航空电子设备耐久性问题研究

2010-01-15杨晓佩

时代农机 2010年11期

谢楠，朱毅，杨晓佩

（1.徐州空军学院航空四站系，江苏徐州 221000；2.徐州空军学院，江苏徐州 221000）

航空装备中大量存在着电子设备。电子设备一般只考虑可靠性问题，它的耐久性问题则常常被人们忽视。而对电子设备耐久性的研究在一定程度上就是对装备的使用寿命的研究，可以这么说，耐久性是航空装备（车辆）寿命稳定的前提条件。

一般来说，航空装备上电子设备的结构基本上是由外壳、机箱、控制面板、各种元器件和集成电路组成的，各种元器件和集成电路的失效率在l06～l07/h以下，远远超过电子设备本身的实际使用寿命，甚至更低，且航空装备的结构往往已经标准化，简单可靠。由于新材料的发现和更高工艺水平的出现，电子设备向模块化、小型化飞速发展，迎合了人们对通用化、小型化电子设备的追求，相同功能或更高功能的电子设备层出不穷，产品的更新换代加快，因而传统上，人们一般很少提及电子产品的耐久性。但这并不说明电子设备就没有耐久性问题，恰恰相反，我们应当研究它的耐久性。在一些不易维修和不易更换的场合，如：长期野外保障作业、高强度训练等，考虑它的耐久性设计至关重要。耐久性是用于表征产品有用寿命和损伤容限的特性，它对于机械系统来说不是新概念。如在机械设备维修技术手册中，有各种耐久性参数，如使用寿命、首翻期、大修期和大修间隔期等。

1 耐久性的定义

对于耐久性的定义，到目前为止仍然没有统一的见解。目前公开的权威文献中有多种有代表性的耐久性定义，其中GB／T 3187—94《可靠性基本名词术语及定义》中对耐久性的定义为：“耐久性是产品在规定的使用与维修条件下，直到极限状态前完成规定功能的能力。产品的极限状态可以由使用寿命的终止、经济和技术已不适宜等来表征”，这一定义比较全面和合理。

2 耐久性、可靠性、维修性和保障性的关系

可靠性、维修性、保障性和耐久性，四者之间的关系是互相影响、互相制约的。可靠性是产品在规定的条件下，规定的时间内完成规定功能的概率。航空装备中电子设备可靠性的度量标准是平均无故障间隔时间（MTBF）。可靠性描述的是航空装备何时发生故障的特性，即故障发生的频率，其核心问题是故障率（或失效率），而耐久性则是描述航空装备何时进行大修、更换或者报废的特性，其核心问题是使用寿命（或服役期）。也即是说可靠性是“微观的”，耐久性是“宏观的”。我们可以从经典的浴盆曲线来说明两者的关系，如图1所示：MTBF用纵轴的故障率（A）来度量，使用寿命（耐久性参数）则用横轴的时间（t）来表示。

图1 电子设备耐久性与可靠性关系图

从图1中可知：MTBF和使用寿命之间没有关系。它们之间的显著差别是：耐久性关心的是航空装备的耗损故障，因为只有这种故障才会影响装备的寿命；而可靠性所关心的是偶然性故障和耗损性故障，因为这些故障都对航空装备的可靠性产生影响。

维修性是装备在规定的条件下和规定的时间内，按规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到规定状态的能力。维修性是可靠性的必要补充，自然也是耐久性的必要补充。在航空装备的设计选型中，通常应做到若某些零部件的寿命较短，则应赋予它较高的维修性；反之，若某些零部件具有较高的维修性，则可降低其耐久性的要求。通俗地讲，越容易修的零部件就越不耐久；越耐久的零部件，就越不易修。保障性是系统的设计特性和计划的保障资源能满足使用要求的能力。航空装备保障性策略的制定要依靠其耐久性信息，即后者是前者的基础。

3 航空装备耐久性研究的对象

研究航空装备的耐久性必须考虑两个方面，一个是规定的使用和维修条件；另一个是航空装备的极限状态。前者是后者的前提，后者是前者的必然结果。两者互相影响和制约。只有在规定的使用和维修条件下，在所规定的极限状态前完成规定功能的能力才称为航空装备的耐久性。也就是说如果不考虑规定的使用维修条件，航空装备就有可能达不到所规定的极限状态。航空装备的极限状态是以规定的使用和维修方式为基础的。

在航空装备的耐久性问题中，讨论极限状态至关重要。所谓极限状态是指航空装备继续使用成为不允许或不合理时，或者恢复航空装备能工作状态成为不可能或不合理时的一种状态。具体地讲，极限状态是由于安全要求遭到无法消除的损坏，或者给定的参数无法避免地落在规定的极限外，或者使用效率不可避免地低于允许值，或者进一步使用在经济上将不再合算等原因应停止进一步使用的状态，正如故障是可靠性研究的对象一样，极限状态是耐久性研究的对象，是度量耐久性的依据［3］。

为了日常训练和保养中便于对耐久性进行设计和评价验证，必须规定判断航空装备是否达到极限状态的特征，即极限状态的判断准则。它是技术标准文件（或）设计文件所规定的航空装备极限状态的一种特征或各种特征的总和，并且它规定了判断航空装备是否达到极限状态的条件。根据使用条件，对于同一种航空装备可以规定两个或多个极限状态的判断准则。极限判断准则要以产品的安全性、功能性和经济性为原则。只有对航空装备规定了极限判断准则，那么对它的耐久性研究才有了尺度和标准。