某型飞机电气系统基本可靠性预计与分配

张 磊，张 颖，何志红，吴秀杰

（航空工业洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

某型飞机电气系统主要包括电源系统、配电系统和相关子系统的电气控制系统，主要作用是提供飞机各种状态下用电设备所需要的各种形式的电能，同时将电能可靠而有效地输送到各用电系统和设备的输入端，对飞机机电子系统比如液压系统、燃油系统、发动机系统、高空环控系统等实现电气控制。

可靠性是指系统或设备在规定的条件下，规定的时间内完成规定的任务的能力[1]。基本可靠性进行预计和分配是飞机方案论证阶段必须进行的工作之一，合理的可靠性预计与分配可以预估飞机研制经费、维修周期和成本，对于权衡方案利弊、找出影响产品可靠性薄弱环节、改进设计有重要的指导意义[2]。可靠性预计的准确性和合理性要充分考虑以往类似型号的可靠性统计数据，这对于提高可靠性预计的成功率非常重要[3-6]。

本文针对某型飞机初期研制阶段的特点，结合以往类似型号可靠性统计数据，对其可靠性指标进行了可靠性建模、基本可靠性预计和分配。

1 电气系统可靠性建模

可靠性建模是进行可靠性预计和分配的基础[7-8]。飞机电气系统由供电系统、配电系统、电气控制系统内所含各设备组成，其中任何一个设备故障都会影响飞机电气系统整体功能的实现，因此各设备之间的可靠性模型是串联模型，电气系统各设备之间的逻辑关系可靠性框图如图1所示。

根据电气系统可靠性框图建立电气系统可靠性函数模型，可靠性模型需假定以下条件：

图1电气系统可靠性框图

1）可靠性模型建到设备级；

2）电气系统中各设备仅有正常和故障两种状态；

3）电气系统中各设备的故障是独立的，不存在关联关系；

4）电气系统中各设备的寿命服从指数分布；

5）可靠性框图中的设备用方框表示，每个方框的单元具有可靠性数据，方框之间的连线并无实际意义。

根据以上假设，电气系统可靠性函数模型为：

式中：Rs(t)—电气系统的可靠度；

Ri(t)—电气系统第i个设备的可靠度；

由于本文飞机电气系统共包含14个设备，所以其系统的可靠度是由系统内14个设备的可靠度相乘所得。

各设备的寿命服从指数分布，则

式中：λs—电气系统的故障率；

λi—第i个设备的故障率。

电气系统的平均故障间隔时间为：

2 电气系统基本可靠性预计

可靠性预计是估计产品是否符合可靠性定量要求的方法，它可以作为设计手段，为设计决策提供依据。运用基本可靠性模型可预计出产品、产品各单元的平均故障间隔时间。本文采用相似产品法对电气系统基本可靠性进行预计，根据已有类似型号在外场的使用数据进行可靠性预计和评估。

本文基本可靠性预计步骤为：

1）确定电气系统的成品及其型号与单机数量Ai。

2）确定电气系统成品运行比Di和系统的运行比Ds。(成品运行比Di按经验给出，系统的运行比：Ds=max(Di))

3）根据相关的信息来源确定成品的平均故障间隔飞行小时MTBFi和故障率 λi，λi=1/MTBFi。

4）根据运行比Di确定成品平均故障间隔飞行小时MFHBFi，MFHBFi=MTBFi/Di。

5）确定电气系统的故障率λs和平均故障间隔时间MTBFs。

6）确定系统的平均故障间隔飞行小时MFHBFs。

电气系统基本可靠性预计值见表1所示。

3 电气系统基本可靠性分配

表1电气系统基本可靠性预计值

可靠性指标分配是将型号研制任务书中规定的可靠性指标，按一定的方法和程序逐级分配给各个系统、分系统和机载设备。本文采用比例分配法对电气系统各成件进行可靠性分配，即根据电气系统内成品平均故障间隔飞行小时的预计值MFHBFi及工作运行比Di，将系统的目标值MFHBF*s按一定的比例分配给电气系统各成件。

1）确定电气系统的平均故障间隔时间的目标值MTBF*s和系统故障率的目标值λ*s。根据总体设计要求，某型飞机电气系统平均故障间隔飞行小时的目标值MFHBF*s为100FH，可求得：

2）确定可靠性分配时，可靠性指标的分配值与预计值一致的成品、附件。

3）可靠性分配时部分可靠性指标不变的成品其故障率λj之和λu关系为：

式中：k—系统中可靠性指标不变的成品、附件总数；

Aj第j项成品的单机件数；

4）求出新研、改型成附件可靠性指标分配的比例因子c。

5）求出新研、改型成品、附件故障率的分配值λ*i。

6）求新研、改型成品附件的平均故障间隔时间MTBF*i和平均故障间隔飞行小时MFHBF*i。电气系统基本可靠性分配值见表2所示。

7）验算

电气系统可靠性指标经过分配后，验算组成电气系统的各成品、附件的故障率之和是否与分配的一致。

4 结语

可靠性分析与设计是飞机设备、系统研制过程中非常重要的一项工作，其决定着飞机设备、系统的寿命、研制周期和费用。本文针对某型飞机电气系统研制初期阶段的实际情况，结合以往类似型号可靠性统计数据，采用相似产品法对电气系统基本可靠性进行预计，采用比例分配法对电气系统各成件进行了可靠性分配，为系统进一步详细设计提供了基础。

表2电气系统基本可靠性分配值