导弹电缆工作状态可靠性预计

龚绍文，赵月琴

(中国空空导弹研究院，河南 洛阳 471009)

长期以来，产品可靠性的评价都是在产品制造完成后，经过大量可靠性试验后，才能得到产品可靠度指标，但这种方法具有研发成本高，更改周期长，一旦出现故障后果严重，无法预知寿命的缺点[1]。如果在产品的设计阶段就开展产品的可靠性预计工作，根据可靠性预计的结果提前发现薄弱环节，可以有效地降低研发更改成本和时间。目前许多对可靠性要求高的装备都要求在设计初期就进行可靠性预计工作[2-7]，导弹内其他组件已经开始进行可靠性预计工作[8-10]，但一直未对电缆类产品进行可靠性预计，也未见相关文献论述。导弹电缆在整个导弹系统中承担着导弹与发射装置、导弹各组件之间的电气信号传输功能，正确地向导弹各分系统提供所需的供电信号，完成各组件间的信号匹配、传递和交联。通过电缆将各个分系统连接在一起形成一个整体，使得各部件能按相应的工作时序和逻辑完成电气信号的交换和传输。一旦电缆失效将导致导弹无法完成预定的任务，因此有必要对导弹电缆进行可靠性预计工作。

1 可靠性模型

1.1 可靠性框图

导弹电缆由连接器、电缆和焊接点组成。其中任何一个部件发生故障，都会导致电缆不能完成规定的功能。因此，整个电缆应为一串联系统，其可靠性框图如图1。

1.2 可靠性数学模型

导弹电缆可靠度模型为：

R=R1×R2×R3×R4

(1)

式(1)中:R为导弹电缆的可靠度；R1为圆形连接器的可靠度；R2为矩形连接器的可靠度；R3为导线的可靠度；R4为焊接点的可靠度。

工作状态可靠性是指在严格遵守规定的维护使用条件下，发射前自检合格导弹在规定的发射条件下能够正常发射，导弹发射后电缆能正常工作的概率。

工作状态阶段电缆的所有部分都通电工作，自主飞行可靠性为：

(2)

式(2)中：n为分组件的数量；RF为工作状态可靠性；RFi为各分组件自主飞行可靠性；λFi为各分组件自主飞行阶段失效率；tFi为导弹自主飞行时间，取最大工作时间80 s，即 80/3 600(h)。

2 可靠性预计

GJB/Z 299C—2006《电子设备可靠性预计手册》中规定采用2种方法预计可靠性：一种是元器件计数预计法，适用于产品研制的初步设计阶段；第二种是元器件应力分析(详细)预计法，适用于产品已具有详细的元器件清单，并已确定了元器件所承受应力的研制阶段。导弹电缆的可靠性预计主要采用应力分析法。

使用GJB/Z 299C—2006《电子设备可靠性预计手册》的失效率数据[11]，另外生产厂家提供的失效率数据可直接使用，如不能提供非工作失效率，可按同等环境类别下工作失效率数据的1/20来估算。

工作状态环境类别为导弹挂飞(取战斗机无人舱AUF和导弹发射ML的平均值)和导弹发射(代号为ML)，工作温度取70 ℃。

1) 圆形连接器

在电缆中使用了6个圆形连接器，其工作失效率预计模型为：

λ=λb×πE×πQ×πP×πK×πC

(3)

式(3)中：λb为基本失效率，查表5.11.1-1为0.030 3(工作环境温度取70 ℃，绝缘类型Ⅰ类)；πE为环境系数，查表5.11.1-2,AUF为8.4，ML为14；πQ为质量系数，查表5.1.10-3，圆形军品接插件A1级为0.2；πP为接触件系数，查表5.11.1-4，55针1个取(1×10.65)，31针1个取(1×5.60)，25针1个取(1×4.78)，33针2个取(2×6.46)，63针1个取(1×13.20)；πK为插拔系数，查表5.11.1-5为2.0；πC为插孔结构系数，查表5.11.1-8圆形接插件为1.0。

因此，导弹挂飞时λp=0.030 3×((8.4+14)÷2)×0.2×(1×10.65+1×5.60+1×4.78+2×6.46+1×13.20)×2.0×1.0=6.4。

导弹飞行时λL=0.030 3×14×0.2×(1×10.65+1×5.60+1×4.78+2×6.46+1×13.20)×2.0×1.0=6.9。

2) 矩形连接器

在电缆中使用了10个矩形连接器，其工作失效率预计模型为：

λ=λb×πE×πQ×πP×πK×πC

(4)

式(4)中：λb为基本失效率，查表5.11.1-1为0.0303(工作环境温度取70 ℃，绝缘类型Ⅰ类)；πE为环境系数，查表5.11.1-2，AUF为8.4，ML为14；πQ为质量系数，查表5.1.10-3，矩形军品接插件A2级为0.4；πP为接触件系数，查表5.11.1-4，36针1个取(1×6.46)，25针2个取(2×4.78)，51针1个取(1×9.50)，17针1个取(1×3.57)，63针1个取(1×13.20)，4针1个取(1×1.72)，14针1个取(1×3.14)，28针1个取(1×5.60)，24针1个取(1×4.78)；πK为插拔系数，查表5.11.1-5为2.0；πC为插孔结构系数，查表5.11.1-8矩形接插件为0.3。

因此，导弹挂飞时λp=0.030 3×((8.4+14)÷2)×0.4×(1×6.46+2×4.78+1×9.50+1×3.57+1×13.20+1×1.72+1×3.14+1×5.60+1×4.78)×2.0×0.3=4.685 6。

导弹飞行时λL=0.030 3×14×0.4×(1×6.46+2×4.78+1×9.50+1×3.57+1×13.20+1×1.72+1×3.14+1×5.60+1×4.78)×2.0×0.3=5.857 0。

3) 导线和焊接点

查表5.22-1，AUF为0.792，ML为1.44。

因此，导弹挂飞时λp=(0.792+1.44)÷2=1.116。

导弹飞行时λL=1.44。

电缆中焊接点个数为116个，压接点个数为411个，焊接点的失效率模型为：

λ=λb×πE×πQ

(5)

式(5)中：λb为基本失效率，查表5.13.2-1，浸焊λb=0.000 120×10-6/h，压接λb=0.000700×10-6/h；共有焊点116个，压接点411个；πE为环境系数，查表5.13.2-2,AUF为11，ML为25；πQ为质量系数，查表5.13.2-3为1。

可计算出：

导弹挂飞时λp=(116×0.000 120+411×0.000 700)×((11+25)÷2)×1=1.138 32。

导弹飞行时λL=(116×0.000 120+411×0.000 700)×25×1=7.540 5。

4) 可靠性预计结果

电缆工作状态总失效率见表1。

表1 电缆工作状态总失效率统计

导弹挂飞时电缆的MTBF=1÷(13.339 92×10-6)=74 962.9 h。

由于自主飞行时间为tL=80 s=80÷3 600 h，故电缆在自主飞行时的可靠度为：

R=e-λL×tL=e-21.737 5×10-6×80/3 600=0.999 999

以上结果表明，导弹电缆满足可靠性要求。

3 结论

本文以某型导弹电缆为例，综合分析电缆使用的连接器类型、导线、焊接点、数量、质量等级等，给出了可靠性预计的方法。该方法同样可以推广应用于各种电缆类产品的可靠性预计，根据可靠性预计结果与所要求的可靠性进行比较，估计设计是否满足要求，通过可靠性预计还可以提前发现电缆的可靠性薄弱环节，提前采取针对措施，提高整个产品的可靠性。