李根成 吳瑞軒 郭強嶺

中國空空導彈研究院，洛陽 471000

空空導彈組成復雜，壽命期內承受溫度、濕熱、低氣壓、淋雨、鹽霧、霉菌、振動、加速度及沖擊等環(huán)境應力，工作環(huán)境惡劣[1]。為保證設計定型后交付部隊的導彈質量，生產中需對元器件、部件、分組件及組件等不同層級產品100%進行環(huán)境應力篩選，篩選合格的產品才允許進行高層級裝配。由組件裝配成的全彈還需100%進行環(huán)境驗收試驗，由于通過環(huán)境驗收試驗的導彈需交付部隊使用，因此不進行影響導彈使用壽命的試驗項目，一般只進行高溫工作和低溫工作和掛飛功能振動等[2]。除此之外，當通過環(huán)境驗收試驗的導彈達到一定數(shù)量時，還要進行環(huán)境例行試驗以進一步檢驗批產導彈的質量[3]。

GJB4239《裝備環(huán)境工程通用要求》規(guī)定，環(huán)境例行試驗是為考核生產過程穩(wěn)定性，按規(guī)定的環(huán)境項目、順序及環(huán)境條件，對批生產中按定期或定數(shù)抽樣抽出的產品進行的環(huán)境試驗，是批生產例行試驗的組成部分[4]。空空導彈的環(huán)境例行試驗是抽樣檢驗，即從通過環(huán)境驗收試驗的導彈中隨機抽取一定數(shù)量，對樣本進行試驗，最終確定整批產品是否通過檢驗?？湛諏棴h(huán)境例行試驗的抽樣方案、試驗項目、合格判據(jù)常常是訂購方和承制方商議的焦點，文獻[5]對空空導彈環(huán)境例行試驗的抽樣方案進行了論述[5]。本文擬從標準規(guī)定、理論分析等方面對試驗項目進行論述。

1 有關標準規(guī)定及型號做法

生產階段的環(huán)境例行試驗由訂購方主導，訂購方認可的國家軍用標準，行業(yè)標準、企業(yè)標準僅用作參考，故本文主要分析國家軍用標準的有關規(guī)定。環(huán)境例行試驗是質量一致性檢驗，常常在產品規(guī)范或檢驗驗收標準中有相關描述。

經查閱文獻，不同標準對環(huán)境例行試驗項目的規(guī)定差別較大：飛航導彈、空地導彈和地空導彈要求開展的環(huán)境例行試驗項目較少，如飛航導彈、空地導彈無必做的環(huán)境試驗項目[6-7]，對于地空導彈，GJB178A規(guī)定僅進行加速度、振動和沖擊等[8]，GJB3974規(guī)定的必做項目有淋雨、振動和運輸[8]。而空艦導彈、艦船導彈需進行的試驗項目較多，如空艦導彈的必做項目有高溫、低溫、溫度沖擊、濕熱、淋雨、鹽霧、霉菌、振動、沖擊、加速度和運輸[9]。表1列出了有關標準對環(huán)境例行試驗項目的要求[6-14]。

表1 相關標準中規(guī)定的環(huán)境例行試驗項目

從美國軍用標準MIL-M-8555C可看出，抽樣檢驗的導彈“經受某些環(huán)境條件下的使用試驗，條件可以隨每一被試導彈而變化”，即不同導彈經受的試驗條件可不一樣[14]。

國內多型導彈的環(huán)境例行試驗項目也不盡相同?？傮w來說，航天部門生產的導彈多采用組件和全彈都進行試驗的模式，組件試驗項目多在10項以上，全彈試驗項目較少，約6項?？紤]到有些導彈價格昂貴，產品試驗后經適當整修可交付使用。國內多型空空導彈環(huán)境例行試驗項目差別大，有的僅進行全彈試驗，有的對組件和全彈都進行試驗。僅進行全彈試驗的項目多，如某雷達型導彈有13項。組件和全彈都進行試驗時，全彈項目并沒大幅減少，如某紅外型導彈在組件進行11項試驗的基礎上，全彈還要進行10項試驗。

2 環(huán)境例行試驗項目確定

與考核工藝穩(wěn)定性的例行試驗相比，鑒定試驗是對產品設計定型技術狀態(tài)的考核，故空空導彈的環(huán)境鑒定試驗項目多，基本覆蓋壽命期內的所有環(huán)境，一般包括高溫、低溫、溫度沖擊、低氣壓、振動、沖擊、加速度、濕熱、鹽霧、霉菌、淋雨和砂塵等?？湛諏椛a工藝主要涉及機械零件加工、電路板裝配、組部件裝配和篩選等，考核工藝質量穩(wěn)定性的環(huán)境試驗項目一般包括高低溫、沖擊和振動等。GJB4239的主編祝耀昌指出，環(huán)境例行試驗項目的確定原則是“選用能考核工藝和制造過程不穩(wěn)定從而降低環(huán)境適應性的試驗項目，因此不進行如霉菌、鹽霧和砂塵等主要考核材料和結構耐環(huán)境能力的試驗”。[15]

加速度試驗主要考核產品結構設計承受過載的能力，一旦產品的結構形式和材料種類確定，其耐受加速度的能力也就確定，因此例行試驗中可不做加速度試驗。運輸振動是一種寬帶低頻隨機振動，為減小運輸時車體對導彈的影響，往往設計帶減震的包裝箱進行防護，大量實測數(shù)據(jù)顯示空空導彈運輸振動量級小，與長時間的掛飛振動相比，運輸振動對產品的影響可忽略不計，因此可不進行。濕熱環(huán)境能夠考核裝配和涂敷工藝，因其會導致產品的材料腐蝕、漆層皴裂、電性能下降。對于水密設計的空空導彈，由于存在呼吸作用，濕熱試驗比淋雨試驗更嚴酷，因此應進行濕熱試驗，可不進行淋雨試驗。

綜上所述，空空導彈的環(huán)境例行試驗項目一般包括振動、高、低溫、沖擊和濕熱。

空空導彈系統(tǒng)復雜，生產周期長，成本高，全彈環(huán)境例行試驗中的故障對生產成本和交付周期影響大，因此，僅對全彈進行試驗風險大。為控制風險，可采用組件和全彈都進行試驗的模式，按組件從嚴考核、全彈合理考核的原則設計試驗方案。若試驗后的組件和全彈都不交付，組件可進行高、低溫、功能振動、耐久振動、自主飛行振動和沖擊試驗，全彈進行高、低溫、濕熱、功能振動和耐久振動試驗。若試驗后的組件不交付、全彈可交付，組件的試驗項目同上，全彈進行高、低溫、功能振動和濕熱試驗。需說明的是試驗后的全彈在交付前需要整修。

與環(huán)境鑒定試驗一樣，空空導彈環(huán)境例行試驗的條件多是極值應力。由于同一產品在其壽命期內經受2種以上極值應力的概率很低，理論上可將試驗項目分配在多枚產品上分別進行。文獻[16]的作者在上世紀80年代收集整理太平洋導彈試驗中心、紅石兵工廠和佛羅里達州埃格林空軍基地等進行的“麻雀”、“響尾蛇”、“毒刺”、先進中程空空導彈、“魚叉”、“愛國者”和“戰(zhàn)斧”等大量導彈試驗的信息后明確：“極限環(huán)境應力即使發(fā)生，機會也很少，并且僅限于已知類型的幾枚導彈。因為同一導彈承受2種應力極限的情況是少見的，同一時間承受兩種應力的情況就更少。在理論上，可讓每次試驗使用1枚導彈并在試驗中只承受1種應力(或1組相關應力)”[16]。美軍標8555C也指出“條件可以隨每一被試導彈而變化”[14]。

環(huán)境例行試驗是訂購方行為，需承擔正常消耗的產品成本、試驗費用，對于價值高的復雜產品一般不進行消耗性的例行試驗，如某地空導彈在進行組件級例行試驗后常抽取2～4發(fā)全彈進行不同的試驗項目，試驗后經整修仍交付使用。鑒于環(huán)境例行試驗的極值應力，若用于試驗的產品數(shù)量有限，應對其試驗條件進行折中考慮。

從多型空空導彈長期的環(huán)境例行試驗結果看，產品在溫度、濕熱、功能振動和沖擊等試驗中很少出現(xiàn)故障，故障多發(fā)生在耐久振動中。耐久振動的量值通常取鑒定試驗時的量值，試驗時間模擬整個掛飛壽命，下面就論證其合理性。

3 耐久振動試驗時間的確定

GJB150.16A中明確，耐久振動試驗時間“從壽命周期環(huán)境剖面中選取”[17]。通?？湛諏楄b定試驗中的耐久振動需覆蓋壽命周期的掛飛時間，如某型導彈掛飛壽命為100架次，平均每架次飛行2.5h，則需模擬250h的掛飛振動。那么，環(huán)境例行試驗中進行模擬250h的掛飛振動而又不允許產品故障是否合適？

該產品掛飛MTBF(平均故障間隔時間)指標為規(guī)定值200h，最低可接受值100h。按慣例同一發(fā)導彈除進行高、低溫、沖擊、功能振動和濕熱等試驗外，還有耐久振動，即同一發(fā)導彈經歷了溫度、振動、濕度等極值應力，雖然與可靠性試驗中的綜合施加不同，也可參照可靠度的計算方法，只是計算中不計入產品經受的溫度、濕度及沖擊等試驗時間，僅計入耐久振動試驗時間。

按指數(shù)分布，好產品(MTBF已達到規(guī)定值)在模擬100架次掛飛試驗中的可靠度是：

即好產品無故障通過試驗的概率約28.65%。而訂購方接收質量差的產品的概率較低，參考可靠性鑒定試驗的做法，設最低可接受值為檢驗下限，即認為MTBF接近最低可接受值的為差產品，這些產品通過試驗的概率應較低，如20%。所以，例行試驗中耐久振動時間的確定可參考式(1)的計算結果，以盡量實現(xiàn)好產品通過試驗的概率較高、差產品通過概率較低。

(1)

式中，α為承制方風險，即好產品通過檢驗被拒收的概率；β為訂購方風險，即差產品通過檢驗被接收的概率；t為耐久振動模擬的實際掛飛時間。GJB899A中推薦雙方風險約為10%～30%[18]。表2列出了α和β分別取10%、20%、30%和40%時的計算結果。

表2 不同風險下的試驗時間

從表2可看出，雙方風險在10%～30%時，沒有同時滿足式(1)的解。當t=97h時α≈38.43%，β≈37.91%，即若從風險相當?shù)慕嵌?，耐久振動試驗時間可按模擬掛飛97h設計。若從滿足訂購方風險要求的情況下(GJB899A推薦的最大風險約為30%)，應取t≥120.40h。

以上風險是基于1個受試產品得出的。若受試產品為2個，2個產品經歷相同試驗，且任一產品故障就認為第1次例行試驗失敗。當模擬120.40h掛飛時，2個差產品都無故障通過的概率是：

2個好產品都無故障通過的概率是：

當模擬97h掛飛時，2個好產品都無故障的概率是：

4 結論

因需對設計定型技術狀態(tài)考核，空空導彈的環(huán)境鑒定試驗基本覆蓋壽命期內的所有環(huán)境，試驗項目多，試驗條件為壽命期內可能遇到的極值應力。環(huán)境例行試驗則注重檢驗生產工藝的穩(wěn)定性，避免因批產工藝控制質量下降導致產品環(huán)境適應性降低。所以其試驗項目可在對環(huán)境鑒定試驗項目進行分析的基礎上適當剪裁確定，如可剪裁掉主要考核材料特性的霉菌試驗、鹽霧試驗，可不進行考核材料耐蝕性和結構設計密封性的砂塵試驗、考核結構設計能力的加速度試驗及基本設計沖擊試驗等。另外空空導彈掛飛時間長，對于與導彈耐久性指標相關的耐久振動，確定試驗時間可考慮掛飛可靠性指標平均故障間隔時間。