战术导弹贮存延寿工程实践关键问题研究

陈凯诺 张福光 杜光传 尹延涛

（1.海军航空大学 烟台 264001）（2.91331部队 葫芦岛 125100）

1 引言

导弹贮存延寿工程是指以延长导弹服役期（贮存寿命）为目标，在规定的保障条件下，由军方为主导、承制方为主体，通过军民融合开展的有组织的导弹贮存延寿技术活动和技术过程。导弹贮存延寿工程对于最大限度地发挥已有导弹装备效能、保持导弹系统战备完好性、节省国防经费具有重大军事意义和经济效益。因此，世界各国都并十分重视导弹的贮存延寿技术和方法研究［1～2］。

我国已经为多型战术导弹开展过贮存延寿工作，但是在我国多年战术导弹贮存延寿工程实践中，也发现了一些问题，诸如技术勘验之前都是根据以往的延寿实践经验来进行样弹选取，并没有统一的准则；试验过程中试验项目的选取与剪裁、试验项目的先后顺序没有统一的标准，加速贮存试验的应力类型简单，延寿措施落实的组织协调过程中存在资源分配不合理，任务之间拥堵等问题。这些问题一直困扰着我国各型号的导弹贮存延寿工作，同时也制约着我国导弹贮存延寿技术的发展，如果不得以解决，会严重影响贮存延寿结论的可信性，因此本文把贮存延寿工程中小子样抽样、加速试验、环境试验的相关理论和工程实践研究现状加以总结概述。

2 导弹贮存延寿工程实践中小子样抽样问题研究现状

部队装备机构批准导弹贮存延寿试验方案后，需要开展导弹延寿子样的选取工作。延寿样弹及备件抽样过程需要考虑以下四个要素：

1）子样的数量

2）子样的地域环境来源分布

3）子样的任务剖面

4）子样的环境剖面

2.1 子样选取理论研究现状

试验样本如果较充足，就能保证较高的可靠性评估精度。但是由于导弹其经济成本高，而且受到人力、物力、财力、试验时间以及战备完好率等方面的限制，并不可以尽可能多地抽取样弹。这就说明导弹子样选取是一个小子样条件下的抽样问题。文献［3～7］中研究了服从特定分布的可靠性试验的最小样本容量。文献［8］中先是针对“倒挂”数据进行了预处理，再根据不同的分布类型确定了各自的最小样本量，同时认为给出的最小样本量是理论值，实际工程实践中还要综合考虑可靠性评估精度、试验时间、试验所需要的人力、物力、财力等要素。

小样本问题在科学文献中被广泛研究。这个问题的主要目的是在缺乏数据的情况下获得最大限度的信息。在文献［9］中，作者提出了在小样本量情况下确定经验概率密度函数和经验累积分布函数的技术。针对随机变量范围的先验信息，对每一阶统计量进行概率密度函数的估计。文献［10］中用Weibull分布作为小样本失效分布。根据回归分析估计了该分布的参数，结合先验信息和蒙特卡罗模拟结果，计算了参数的概率分布，并用贝叶斯定理进行了修正。文献［11］认为另一种分析小样本数据的方法是数据扩展，考虑了分段随机抽样法用于评估极小试样加速退化试验的失效时间分布。文献［12］考虑了基于Sison-Glaz 的同时置信区间的小样本数据的概率-可能性转换方法。文献［13］利用最大熵原理来拟合小样本下的概率分布，避免了最小二乘逼近法固有的缺点。文献［14］考虑了基于经典方法、q-q 图构造和分段线性逼近的小样本风电机组运行数据的统计处理方法。文献［15］指出小样本统计数据的概率分布拟合方法包括三个步骤：1）异常点检测与校正；2）转换基计算；3）基函数优化。针对非对称分布逼近的可能性，采用分段线性基函数。在基函数优化的过程中，计算了偏差平方和与切换点横坐标的关系。根据最小二乘法，用二次逼近的方法得到了该依赖关系的数学公式。切换点横坐标的最优值与所得到的抛物线的最小值重合。

根据服役地域、任务剖面、环境剖面等指标选取的样弹，需要验证抽取样弹的寿命分布是否可以代表整体分布情况。选取样弹之前需要对导弹进行现场技术勘验工作，包含状态检查和鉴定两方面内容，是在分析导弹结构及工作机理基础上，研究导弹寿命薄弱环节及影响因素，制定技术勘验大纲；按照技术勘验大纲，采用分解、外观查看、测量与测试等手段，对导弹技术状态进行全面检查，并对导弹总体可靠性进行初步评估。根据现场技术勘验结果选取的样弹参与深度分解、加速试验或者靶试验证飞行试验等，所以说抽样问题是开展导弹贮存延寿工程的基础工作，也是关键的问题。

2.2 子样选取工程实践现状

按照工程实施大纲，一是选取导弹子样（有时子样数量为导弹数量的10%，有时是全部抽取），在导弹技术阵地开展现场技术勘验，获取自然贮存试验数据，并利用自然贮存试验数据预测导弹贮存寿命，评估并确认导弹是否具有贮存延寿的潜力，初步验证导弹贮存延寿工程目标；二是选取并分解部分导弹子样（一般3 枚～5 枚），并将分解后的弹上分系统/整机运送至各相关承制方（厂）进行加速退化试验和贮存寿命评估。

工程上普遍选取延寿子样的原则如下：选取履历完整、清楚的导弹作为延寿子样、延寿子样应具有服役地域代表性、选取执行过战备值班任务的导弹、优先选取累积战备时间长的导弹。

3 导弹贮存延寿工程加速试验研究现状

导弹贮存延寿工程的关键是通过试验评估得出导弹的剩余寿命，其中加速寿命试验是快速评估并得出导弹剩余寿命的一种有效途径。

3.1 加速试验理论研究现状

国外对加速试验的研究较早，已经有了比较成熟的理论，也获得了诸多研究成果［16］。加速检测已经被广泛应用了几十年。从恒定应力载荷下的加速寿命试验开始，人们对加速退化试验和时变应力载荷更感兴趣。由于加速测试对产品可靠性评估和保修政策设计至关重要，因此制定有效的测试计划非常重要，该计划包括并解决重要问题，如应力分布、样本分配、试验持续时间、试验频率和试验预算约束的设计。近年来，对加速试验方案的优化设计进行了广泛的研究，考虑相互作用的多重应力已成为此类试验设计的一大挑战［17］。

在加速试验中，产品的样品在比正常应力条件更苛刻的条件下进行测试，以诱导在现场观察到的相同的失效模式。然后，利用有关失效过程、失效原因和寿命概率分布的知识，评估产品在正常工作条件下的可靠性，并在必要时表明进一步提高产品可靠性的设计更改。在此过程中，需要根据加速试验数据进行外推，以评估产品在正常工作条件下的可靠性。一般来说，需要确定寿命-应力关系来进行外推。

在过去的几十年里，研究人员一直致力于设计有效的加速试验方法。他们从简单的恒定应力加载加速寿命试验开始，发展到更复杂的试验方法，包括可变应力加载和退化试验。目前有大量的研究集中在加速试验设计、数据分析和可靠性评估的各种应用。例如，Meeker 和Escobar［18］介绍了加速试验和分析方法的基本概况。在另一项工作中，Meeker［19］等强调了高可靠性产品的加速退化试验优于加速寿命试验，并概述了加速退化试验建模和分析方法。Escobar和Meeker［20］综述了加速试验模型，包括不同的加速方法、统计模型、应力-寿命关系、退化路径和多个应力变量，并给出了一些使用加速模型的基本指南。Ye 和Xie［21］简要介绍了加速退化模型的分类和试验方案。Nelson［22］和El⁃sayed［23］用不同的例子介绍了加速试验的数据分析和试验规划方法。

3.2 加速试验工程实践现状

当前贮存延寿工程实践加速退化试验的主体单位是相关弹上分系统/整机等高层级产品的承制方；试验对象是部组件/元器件/材料等弹上低层级产品；试验目的是在加速应力下高效获取弹上低层级产品的性能退化数据；在完成了加速退化试验后，按照导弹贮存延寿工程总目标和实施大纲，由导弹设计总体部组织开展弹上分系统/整机等高层级产品加速贮存试验，验证弹上分系统延寿后的贮存性能。因此，导弹加速贮存试验（AST）是导弹设计总体部为了获取弹上高层级产品在加速应力下等效若干年（N 年）的自然贮存的过程而开展的加速试验。加速贮存试验（AST）主体单位是导弹设计总体部；试验对象是弹上分系统/整机；试验目的是短时间加速等效弹上高层级产品的自然贮存过程；试验方法采用单应力或多应力加速试验方法；试验总时间采用定时截尾，时间基本确定，一般用N 个循环的时间；试验应力是温度/湿度/振动/冲击等；试验应力等级为非恒定单级加速应力；试验样本是小样本，考虑到后续的“性能验证试验”，一般是3个～5个［16］。

在完成了加速退化试验后，按照导弹贮存延寿工程总目标和实施大纲，由导弹设计总体部组织开展弹上分系统/整机等高层级产品加速贮存试验，验证弹上分系统延寿后的贮存性能。因此，导弹加速贮存试验（AST）是导弹设计总体部为了获取弹上高层级产品在加速应力下等效若干年（N 年）的自然贮存的过程而开展的加速试验。

在工程中进行加速试验方案设计时，加速应力水平一般是等间距选取的，所有试验样本被平均分配到各个应力水平。通过对加速试验的工程实践发现，传统基于平均理论的加速试验方案的效率和统计分析结果并未达到最佳效果。

4 导弹贮存延寿工程环境试验研究现状

4.1 环境试验理论研究现状

我国现有的有关环境适应性标准绝大部分是环境试验方法标准，环境条件标准主要是自然环境条件标准［24］。但是现有的标准与法规并没有明确给出如何科学地选择环境试验项目、试验程序、试验持续时间、试验应力组合方式、试验项目顺序安排方法等。

文献［25］认为，环境试验设计一般包括试验项目、试验条件、试验方法和程序、试验顺序四个方面。环境试验之前需要预估所要经历的环境，在试验项目的确定过程中尽量都要考虑进去。GJB150A 中为装备环境试验规定了20 多个试验项目［26］，基本能够涵盖装备预期会经历的使用环境。但是如何科学选择这些试验项目，试验条件如何确定，是需要进行科学论证的。环境试验通常不止一个试验项目，这就涉及到试验项目的顺序安排问题，这些项目安排的先后顺序对于试验结果，试验所需试验件数量和试验成本有很大影响。根据设备特点和各种试验阶段的试验目的，来确定设备特有的试验顺序，通常可以按以下四类情况来确定试验顺序：1）按试验目的确定试验顺序；2）按所遇环境因素的先后；3）按对设备生产最大的影响来确定；4）根据试验的经费和时间来确定。除了上述应遵循的原则以外，在合理安排试验顺序时，我们还应注意试验项目间的相互影响［29］。

文献［27］归纳总结了空空导弹的环境试验顺序，但是这个结论并不适合其他类型的导弹。由此可见，当前对于试验项目的选择和顺序优化的研究主要是定性描述为主，缺少科学方法分析过程。

4.2 环境试验工程实践现状

当前导弹贮存延寿工程中环境试验项目的选择原则遵从GJB150A，一般应包括高温试验、低温试验、振动试验、冲击试验、倾斜和摇摆试验等，一般为单应力序贯试验。

文献［28］指出我国现阶段的环境试验标准体系并不完备、环境试验应力较单一、试验结论置信度不高等问题。常用环境试验主要为单因素环境试验，综合环境试验也并不能完全涵盖装备预期会经历的使用环境［29］。环境试验综合化水平低等问题会导致试验结论可信度降低［30］。

综上，当前贮存延寿工程中，环境适应性验证试验试验项目的选择以及试验项目实施顺序还没有经过科学论证得到一个公认的结论，这就需要在已有研究基础上根据相关工作时序和逻辑关系梳理出整个试验工作的流程图，再运用运筹学和系统工程管理等方法对试验工作流程图中的各环节进行分析、预测、决策；明确约束条件及总目标，充分利用资源来优化方案［31］。

5 结语

我国已经为多型战术导弹开展过贮存延寿工作，积累了一些经验，但是依然存在一些关键问题亟待解决。现场技术勘验工作之前都是根据以往实践经验对导弹和备件进行抽样选取，子样选取没有统一、系统的准则。工业部门公认的子样选取原则是尽可能涵盖所有批次、包含不同贮存地点、值班时间长、履历复杂的导弹，都是较为定性模糊的描述，对于抽取的样弹数目、针对每一枚样弹开展的工作至今还缺少系统、科学的论证，这样会造成子样的闲置和浪费。而且当前导弹延寿试验至今没有形成一套完备的标准体系，当前贮存延寿工程实践中，导弹装备由于其维修工作的复杂性、维修问题的多样性、维修任务的紧迫性，这就使得延寿修理与我们平时的计划修理、故障修理等修理方式有很大不同，体现在总目标的不同、以及如何组织协调这些工作、如何调运分配修理资源等。通过合理地安排维修任务和维修工序，可以使得延寿措施落实工作有序高效地进行。

以上这些问题一直困扰着我国各型号的导弹贮存延寿工作，同时也制约着我国导弹贮存延寿技术的发展，如果不得以解决，会严重影响贮存延寿结论的可信性。因此，这些关键问题是导弹贮存延寿工程研究的趋势。