空空导弹任务可靠度评估方法研究

2012-09-18王俊华王丽丽

航空标准化与质量 2012年6期

王俊华王丽丽

（中国空空导弹研究院，河南洛阳 471009）

空空导弹属于一次性使用的武器，导弹系统的可靠性直接关系到空战的胜负，为了满足武器系统作战效能的需要，空空导弹任务可靠性指标要求很高。限于空空导弹的研制进度和经费等约束，单纯依靠外场挂飞和空中靶试试验数据很难验证其要求的任务可靠性指标，因此必须对空空导弹任务可靠性指标验证方法进行研究。

1 空空导弹任务可靠度指标

空空导弹使用阶段包括挂飞阶段和自主飞行阶段，其典型任务剖面如图1所示。挂飞阶段从起飞前地面挂机自检完成开始，经过起飞、挂机飞行、发现目标到到允许发射判断完成为止。在该阶段导弹的可靠性用挂飞任务可靠性平均严重故障间隔时间MTBCF来衡量；自主飞行阶段从飞行员按下发射按钮开始，经过导弹安全脱离载机、按预定要求制导飞行直到导弹飞近目标、导弹命中目标并引炸为止。在该阶段导弹的可靠性用自主飞行可靠度来衡量。

图1 空空导弹典型任务剖面

从空空导弹典型任务剖面可以看出，空空导弹任务可靠性指标包括挂飞可靠性和自主飞可靠度两项指标。空空导弹挂飞可靠性一般用平均严重故障间隔时间（MTBCF）来衡量，指在空空导弹工作寿命期内，经起飞前挂机检验合格的导弹随载机飞行时，相邻两次严重故障间的平均挂飞时间。这里的故障是使产品不能完成任务的或可能导致人或物重大损失的故障，即严酷度为Ⅰ、Ⅱ类的故障。自主飞可靠度指导弹从发射到命中目标不出现故障的概率，是指在严格遵守规定的维护使用条件下，发射前自检合格的导弹在规定的发射条件下正常发射后导弹能正常工作的概率。

这两项指标都包括规定值和最低可接受值两部分。规定值是装备在成熟期充分发挥固有可靠性潜力，经过可靠性增长后达到的，在设计研制阶段可靠性预计值必须达到并超过规定值。最低可接受值指合同或研制任务书中规定的装备必须达到的合同指标，它是进行考核和验证的依据。在型号设计定型阶段鉴定试验评估的可靠性参数应达到最低可接受值。规定值和最低可接受值之间的关系见图2。

图2 空空导弹可靠性指标规定值和最低可接受值关系示意图

2 空空导弹任务可靠度评估方法

2.1 空空导弹任务可靠度评估流程

空空导弹挂飞可靠度、自主飞行可靠度的评估流程见图3。

图3 空空导弹任务可靠度评估流程

2.2 挂飞任务可靠性评估

2.2.1 数据收集和整理

评估挂飞任务可靠性所需的数据包括挂飞工作时间和挂飞故障次数。由于空空导弹在研制阶段样本量少，试验数据也少，挂飞可靠性计算一般采用系统可靠性综合的方法，即把导弹各组件的数据等效为导弹的数据，再加上导弹自身的数据得到综合数据，利用综合数据进行导弹挂飞可靠性计算。等效模式为：

组件数据→等效全弹数据＋全弹自身数据＝全弹综合数据

即：

式中：T——挂飞工作时间；

r——故障次数。

收集某阶段的所有工作时间和发生的故障，包括可靠性试验、环境试验、联试、外场空中挂飞等所有试验时间。可靠性试验是在模拟真实的工作环境下进行的试验，其试验数据可以直接用于挂飞任务可靠性评估；环境试验的环境条件主要考核了温度应力、湿度应力及振动应力对空空导弹的作用，并且环境试验中的试验条件是贮存和工作时的极限条件，充分考核了极限温度应力和振动应力对导弹可靠性的影响，环境条件和实际使用中导弹工作状态的环境条件不完全一样，因此环境试验中的工作时间不能直接用于可靠性评估，需考虑环境因子，把实验室条件下的数据折算成工作条件下的等效数据，等效数据可以用于挂飞可靠度计算。外场挂机飞行是在实际的使用环境温度和工作条件下工作，导弹工作状态的环境条件与真实使用条件一致，其工作时间可以直接用于挂飞可靠性评估。由此得到导弹的自身数据Ts和rs。对发生的故障，只有责任故障用于挂飞可靠性评估。

整理各组件在某阶段的工作时间和发生的故障，包括各组件的可靠性试验、环境试验、联试等所有试验时间，得到各组件的数据Ti和ri。对各组件发生的故障，只有责任故障用于挂飞可靠性数据折算。组件数据Ti和ri折算为全弹等效数据的方法为：

2.2.2 评估方法

挂飞任务可靠性一般用平均严重故障间隔时间（MTBCF）来衡量，这里的故障是指会影响产品任务完成的严酷度为Ⅰ、Ⅱ类的故障。这里假设各产品的寿命服从指数分布，则其平均严重故障间隔时间的点估计为：

平均严重故障间隔时间的近似置信下限为：

其中：T──挂飞工作时间；

r ──挂飞责任故障数；

1–a──置信度。

挂飞可靠性评估结果与置信度 1–a取值有关。在研制阶段，空空导弹挂飞可靠性计算一般取 1–a＝0.60～0.80。

2.3 自主飞可靠度评估2.3.1 数据收集要求

评估自主飞可靠度所需的数据包括导弹自主飞总次数和自主飞失败次数。导弹自主飞可靠度计算一般采用系统可靠性综合的方法，利用综合数据进行导弹自主飞可靠度计算。等效模式为：

组件数据→等效全弹数据＋全弹自身数据＝全弹综合数据即：

统计某阶段的所有自主飞次数和发生的故障次数，包括环境试验、外场发射等所有自主飞次数，由此得到导弹的自身数据Ns和rs。对发生的故障，只有责任故障用于自主飞可靠度计算。

统计各组件在某阶段的所有自主飞次数和发生的故障次数，包括各组件的可靠性试验、环境试验、火工品试验等所有试验次数，由此得到各组件数据ni和ri。对各组件发生的故障，只有责任故障用于自主飞可靠度数据折算。组件数据据ni和ri折算为全弹等效数据的方法为：2.3.2 评估方法

设n次自主飞试验中，有r发产品发生责任故障，则自主飞可靠度的点估计值为：

为了回答计算的精确性和把握性问题，工程上给出置信度为1–a的可靠度置信下限RL，即

导弹自主飞可靠度可采用二项分布或超几何分布进行评估。当批量N满足N≥10n时，用二项分布计算发射可靠度单侧置信下限RL公式如下：

式中：n——自主飞次数；

r——自主飞责任故障数；

1–a——置信度。

当批量N满足N＜10n时，用超几何分布计算发射可靠度单侧置信下限RL公式如下：

式中：N——某批空空导弹总数；

n——自主飞次数；

r——自主飞责任故障数；

1–a——置信度。

自主飞可靠度评估结果与置信度1–a取值有关。在研制阶段，空空导弹自主飞可靠度计算一般取1–a＝0.50～0.70。

3 某型产品可靠性评估

某型号产品进行了整机可靠性鉴定试验、外场空中挂飞等，其组成部分A组件、B组件分别进行了可靠性摸底试验。在整机可靠性鉴定试验中，在模拟挂飞条件下有效试验时间500.5h，发生1次责任故障；整机外场空中挂飞共经历空中挂飞87.3h，试验过程中未出现关联故障。可靠性摸底试验中，A组件在模拟挂飞条件下有效试验时间680.5h，试验中未出现关联故障；B组件在模拟挂飞条件下有效试验时间800 h，试验中发生1次责任故障。

经整理后得到的某型产品的评估数据为：挂飞时间1387.8飞行小时，出现2次关联故障。取置信度0.7，代入公式（5）来计算挂飞可靠性置信下限，评估出某型导弹的挂飞任务可靠度MTBCF为383.8 h。