謝 勇, 苑秉成

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魚雷武器服役期間裝載可靠性評估

謝 勇, 苑秉成

(海軍工程大學 兵器工程系, 湖北 武漢, 430033)

為研究魚雷服役期間裝載可靠性的分析計算問題, 根據(jù)魚雷歷次艇上裝載數(shù)據(jù), 運用故障時間等分內(nèi)插法, 估計各故障發(fā)生時間, 繪制裝載狀態(tài)與故障時序圖, 統(tǒng)計魚雷在不同服役年份的裝載故障數(shù)與裝載時間, 分別運用經(jīng)典法與Bayes方法計算裝載可靠性, 得出魚雷裝載質(zhì)量隨服役時間的變化情況。實例計算表明, 應(yīng)用魚雷服役期間艇上裝載數(shù)據(jù)能夠在工程上滿足服役期間魚雷裝載可靠性的分析計算需要。

魚雷; 裝載可靠度; 故障時間等分內(nèi)插法; Bayes

0 引言

魚雷是一種能夠在水下自動航行、自動控制、自動尋找與跟蹤, 命中目標時能自動爆炸的攻擊性兵器[1-2], 又稱為水下導彈。由于魚雷在水下航行并攻擊水下目標或目標的水下部分, 具有很好的隱蔽性與強大的爆炸威力, 在歷次海戰(zhàn)中顯示了強大威力, 發(fā)揮了重大作用。可以說魚雷過去是、現(xiàn)在是、將來也是最重要的水中兵器, 也是世界各國重點投資和發(fā)展的一種武器裝備[3]。

目前對于魚雷裝載可靠性評估研究主要包括3個方面: 1) 基于部隊的專項裝載試驗, 研究裝載可靠性評估方法[8-10]; 2) 結(jié)合裝備定型需要, 開展裝載可靠性驗證方法研究[11-13]; 3) 裝載可靠性與工作可靠性之間的關(guān)系[6,14-16]。劉海波等分析了為評定魚雷裝載可靠性的專項裝載試驗設(shè)計[8]。鐘強暉等根據(jù)專項裝載試驗結(jié)果運用Bayes方法進行裝載可靠性評估研究[9]。周春明運用二項分布與指數(shù)分布對裝載可靠度進行評定與對比分析[10]。事實上, 魚雷服役年限不同, 質(zhì)量情況不同, 裝載故障率就不一樣, 如果要掌握每年的裝載可靠度, 就需要每年開展專項的裝載可靠性試驗, 這在部隊很難實施。邢國強等開展了基于Bayes的定型階段魚雷裝載可靠性驗證方法研究[11-12]; 葉豪杰等研究了基于Bayes的裝載可靠性驗證時驗前分布的穩(wěn)健性[13], 所用方法都是在同母體的前提下, 而魚雷服役階段因環(huán)境影響與大中修將導致魚雷變母體, 故而定型階段的驗證方法不適用于服役階段的裝載可靠度評估?；艨↓堖\用灰色理論, 由已知的幾組裝載可靠度與工作可靠度數(shù)據(jù), 建立了兩者之間的關(guān)系[6], 根據(jù)未來某時刻的工作可靠度評估其對應(yīng)的裝載可靠度。李宗吉與邵成分別運用灰色理論[14-15], 田星通過模糊回歸理論[16], 由已知的幾組裝載故障率與工作故障率數(shù)據(jù), 建立了兩者之間的關(guān)系, 根據(jù)未來某時刻的工作故障率評估其對應(yīng)的裝載故障率。對于服役期間的魚雷武器, 其工作可靠度與故障率是不易獲得的, 此外建立裝載可靠度與工作可靠度之間關(guān)系所需要的服役期間裝載可靠度數(shù)據(jù)求取本身就是個需要解決的問題。

基于上述分析, 本文將利用魚雷服役期間每年度艇上戰(zhàn)備值班信息, 運用故障時間等分內(nèi)插法確定各故障發(fā)生時間, 繪制裝載狀態(tài)與故障時序圖, 計算魚雷在不同服役年份的裝載故障率與裝載可靠度。

1 魚雷艇上裝載數(shù)據(jù)

通常魚雷武器裝備部隊后, 因戰(zhàn)備值班與訓練需要, 有一定數(shù)量的魚雷會不定期地在艇上裝載, 從某一年度來看, 裝載總條數(shù)與裝載總時間是可觀的, 可以用來分析魚雷裝載可靠性。

1.1 魚雷艇上裝載

魚雷裝備部隊后, 在艇上裝載主要包括2個方面: 1) 訓練裝載; 2) 戰(zhàn)備值班裝載。

訓練裝載是指魚雷在部隊服役期間因訓練、試驗、演習與考核需要, 每一年度通常會有一定數(shù)量的魚雷進行實航, 在實航前的艇上裝載這一過程。戰(zhàn)備值班裝載是指魚雷武器裝備部隊以后, 為應(yīng)付可能發(fā)生的戰(zhàn)爭或軍事突發(fā)事件, 需要平時輪流在艇上裝載一定數(shù)量的魚雷, 以保持警戒與待命狀態(tài)的裝載過程。相對于艇上戰(zhàn)備值班裝載而言, 魚雷訓練裝載時間較短, 條數(shù)較少, 一般不大于艇上戰(zhàn)備值班裝載時間的5%, 故本文只考慮魚雷艇上戰(zhàn)備值班裝載。

1.2 裝載數(shù)據(jù)

魚雷裝艇前后都會對其進行檢測, 對于魚雷戰(zhàn)備值班而言, 其檢測包括: 1) 裝艇前魚檢所進行技術(shù)準備, 只有技術(shù)準備合格的魚雷方能裝艇; 2) 戰(zhàn)備值班結(jié)束, 魚雷卸艇后魚檢所會對全雷進行檢測以確定魚雷是否存在故障。

魚雷裝載數(shù)據(jù)包括裝艇時間、卸艇后檢測時間與檢測結(jié)果, 一般情況下, 在每條魚雷履歷薄上都會予以記錄。由履歷薄可得裝載數(shù)據(jù)記為絕對裝載數(shù)據(jù), 其數(shù)據(jù)表達式為

從而, 可得相對裝載數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

魚雷裝載期間發(fā)生的故障無法及時發(fā)現(xiàn)與修復, 只有通過檢測才能發(fā)現(xiàn)。相對裝載數(shù)據(jù)是進行魚雷裝載可靠性分析計算的基礎(chǔ), 但處理此類數(shù)據(jù), 面對的一個問題就是無法肯定故障究竟發(fā)生在檢測時刻還是在裝艇中間的某個時刻, 為此, 可采用故障時間等分內(nèi)插法來估計故障發(fā)生時間。

2 故障時間等分內(nèi)插法

根據(jù)式(4), 可分4種情況討論, 如圖1所示。

圖1 故障時間等分內(nèi)插法示意圖

3 魚雷裝載狀態(tài)與故障時序圖繪制

1) 繪制魚雷裝載狀態(tài)時序圖

2) 繪制魚雷裝載狀態(tài)與故障時序圖

繪制裝載狀態(tài)與故障的關(guān)鍵是確定故障發(fā)生時間, 由于魚雷裝載可靠性可認為服從指數(shù)分布[19], 故裝載故障時間確定可根據(jù)故障時間等分內(nèi)插法。在裝載狀態(tài)時序圖基礎(chǔ)上, 根據(jù)故障時間等分內(nèi)插法確定故障發(fā)生時間, 在裝載狀態(tài)時序圖中用黑點表示各故障的發(fā)生時間, 即得魚雷裝載狀態(tài)與故障時序圖, 如圖2所示。

4 魚雷裝載可靠性評估方法

圖2 裝載時序圖

4.1 經(jīng)典統(tǒng)計方法

裝載故障率定義為某一服役年限內(nèi)的總裝載故障數(shù)與每一服役年限內(nèi)的總裝載時間的比值, 則經(jīng)典法計算裝載故障率點估計公式為[21-22]

4.2 基于Bayes的魚雷裝載可靠度計算

1) 先驗分布的確定

對于魚雷武器而言, 在沒有大修之前或2次大修中間時段, 其裝載可靠度的保序性為

2) 裝載數(shù)據(jù)的似然函數(shù)

由式(13)與式(14), 得

3) 裝載可靠度的計算

5 實例計算

表1 裝載數(shù)據(jù)表

分別運用經(jīng)典法與Bayes法計算裝載可靠性如圖3與圖4所示。

圖3 裝載故障率變化規(guī)律

圖4 裝載可靠度變化規(guī)律

圖3與圖4較好地反映了魚雷裝載故障率與裝載可靠度隨服役時間的變化規(guī)律, 隨著服役時間的延長, 裝載故障率增大, 裝載可靠度下降。其中經(jīng)典法分析結(jié)果為第1年裝載故障率比第2年大, 第1年裝載可靠度比第2年小, 說明經(jīng)典法評估結(jié)果受到裝載數(shù)據(jù)的影響較大, 小樣本情況下計算結(jié)果與實際情況相違背, 不能很好地反映裝載可靠性變化規(guī)律?；贐ayes方法, 通過合理選取和運用先驗信息, 可以使評估結(jié)果更好地反映客觀事實。

6 結(jié)束語

本文針對已服役魚雷裝載可靠性評估問題, 通過查閱履歷薄, 收集各魚雷的歷次裝載信息, 運用故障時間等分內(nèi)插法估計故障發(fā)生時間, 繪制魚雷裝載狀態(tài)與故障時序圖, 從而統(tǒng)計計算魚雷裝載可靠性。實例計算表明, 本文介紹的方法有效實用, 能夠滿足魚雷武器的工程實際需要, 具有較好的推廣價值。

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Evaluation of Torpedo Loading Reliability in Commission

XIE Yong, YUAN Bing-cheng

(Department of Weapon Engineering, Naval Engineering University, Wuhan 430033, China)

To evaluate loading reliability of a torpedo in commission, according to historical loading information of a torpedo, fault occurring time is predicted by usinginterpolation method of aliquot fault time. Subsequently, torpedo loading sequence diagram and loading fault sequence diagram are drawn, loading fault number and loading time in every service year are counted, and loading reliability is calculated with classical approach and Bayes method, respectively. And the variation of torpedo loading mass with service time is obtained. An example indicates that loading information of a torpedo in service duration can meet the requirement of evaluation of torpedo loading reliability for engineering application.

torpedo; loading reliability; interpolation method of aliquot fault time; Bayes

TJ630; TB114.3

A

1673-1948(2013)02-0086-06

2012-11-13;

2012-12-05.

謝 勇(1985-), 男, 在讀博士, 研究方向為魚雷定型與可靠性評估.

(責任編輯: 陳 曦)