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        直升機可靠性外場評估方法及應(yīng)用研究

        2018-12-12 10:52:02
        直升機技術(shù) 2018年4期
        關(guān)鍵詞:置信外場置信度

        鮮 勇

        (海裝駐武漢軍事代表局,湖北 武漢 430064)

        0 引言

        近年來,諸多型號直升機定型并交付部隊使用。在型號研制過程中,在戰(zhàn)技指標中均明確了可靠性指標的定量和定性要求。型號交付部隊之后,需要通過持續(xù)的跟蹤、評估與改進來確保型號具有較高的可靠性水平,提高其出勤率。因此,如何對直升機的各項可靠性要求進行全面、科學(xué)合理的驗證,已經(jīng)成為當(dāng)前工作的一個關(guān)鍵問題。

        實際使用環(huán)境對于直升機可靠性來說有很大的影響,即使是同一架直升機,當(dāng)處于不同的使用環(huán)境條件下,其所表現(xiàn)出來的可靠性水平也是不同的。因此,只有在現(xiàn)場真實的使用環(huán)境條件下對直升機的可靠性進行評估,才能獲得真實和準確的可靠性數(shù)據(jù),從而對直升機的可靠性水平做出正確的評價[1]。直升機的可靠性外場評估能較真實地反映直升機的整機可靠性水平,而且經(jīng)濟易行。

        1 可靠性外場評估概述

        1.1 可靠性外場評估的基本概念

        評估是指通過提供客觀證據(jù)證明規(guī)定要求已得到滿足的認定。可靠性外場評估是指在裝備使用階段,通過采用試驗、演示或驗證等方法,對直升機型號可靠性定量和定性要求是否滿足“研制總要求”或“研制任務(wù)書”中的規(guī)定,并給出結(jié)論性意見所需進行的鑒定或評價等認定的總稱。

        可靠性外場評估是隨著可靠性工作的深入開展和對可靠性重要程度的逐步認識提出的,是當(dāng)今我國可靠性領(lǐng)域熱門的研究方向之一,目前對可靠性評估尚無統(tǒng)一定義。

        直升機可靠性外場評估屬于統(tǒng)計試驗的范疇。直升機可靠性外場評估具有綜合性、真實性、經(jīng)濟性的優(yōu)點。在直升機研制的不同階段,直升機可靠性外場評估具有不同的目的,本文研究的直升機可靠性外場評估的目的是評估直升機可靠性水平,為直升機的改進和提升提供依據(jù)。

        1.2 直升機可靠性外場評估的基本內(nèi)容

        直升機可靠性外場評估必須明確進入評估的基本條件和時機、可靠性參數(shù)和評估方法、樣本量和評估強度、環(huán)境條件(包括地域要求、季節(jié)要求和任務(wù)剖面要求)、故障分類;另外,為了控制評估工作有序進行,保證評估工作順利完成,還必須制定有關(guān)評估的組織管理內(nèi)容,例如必須制定可靠性外場評估計劃,編制可靠性外場評估大綱,確定可靠性外場評估程序,建立有效的信息收集處理系統(tǒng)[2]。

        2 可靠性參數(shù)介紹

        可靠性參數(shù)包括基本可靠性參數(shù)和任務(wù)可靠性參數(shù),當(dāng)前直升機常用的可靠性參數(shù)及定義如表1所示。

        表1 直升機常用可靠性參數(shù)及定義

        一般來說,以上可靠性參數(shù)是我國直升機裝備外場使用可靠性評估工作的主要評估內(nèi)容,根據(jù)直升機可靠性外場評估的主要目的和所要達到的目標,針對不同的產(chǎn)品層次,按照要求確定具體的一個或幾個參數(shù)進行評估,以驗證考核直升機整機、功能系統(tǒng)或機載成品的可靠性水平。

        本文主要針對直升機型號中最常用的基本可靠性參數(shù)平均故障間隔飛行小時(MFHBF)進行研究。

        3 故障分類和故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計原則

        在可靠性外場評估中,并不是所有故障都是有效的,只有責(zé)任故障才可以作為用于可靠性外場評估統(tǒng)計的故障[3]。

        3.1 故障分類

        評估期間出現(xiàn)的所有故障可參考GJB899A中的4.12故障分類方法,根據(jù)故障是否會在現(xiàn)場使用中出現(xiàn),將故障分為非關(guān)聯(lián)故障和關(guān)聯(lián)故障。而關(guān)聯(lián)故障則可以進一步分為非責(zé)任故障和責(zé)任故障。圖1為責(zé)任與非責(zé)任故障劃分示意圖。

        3.2 故障次數(shù)的統(tǒng)計原則

        在按照故障分類原則完成故障分類后,一般按照下面的故障次數(shù)統(tǒng)計原則進行故障次數(shù)的統(tǒng)計:

        1)在同一次工作過程中出現(xiàn)的同一設(shè)備或者部件的間歇性故障或者多次虛警,統(tǒng)計為一次故障;

        2)當(dāng)可以證實不同設(shè)備的多種故障模式是由于同一器件的故障所引起的,整個事件統(tǒng)計為一次故障;

        3)在多個零部件或者元器件在評估的過程中同時出現(xiàn)故障的情況下,當(dāng)不能夠證明是因為一個故障引起了其它一些故障時,則每個零部件或者元器件的故障均需統(tǒng)計為一次獨立故障;

        4)當(dāng)已經(jīng)統(tǒng)計過的故障由于沒有能夠真正地修復(fù)而又再次復(fù)現(xiàn)的,應(yīng)該和原來統(tǒng)計過的故障合并統(tǒng)計為一次故障;

        5)對于由于獨立故障而引起的從屬故障,不計入受試產(chǎn)品的故障次數(shù);

        6)計劃內(nèi)的受試產(chǎn)品或其部件拆卸事件,不計入受試產(chǎn)品的故障次數(shù);

        7)對于零部件存在的輕微缺陷,如果不會喪失規(guī)定的功能,并且能夠按照規(guī)定的維修規(guī)程通過飛行前檢查或者飛行后檢查等予以原位修復(fù)(不會引起拆卸)的事件,比如部件松動、參數(shù)漂移、噪聲、輕微滲漏等,不計入受試產(chǎn)品的故障次數(shù);

        8)在評估過程中,已確認為非關(guān)聯(lián)故障的故障不計入故障次數(shù)。[4]

        圖1 責(zé)任與非責(zé)任故障劃分示意圖

        4 平均故障間隔飛行小時(MFHBF)外場評估方法

        平均故障間隔飛行小時(MFHBF)是用于度量軍用直升機整機和機上可修復(fù)產(chǎn)品使用可靠性的一種參數(shù),用于使用效果評估。該指標是指在規(guī)定時間內(nèi),產(chǎn)品累計總飛行小時與同期間內(nèi)的故障總數(shù)之比。

        4.1 評估模型

        對于平均故障間隔飛行小時(MFHBF)的點估計,計算公式:

        (1)

        對于壽命服從指數(shù)分布的產(chǎn)品,其置信度為1-α的區(qū)間估計為:

        (2)

        式中:θL—MFHBF的區(qū)間估計的置信下限;θU—MFHBF的區(qū)間估計的置信上限;T—累積飛行小時數(shù),h;r—在驗證時間期間內(nèi)統(tǒng)計出的關(guān)聯(lián)故障總數(shù);α—選定的顯著度水平。

        查χ2函數(shù)表,可按公式(2)計算得出MFHBF的置信下限和置信上限。

        置信度為1-α的單側(cè)置信下限估計為:

        (3)

        式中:T—累積飛行小時數(shù),h;r—在驗證時間期間內(nèi)統(tǒng)計出的關(guān)聯(lián)故障總數(shù),α—選定的顯著度水平。

        查χ2函數(shù)表,可按公式(3)計算得出MFHBF的單側(cè)置信下限。

        當(dāng)存儲貨物質(zhì)量較大、貨架重心較高,存在安全隱患時,可采用結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原則占主導(dǎo)的復(fù)合貨位優(yōu)先級,即在符合結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原則的前提下,同行貨位根據(jù)其出庫時間、按照存儲效率優(yōu)先原則設(shè)定優(yōu)先級,圖2d所示為結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性原則占主導(dǎo)的復(fù)合貨位優(yōu)先級示例圖。

        4.2 信息及來源

        驗證期間,應(yīng)用事先制定的故障信息表,按要求詳細記錄故障和飛行小時等信息。

        驗證結(jié)束時,應(yīng)根據(jù)事先確定的故障判據(jù)對記錄的每條故障信息進行判定確認,整理出如下數(shù)據(jù):

        1)評估對象累計的總飛行時間T;

        2)相應(yīng)時間區(qū)間內(nèi)用于統(tǒng)計計算的關(guān)聯(lián)故障總數(shù)r。

        利用公式(1)-(3)進行評估計算,得到估計值。

        4.3 結(jié)果及判定

        1)對直升機整機及功能系統(tǒng)來說,評估輸出結(jié)果為現(xiàn)場使用條件下直升機、功能系統(tǒng)的MFHBF點估計值;

        2)對機載設(shè)備來說,評估結(jié)果為MFHBF的點估計、區(qū)間估計值或單側(cè)置信下限估計值;

        4.4 使用說明

        1)對該參數(shù)進行評估計算時,故障判據(jù)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計原則直接影響評估結(jié)果,為此,必須在驗證大綱中進行規(guī)定,評估計算前應(yīng)組織對統(tǒng)計數(shù)據(jù)的審查。

        2)在設(shè)計定型試飛驗證過程中,對參試直升機的數(shù)量、批次以及其編號應(yīng)做出說明。由于直升機的技術(shù)狀態(tài)發(fā)生變化,是可靠性增長過程,因此,用該階段的全部數(shù)據(jù)進行驗證并不能完全反映直升機真實的可靠性水平,因此,應(yīng)剔除早期故障,同時也應(yīng)防止數(shù)據(jù)丟失。

        3)對于整機來說,可僅進行平均故障間隔飛行小時(MFHBF)的點估計,由飛行記錄數(shù)據(jù)直接得到評估對象累計的總工作時間T。

        4)航空發(fā)動機的累積工作小時數(shù)T應(yīng)該是發(fā)動機實際工作的時間,包括地面和空中開車的時間。

        5)若采用區(qū)間估計或單側(cè)下限估計,應(yīng)實現(xiàn)明確置信度。如果研制總要求中給出了區(qū)間估計的置信度要求,則應(yīng)按照要求的置信度;如果沒有給出區(qū)間估計的置信度要求,一般來說,推薦置信度1-α取80%以上。

        5 某型直升機可靠性外場評估

        5.1 評估內(nèi)容

        根據(jù)某型機研制總要求,該型機可靠性指標要求為:

        平均故障間隔飛行小時(MFHBF):整機規(guī)定值不小于4fh;整機最低可接受值3fh。

        5.2 統(tǒng)計數(shù)據(jù)

        評估期間內(nèi),該型直升機累計飛行1189h32min(1189.53h),發(fā)生故障295起,其中責(zé)任故障241起。

        5.3 點估計值

        根據(jù)公式:

        (4)

        已知,T=1189.53h,r=241。

        其平均故障間隔飛行小時的點估計值為:

        (5)

        從點估計值的結(jié)果來看,該型號已經(jīng)滿足研制總要求中規(guī)定的平均故障間隔飛行小時(MFHBF)規(guī)定值不小于4飛行小時的要求。

        5.4 區(qū)間估計的置信下限

        根據(jù)公式:

        (6)

        已知,T=1189.53h,r=241。

        取置信度為80%,則α=1-0.8=0.2,因此χ2(α/2,2r+2)=χ2(0.1,484)=524.2762。

        由此計算可得平均故障間隔飛行小時單側(cè)置信下限為:

        θL=4.5

        (7)

        從區(qū)間估計的結(jié)果來看,該型號已經(jīng)滿足研制總要求中規(guī)定的平均故障間隔飛行小時(MFHBF)規(guī)定值不小于4飛行小時的要求。

        6 結(jié)論

        本文根據(jù)我國直升機可靠性外場評估工作的需要,在充分吸收國內(nèi)外先進的驗證和評估技術(shù)并總結(jié)、分析、歸納可靠性驗證和評估的工程技術(shù)方法的基礎(chǔ)上,以統(tǒng)計數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以解決現(xiàn)有驗證理論在外場操作中存在的工程化問題為目的,進行直升機使用階段的可靠性綜合評估的方法研究及技術(shù)適用性、工程化、規(guī)范化的應(yīng)用研究。對型號研制中常用的可靠性參數(shù)指標的外場評估進行了研究,建立起適合直升機研制和使用特點的可靠性外場驗證評估方法,能夠有效指導(dǎo)型號使用階段的可靠性外場評估。

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