飞航导弹、空地导弹无必做的环境试验项目[6-7]，对于地空导弹，GJB178A规定仅进行加速度、振动和冲击等[8]，GJB3974规定的必做项目有淋雨、振动和运输[8]。而空舰导弹、舰船导弹需进行的试验项目较多，如空舰导弹的必做项目有高温、低温、温度冲击、湿热、淋雨、盐雾、霉菌、振动、冲击、加速度和运输[9]。表1列出了有关标准对环境例行试验项目的要求[6-14]。

表1 相关标准中规定的环境例行试验项目

从美国军用标准MIL-M-8555C可看出，抽样检验的导弹“经受某些环境条件下的使用试验，条件可以随每一被试导弹而变化”，即不同导弹经受的试验条件可不一样[14]。

国内多型导弹的环境例行试验项目也不尽相同。总体来说，航天部门生产的导弹多采用组件和全弹都进行试验的模式，组件试验项目多在10项以上，全弹试验项目较少，约6项。考虑到有些导弹价格昂贵，产品试验后经适当整修可交付使用。国内多型空空导弹环境例行试验项目差别大，有的仅进行全弹试验，有的对组件和全弹都进行试验。仅进行全弹试验的项目多，如某雷达型导弹有13项。组件和全弹都进行试验时，全弹项目并没大幅减少，如某红外型导弹在组件进行11项试验的基础上，全弹还要进行10项试验。

2 环境例行试验项目确定

与考核工艺稳定性的例行试验相比，鉴定试验是对产品设计定型技术状态的考核，故空空导弹的环境鉴定试验项目多，基本覆盖寿命期内的所有环境，一般包括高温、低温、温度冲击、低气压、振动、冲击、加速度、湿热、盐雾、霉菌、淋雨和砂尘等。空空导弹生产工艺主要涉及机械零件加工、电路板装配、组部件装配和筛选等，考核工艺质量稳定性的环境试验项目一般包括高低温、冲击和振动等。GJB4239的主编祝耀昌指出，环境例行试验项目的确定原则是“选用能考核工艺和制造过程不稳定从而降低环境适应性的试验项目，因此不进行如霉菌、盐雾和砂尘等主要考核材料和结构耐环境能力的试验”。[15]

加速度试验主要考核产品结构设计承受过载的能力，一旦产品的结构形式和材料种类确定，其耐受加速度的能力也就确定，因此例行试验中可不做加速度试验。运输振动是一种宽带低频随机振动，为减小运输时车体对导弹的影响，往往设计带减震的包装箱进行防护，大量实测数据显示空空导弹运输振动量级小，与长时间的挂飞振动相比，运输振动对产品的影响可忽略不计，因此可不进行。湿热环境能够考核装配和涂敷工艺，因其会导致产品的材料腐蚀、漆层皴裂、电性能下降。对于水密设计的空空导弹，由于存在呼吸作用，湿热试验比淋雨试验更严酷，因此应进行湿热试验，可不进行淋雨试验。

综上所述，空空导弹的环境例行试验项目一般包括振动、高、低温、冲击和湿热。

空空导弹系统复杂，生产周期长，成本高，全弹环境例行试验中的故障对生产成本和交付周期影响大，因此，仅对全弹进行试验风险大。为控制风险，可采用组件和全弹都进行试验的模式，按组件从严考核、全弹合理考核的原则设计试验方案。若试验后的组件和全弹都不交付，组件可进行高、低温、功能振动、耐久振动、自主飞行振动和冲击试验，全弹进行高、低温、湿热、功能振动和耐久振动试验。若试验后的组件不交付、全弹可交付，组件的试验项目同上，全弹进行高、低温、功能振动和湿热试验。需说明的是试验后的全弹在交付前需要整修。

与环境鉴定试验一样，空空导弹环境例行试验的条件多是极值应力。由于同一产品在其寿命期内经受2种以上极值应力的概率很低，理论上可将试验项目分配在多枚产品上分别进行。文献[16]的作者在上世纪80年代收集整理太平洋导弹试验中心、红石兵工厂和佛罗里达州埃格林空军基地等进行的“麻雀”、“响尾蛇”、“毒刺”、先进中程空空导弹、“鱼叉”、“爱国者”和“战斧”等大量导弹试验的信息后明确：“极限环境应力即使发生，机会也很少，并且仅限于已知类型的几枚导弹。因为同一导弹承受2种应力极限的情况是少见的，同一时间承受两种应力的情况就更少。在理论上，可让每次试验使用1枚导弹并在试验中只承受1种应力(或1组相关应力)”[16]。美军标8555C也指出“条件可以随每一被试导弹而变化”[14]。

环境例行试验是订购方行为，需承担正常消耗的产品成本、试验费用，对于价值高的复杂产品一般不进行消耗性的例行试验，如某地空导弹在进行组件级例行试验后常抽取2～4发全弹进行不同的试验项目，试验后经整修仍交付使用。鉴于环境例行试验的极值应力，若用于试验的产品数量有限，应对其试验条件进行折中考虑。

从多型空空导弹长期的环境例行试验结果看，产品在温度、湿热、功能振动和冲击等试验中很少出现故障，故障多发生在耐久振动中。耐久振动的量值通常取鉴定试验时的量值，试验时间模拟整个挂飞寿命，下面就论证其合理性。

3 耐久振动试验时间的确定

GJB150.16A中明确，耐久振动试验时间“从寿命周期环境剖面中选取”[17]。通常空空导弹鉴定试验中的耐久振动需覆盖寿命周期的挂飞时间，如某型导弹挂飞寿命为100架次，平均每架次飞行2.5h，则需模拟250h的挂飞振动。那么，环境例行试验中进行模拟250h的挂飞振动而又不允许产品故障是否合适？

该产品挂飞MTBF(平均故障间隔时间)指标为规定值200h，最低可接受值100h。按惯例同一发导弹除进行高、低温、冲击、功能振动和湿热等试验外，还有耐久振动，即同一发导弹经历了温度、振动、湿度等极值应力，虽然与可靠性试验中的综合施加不同，也可参照可靠度的计算方法，只是计算中不计入产品经受的温度、湿度及冲击等试验时间，仅计入耐久振动试验时间。

按指数分布，好产品(MTBF已达到规定值)在模拟100架次挂飞试验中的可靠度是：

即好产品无故障通过试验的概率约28.65%。而订购方接收质量差的产品的概率较低，参考可靠性鉴定试验的做法，设最低可接受值为检验下限，即认为MTBF接近最低可接受值的为差产品，这些产品通过试验的概率应较低，如20%。所以，例行试验中耐久振动时间的确定可参考式(1)的计算结果，以尽量实现好产品通过试验的概率较高、差产品通过概率较低。

(1)

式中，α为承制方风险，即好产品通过检验被拒收的概率；β为订购方风险，即差产品通过检验被接收的概率；t为耐久振动模拟的实际挂飞时间。GJB899A中推荐双方风险约为10%～30%[18]。表2列出了α和β分别取10%、20%、30%和40%时的计算结果。

表2 不同风险下的试验时间

从表2可看出，双方风险在10%～30%时，没有同时满足式(1)的解。当t=97h时α≈38.43%，β≈37.91%，即若从风险相当的角度，耐久振动试验时间可按模拟挂飞97h设计。若从满足订购方风险要求的情况下(GJB899A推荐的最大风险约为30%)，应取t≥120.40h。

以上风险是基于1个受试产品得出的。若受试产品为2个，2个产品经历相同试验，且任一产品故障就认为第1次例行试验失败。当模拟120.40h挂飞时，2个差产品都无故障通过的概率是：

2个好产品都无故障通过的概率是：

当模拟97h挂飞时，2个好产品都无故障的概率是：

4 结论

因需对设计定型技术状态考核，空空导弹的环境鉴定试验基本覆盖寿命期内的所有环境，试验项目多，试验条件为寿命期内可能遇到的极值应力。环境例行试验则注重检验生产工艺的稳定性，避免因批产工艺控制质量下降导致产品环境适应性降低。所以其试验项目可在对环境鉴定试验项目进行分析的基础上适当剪裁确定，如可剪裁掉主要考核材料特性的霉菌试验、盐雾试验，可不进行考核材料耐蚀性和结构设计密封性的砂尘试验、考核结构设计能力的加速度试验及基本设计冲击试验等。另外空空导弹挂飞时间长，对于与导弹耐久性指标相关的耐久振动，确定试验时间可考虑挂飞可靠性指标平均故障间隔时间。