某型装备靶试故障机理研究

■ 程敬德 石玮玮 刘永微 李晓峰/洛阳丹城无线电厂

0 引言

在缺乏遥测数据支持的前提下，仅能基于光测数据和载机雷达数据，采用概率统计及理论分析相结合的方法开展综合分析工作。针对装备靶试中出现的问题，结合工厂对某型装备的维修保障情况，采用故障树分析法，对引起装备靶试失利的基线因素进行重点分析，对装备脱靶、早炸、发动机未点火、未离梁等故障机理进行研究，总结装备故障规律，提出改进措施建议。

1 早炸故障机理

1.1 早炸故障树

装备早炸可分为两种模式：一是战斗部爆炸；二是发动机爆炸。围绕这两种事件的各种可能因素，建立装备早炸故障树，如图1 所示。

图1 装备早炸故障树

1.2 早炸机理分析

一是装备发动机工作过程中，飞行失控，轨迹异常，出现早炸。结合工厂维修经验，认为惯性元件、电位计发生故障造成装备飞行失控的可能性较大。由于装备飞行失控，呈大幅度剧烈机动飞行，其过载超出允许值时，装备将发生摆动（严重时可使装备折断），在装备剧烈摆动状态下，装备壳体变形。由于触发引信装在壳体内壁，装备壳体产生的变形波可能导致触发引信的波动簧片断开，引起磁通量变化，产生电动势，形成起爆信号，引爆战斗部。也不排除在大过载情况下，发动机装药出现裂纹引起爆炸的可能。

二是装备飞行轨迹基本正常，装备未作大过载机动，距目标几千米左右出现早炸。由于早炸前装备未做大机动飞行，所以不可能因为触发引信动作导致早炸。早炸时发动机已经停止工作，所以可排除发动机爆炸的可能性。装备早炸时，已进入雷达末制导段，战斗部保险执行机构已经解锁，只要近炸引信有起爆信号传来，战斗部就会起爆。所以近炸引信问题导致早炸的可能性较大。

1）近炸引信执行级故障导致早炸：装备早炸时已经进入末制导飞行，在装备接近目标时，控制系统组件将形成“接通近炸引信”指令，近炸引信脉冲发生器、信号处理组件重合电路、执行级电路开始加电。由于引信执行级直接与保险执行机构相连，其输出脉冲直接引爆战斗部，所以如果执行级电路在加电时出现故障（如晶闸管或稳压管短路等），保险执行机构将有可能起爆，导致早炸。

2）近炸引信虚警导致早炸：引信和飞控配合控制战斗部起爆，所以不能排除近炸引信虚警导致装备早炸的可能性。近炸引信产生“引信发现目标”指令时，飞控计算机向近炸引信输出延迟起爆指令，引爆战斗部。如果近炸引信信息处理电路出现故障，或由于装备电源波动、电路噪声干扰、外界云雾干扰等情况，噪声信号被异常放大，将导致引信逻辑混乱、判断失误、错误输出“引信发现目标”指令，导致早炸。

1.3 改进措施

1）针对装备飞行失控问题，加强控制系统稳定回路检查，具体在脱靶机理分析中详细论述。

2）为预防近炸引信执行级电路在加电过程中出现故障导致早炸，须加大引信检测深度，进行近炸引信电源拉偏试验，模拟引信在装备热电池供电情况下的工作状况，并对引信执行级电路偏压性能和无“允许起爆”信号时的起爆脉冲进行监测，及早排除近炸引信引起的早炸隐患。

2 脱靶故障机理

按照飞行轨迹情况对脱靶装备进行分类：

1）飞行失控、轨迹异常导致脱靶；

2）飞行轨迹基本正常、脱靶量大导致脱靶；

3）飞行轨迹平直、不向目标机动导致脱靶；

4）脱靶量“临界”导致脱靶。

2.1 脱靶故障树

装备脱靶原因复杂，涉及装备、靶标、载机、发射条件等因素。现从装备自身出发，分析装备脱靶原因。装备脱靶主要缘于制导系统故障，装备制导系统故障树如图2 所示。

图2 装备制导系统故障树

2.2 飞行失控、轨迹异常故障机理分析

2.2.1 靶试现象

现象1：装备发射后，向左上方进行大机动蛇形飞行，轨迹异常，飞行一段时间后落地爆炸。

现象2：装备发射后失稳，在垂直方向振荡，飞行高度持续下降，装备脱靶。某装备的Z—Y 飞行轨迹如图3 所示。

图3 某装备Z-Y飞行轨迹1

2.2.2 故障机理分析

装备发射后飞行轨迹异常由控制系统故障所致，属于可靠性问题。

大机动蛇形飞行的可能原因是控制系统稳定回路发生故障，振荡发散；装备初始飞行轨迹失稳、高度下掉的可能原因是控制系统出现故障，导致装备俯仰通道失去控制，升力不足。

故障主要涉及控制组件、惯性测量组件和舵机组合。

1）控制组件。控制组件是装备稳定回路的组成部分，按照给定的控制算法形成3 个控制通道的控制电压，再经通道分解电路形成输向舵机的4 路控制电压。如果该部分电路出现故障，将给舵机输送错误的控制电压，使舵面偏转不正常，进而导致装备发射后飞行轨迹异常。

2）惯性测量组件。惯性测量组件是装备稳定回路的组成部分，主要作用是测量装备相对惯性空间的角速度和线加速度，将测量的角速度和线加速度进行模数转换，并传送至弹载计算机。同时，将测量的角速度以模拟信号形式传送至控制电路，完成稳定回路的闭合。如果惯性测量组件中的惯性元件出现故障，则无法将装备自身真实的角速度和线加速度传送至计算机，造成稳定回路无法闭合，进而导致装备发射后飞行轨迹异常。

3）舵机组合。控制组件形成的控制指令经电动舵机操纵装备机动飞行。电动舵机中反馈电位计和传动机构负责接收相关指令，舵机4 个通道分别控制4 个舵面偏转。以上任一环节、任一通道发生故障，均可能导致系统发散或响应慢，使舵面无法正常偏转，最终导致飞行失控。

2.3 飞行轨迹基本正常、脱靶量大故障机理分析

2.3.1 靶试现象

装备正常发射后，其飞行轨迹基本正常。载机跟踪至装备导引头截获目标后进行脱离，飞行过程中装备距目标斜距最小值为数百米，装备脱靶量较大。

2.3.2 故障机理分析

装备发射后飞行平稳，说明装备中制导工作基本正常。装备未命中目标的最可能原因为导引头未正常截获目标。在装备飞行的末制导段，导引头接收到飞控发送的“开发射机”指令，激活热电池，输出信号至高压电源，转换生成发射机高压，供给调制器。调制器对振荡器输出的“射频信号”进行放大，经天线输出形成照射目标的大功率“探测信号”。在飞控发出“开发射机”指令后的规定时间内，形成“允许截获”指令。导引头接收该指令，接收目标反射的“回波信号”，形成“截获目标”标志，实现对目标的截获、跟踪。以上任一环节发生故障，都将导致装备在末制导段发射机工作不正常，无法截获目标，造成脱靶距离过大。对工厂的维修情况进行统计发现，装备出现的“发射机故障”多为导引头发射机高压电源故障。因此，导引头未截获目标最有可能是高压电源出现故障。

2.4 飞行轨迹平直、不向目标机动故障机理分析

2.4.1 靶试现象

装备正常发射后，其飞行轨迹平直，没有向目标机动的趋势，而是一直向下呈直线飞行，装备脱靶，飞行轨迹如图4 所示。

图4 某装备Z-Y飞行轨迹2

2.4.2 故障机理分析

装备轨迹平直，不向目标机动，最有可能的原因是载机与装备间无线电指令校正链路故障，不能实现PK 信息正常传送和接收。

2.5 脱靶量“临界”故障机理分析

2.5.1 靶试现象

装备正常发射后，其飞行轨迹正常，载机跟踪至装备导引头截获目标后进行脱离，装备自主飞行过程中脱靶量为几十米左右。

2.5.2 故障机理分析

脱靶量几十米处于“命中”目标边缘“临界”状态，说明该枚装备截获了目标，中、末制导交接正常，但末制导品质欠佳、精度不够，最终脱靶量稍大，引信未能启动。

末制导品质欠佳、精度不够可能与装备导引头等强信号线偏移、测向斜率、角速度控制误差等参数超差有关。等强信号线偏移测试是在接收通道动态范围内改变导引头接收的回波信号功率，测量角度零位的变化量，等强信号线偏移超差会影响装备的制导精度；测向斜率参数超差将导致装备对目标位置的测量值与目标的真实位置存在误差，影响装备的制导精度；角速度控制误差参数超差，影响导引头角跟踪精度和时间常数，导致装备脱靶量增大。

2.6 改进措施建议

综上所述，导致脱靶的主要因素是装备制导系统可靠性不高，出现故障；其次是制导精度工作品质欠佳。因此，在对装备保障过程中，要有的放矢，通过增大检测深度和广度，解决装备控制系统参数漂移及其相互之间的匹配、兼容问题，改善控制系统的工作品质；通过对导引头、飞控、引信、舵机等电子部组件进行适当的环境应力筛选试验，消除隐患。

1）对导引头舱、多功能设备舱、舵机舱内部可视接插件、紧固螺钉采取措施，以防其松脱。

2）对装备控制组件、惯性测量组件和舵机组合采取针对性检测和维修。

3）对装备经常发生故障（移位或失效）的可调电位计进行更换，提高可靠性。

4）对故障率高的组件（如导引头高压电源等）进行统计，查找影响其性能的故障元器件，全部进行更换。

3 未离梁故障机理

3.1 靶试现象

正常按压发射按钮后，装备未离梁，飞机带装备返航。

3.2 装备未离梁故障树

根据装备离梁过程，构建装备未离梁故障树，如图5 所示。

图5 装备未离梁故障树

3.3 故障机理分析

对返厂的1 个未离梁装备进行外观检查，发现舵面已解锁，其他无异常；按压解锁复位按钮，不能进行锁定；分解舵机舱进行外观检查，燃气已点燃，内部橡胶密封件受热受压而导致损坏；测量舵机解锁通路，结果为不通。对舵机解锁机构进行分解，将其中2 个解锁开关打开，发现弹片错位；对故障解锁开关弹片进行修复，并使其处于正常解锁状态，重新测量解锁通路为接通状态，舵机解锁信号正常。由此得出，此枚装备未离梁的原因为解锁开关工作不正常，自动装置没有接收到舵机解锁信号，导致装备发射时序中断，装备未离梁。

3.4 改进措施

对解锁开关进行检查，并论证分析解锁弹片的工作寿命及可靠性。

4 发动机未点火故障机理

4.1 靶试现象

装备正常发射离梁后，发动机未点火，导致装备自由落体坠地爆炸。

4.2 发动机未点火故障树

根据装备发动机不点火故障现象和发动机点火通路工作原理，构建发动机未点火故障树，如图6 所示。

图6 装备发动机不点火故障树

4.3 故障机理分析

结合工厂维修情况，目前未发现点火装置、继电器和发动机装药等出现故障，因此主要对物理分离销和抗干扰装置进行分析。

4.3.1 物理分离销故障导致发动机不点火分析

1）物理分离销结构

物理分离销（保险销装置）位于舵机舱段前部，主要由联杆、止动器（或限位块）及其电磁吸合控制电路和3 个微动开关组成。

3 个微动开关型号相同。第1、2 个开关串联在装备发动机点火电路上，是控制发动机点火必要条件之一。第3 个开关产生一个接地信号，使控制舱自装的4 个继电器动作，产生允许发动机、战斗部工作信号。

2）物理分离销分析

装备与载机分离后，如果物理分离销止动器未及时动作，将导致物理分离销无法弹起，不能形成发动机点火指令，导致发动机不点火。

物理分离销联杆的动作需要限位块止动器的精确配合，即要求限位块止动器响应时间短、动作快，在物理分离销联杆动作前移出。影响限位块止动器快速响应的因素有电磁线圈响应时间、弹簧弹力、限位块止动器动作位移、限位块止动器所受摩擦力等。

在对装备舵机舱检测维修过程中，发现2 个分离销联杆出现不弹起现象。对2 个物理分离销分解，查明故障原因是止动器开槽侧边与联杆矩形凸台配合过紧，电磁力不能拉动止动器，止动器上两个圆柱凸台一直位于联杆两个开口槽中，造成联杆外部按压力消失后无法弹起。止动器与联杆的配合关系如图7所示。

图7 止动器与联杆关系图

4.3.2 抗干扰装置工作异常导致发动机不点火分析

热电池提供的发动机点火电压通过几个继电器闭合，经自动装置送至发动机，形成发动机点火指令，抗干扰装置开始工作。

发动机点火电压及点火地同时进入某线路。当自动装置给出发动机点火指令，抗干扰装置两个继电器工作，继电器开关吸合，打开发动机点火脉冲输送通道，以随时向发动机点火装置输送点火脉冲。

通过对抗干扰装置进行检测，发现少数产品出现故障。分析抗干扰装置电路、工作原理，故障模式主要为继电器通电不动作、触点氧化，继电器动作后接触不良；限流电阻断路；二极管损坏（击穿）；焊点虚焊。

发动机点火通路为双通道冗余设计，只要有一条通路正常，即可保证发动机正常点火。

4.4 改进措施

1）综上所述，认为发动机不点火故障机理是发动机点火通路未接通，最有可能的原因是物理分离销止动器没有动作（或动作过缓），导致物理分离销弹起失效。

2）构建专用检测平台，实现发动机点火通路检测下的物理分离销同步动作联测联试，并对物理分离销止动器动作时间进行检查，保证其协调性。

3）对物理分离销进行预防性维修。一是检查物理分离销联杆、限位块止动器动作的协调性、快速性；二是分解物理分离销，检查其光洁度，必要时进行研磨、注油。

4）对物理分离销进行改进性维修。一是借鉴国内第四代装备先进技术成果改进物理分离销设计，取消物理分离销止动器，只要装备离架，物理分离销就弹起，微动开关动作接通点火回路；二是对物理分离销用国产件予以替换。三是考虑对物理分离销进行冗余设计，装备脱离载机后3s，如果物理分离销未弹起，则冗余设计电路作用，强制接通物理分离销3 个触点开关，接通发动机点火通路，避免发动机未点火现象。

5 结束语

该型装备的靶试结果表明其飞行可靠性水平偏低，说明装备的贮存可靠性与飞行可靠性密切相关。装备靶试出现的故障模式、机理与贮存过程出现的故障模式、机理完全不同，说明装备贮存可靠性、飞行可靠性是两个不同的技术领域，两者不能混为一谈。应加强装备飞行可靠性分析研究工作，确定装备飞行可靠性的薄弱环节。

本文对装备靶试环节中出现的故障进行了汇总和研究，浅析了装备发生故障的规律与飞行可靠性相关问题，旨在研究提升装备靶试成功率的可行性，具有一定的探索性、科研性。无改进措施的维修不能提高装备的固有可靠性，需要在实践中学习、探索，通过持续改进，建立以可靠性为中心的维修能力，针对脱靶、早炸和发动机未点火等问题对症下药，不断提升能力和水平。