馬浩文,熊勇,吳孿淳

(1.中國(guó)人民解放軍91439 部隊(duì),遼寧 大連,116041;2.江南工業(yè)集團(tuán)有限公司,湖南 長(zhǎng)沙,410013)

0 引言

攔截彈一般可裝備于各型適裝的水面艦艇,對(duì)來(lái)襲的反艦魚(yú)雷實(shí)施攔截。貯存壽命指標(biāo)同樣是彈藥產(chǎn)品在研制過(guò)程中由軍方下達(dá)的重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)之一,目前攔截彈的貯存壽命要求是10年。攔截彈作為新型智能化深彈之一,其戰(zhàn)術(shù)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值,相比較傳統(tǒng)深彈有了顯著提高,且承擔(dān)我方適裝船艇水下安全的重要使命,對(duì)攔截彈的貯存壽命進(jìn)行評(píng)估,能更好地保證其在使用過(guò)程的安全性、可靠性和戰(zhàn)術(shù)效能。由于在現(xiàn)有條件下,存在安全、時(shí)間和空間等一系列實(shí)際問(wèn)題,無(wú)法對(duì)攔截彈貯存壽命進(jìn)行自然環(huán)境真實(shí)考核。為驗(yàn)證攔截彈的貯存壽命,文中通過(guò)攔截彈壽命設(shè)計(jì)分析,結(jié)合攔截彈多次試驗(yàn)的產(chǎn)品準(zhǔn)備和試驗(yàn)情況,對(duì)影響其貯存壽命的主要組件和材料進(jìn)行分析,確定貯存壽命核心組件或單元,通過(guò)對(duì)影響貯存壽命的主要組件及材料分別開(kāi)展壽命評(píng)估分析和壽命試驗(yàn),通過(guò)采信相關(guān)試驗(yàn)、其他相似產(chǎn)品或已有資料等數(shù)據(jù)和結(jié)論,開(kāi)展電子部件壽命評(píng)估,綜合評(píng)定攔截彈貯存壽命[1]。

1 攔截彈貯存壽命剖面

1.1 壽命剖面

攔截彈的壽命剖面從其交付開(kāi)始到發(fā)射或報(bào)廢終止。通過(guò)對(duì)攔截彈不同使用方式下的使用過(guò)程進(jìn)行分析,其壽命剖面內(nèi)的主要事件如圖1所示。

圖1 攔截彈壽命剖面Fig.1 Life profile of an intercept missile

1.2 貯存剖面

攔截彈貯存剖面是指攔截彈自交付開(kāi)始,在密封包裝狀態(tài)下存放于艦彈藥艙或岸基倉(cāng)庫(kù)內(nèi)所經(jīng)歷的全部事件和環(huán)境的時(shí)序描述。攔截彈貯存剖面如圖2 所示。

圖2 攔截彈貯存剖面Fig.2 Storage profile of an intercept missile

1.3 貯存環(huán)境剖面

攔截彈貯存環(huán)境剖面是指攔截彈自交付開(kāi)始,在密封包裝狀態(tài)下存放于艦彈藥艙或岸基倉(cāng)庫(kù)內(nèi),以及周轉(zhuǎn)過(guò)程中環(huán)境情況的描述。攔截彈貯存環(huán)境剖面如圖3 所示。

圖3 攔截彈貯存環(huán)境剖面Fig.3 Storage environment profile of an intercept missile

2 壽命模型

根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分,攔截彈由5 個(gè)部件和全彈總體相關(guān)零部件組成,建立如圖4 所示壽命模型。

圖4 攔截彈壽命模型Fig.4 Life model of an intercept missile

3 綜合評(píng)估方法

通過(guò)攔截彈壽命設(shè)計(jì)分析,同時(shí)結(jié)合攔截彈多次試驗(yàn)的產(chǎn)品技術(shù)準(zhǔn)備和試驗(yàn)情況,對(duì)影響攔截彈貯存壽命的主要組件和材料進(jìn)行分析,確定貯存壽命核心組件或單元,詳細(xì)情況如表1 所示。通過(guò)對(duì)影響貯存壽命的各主要組件及材料分別開(kāi)展壽命評(píng)估分析和加速老化[2]等貯存壽命試驗(yàn),同時(shí)采信相關(guān)試驗(yàn)、其他相似產(chǎn)品或已有資料等數(shù)據(jù)和結(jié)論,對(duì)攔截彈壽命進(jìn)行綜合評(píng)估[3-4]。

表1 影響攔截彈貯存壽命的主要組件及材料組成Table 1 Main components and material composition affecting shelf life of the intercept missile

4 壽命設(shè)計(jì)

分別從總體設(shè)計(jì)、熱設(shè)計(jì)、“三防”(防潮濕、防鹽霧和防霉菌)設(shè)計(jì)、抗沖擊振動(dòng)設(shè)計(jì)和電磁兼容性設(shè)計(jì)等方面提高產(chǎn)品貯存壽命。

4.1 總體設(shè)計(jì)

4.1.1 結(jié)構(gòu)件設(shè)計(jì)

攔截彈選用的結(jié)構(gòu)件材質(zhì)為金屬材料以及塑料等非金屬材料,材料均要能滿(mǎn)足貯存期大于10年的要求。

4.1.2 火工品設(shè)計(jì)

攔截彈火工品包含炸藥、傳爆藥、發(fā)射藥、點(diǎn)火具、熱電池以及氣囊組件等。裝有炸藥和傳爆藥的戰(zhàn)斗部艙、裝有發(fā)射藥和電點(diǎn)火具的發(fā)動(dòng)機(jī)艙,以及其他獨(dú)立的小火工品如熱電池和氣囊組件等,上述艙段或自身均采用密封結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選型的藥劑均采用廣泛運(yùn)用于軍工產(chǎn)品的標(biāo)準(zhǔn)藥劑,長(zhǎng)貯安定性驗(yàn)證良好,藥劑與零部件之間、藥劑相互之間的相容性良好且無(wú)化學(xué)反應(yīng)。

4.1.3 電子部件設(shè)計(jì)

1) 元器件選型

攔截彈元器件設(shè)計(jì)時(shí)盡量采用標(biāo)準(zhǔn)件、通用件或借用件;對(duì)原材料和元器件的選用立足國(guó)內(nèi),選用有標(biāo)準(zhǔn)的產(chǎn)品,同時(shí)其非工作失效率滿(mǎn)足貯存壽命要求,大部分器件符合國(guó)軍標(biāo),出廠檢測(cè)合格率100%。

2) 元器件二次篩選

攔截彈的所有元器件采購(gòu)?fù)瓿珊?交由具有資質(zhì)的第三方檢測(cè)機(jī)構(gòu)進(jìn)行二次篩選,剔除早期失效產(chǎn)品,以有效提高系統(tǒng)的整體可靠性。

3) 環(huán)境試驗(yàn)

電路板整機(jī)制備調(diào)試完成后,進(jìn)行高溫、低溫、溫度沖擊等環(huán)境試驗(yàn),剔除檢驗(yàn)不合格產(chǎn)品,減少在貯存期內(nèi)由于溫度變化引起的產(chǎn)品失效,提高系統(tǒng)的可靠性。

4) 電路板“三防”設(shè)計(jì)

電路板經(jīng)過(guò)環(huán)境試驗(yàn),對(duì)檢測(cè)合格的產(chǎn)品進(jìn)行噴“三防”漆處理,使得電路在貯存期具有優(yōu)越的絕緣、防潮、防漏電、防震、防塵、防腐蝕和防老化等性能,保護(hù)電路板免受環(huán)境的侵蝕,從而延長(zhǎng)使用壽命,確保使用的安全性和可靠性。

5) 連接器制造工藝

攔截彈使用的連接器均符合國(guó)軍標(biāo)的制造與驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn),通過(guò)插針、插孔的金屬片材優(yōu)選,表面電鍍,精密加工與塑料成型等關(guān)鍵制造工藝,在保證連接器良好的導(dǎo)電率基礎(chǔ)上,增強(qiáng)防腐蝕性能,提高連接器全壽命周期內(nèi)的可靠性。

6) 電路板總體灌封

經(jīng)過(guò)“三防”處理,對(duì)檢測(cè)合格的產(chǎn)品,利用發(fā)泡劑將電路板整體包裹成具有一定形狀的部件,整體發(fā)泡成型后可使電路板的防振、防沖擊、防水、防腐蝕、防塵以及防老化能力進(jìn)一步提高,電路可靠性進(jìn)一步加強(qiáng)。

4.2 熱設(shè)計(jì)

熱設(shè)計(jì)主要是指采取適當(dāng)措施降低產(chǎn)品及其零部件所處的環(huán)境溫度,或提高產(chǎn)品及其零部件的溫度適應(yīng)能力,特別是元器件周?chē)沫h(huán)境溫度,以降低元器件失效率,提高設(shè)備可靠性。針對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)工作溫度可達(dá)2500℃的情況,對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)殼體與燃?xì)饨佑|的所有內(nèi)表面、發(fā)動(dòng)機(jī)連接部位均采取隔熱措施,涂裝隔熱涂層;對(duì)換能器及電路板進(jìn)行熱防護(hù)設(shè)計(jì),并進(jìn)行低溫極限試驗(yàn)、高溫極限試驗(yàn)、溫度沖擊試驗(yàn)和溫度突變?cè)囼?yàn)等,以保障可靠工作。

4.3 “三防”設(shè)計(jì)

全彈采取密封措施,使彈體內(nèi)腔封閉,防止彈體內(nèi)部元器件受潮等;通過(guò)在彈體表面涂裝軍用油漆,零件表面采用鍍層、陽(yáng)極氧化等表面處理方式,提高其抗鹽霧、防腐蝕能力,提高貯存可靠性。

4.4 抗沖擊和防振設(shè)計(jì)

攔截彈設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)相關(guān)國(guó)軍標(biāo)進(jìn)行抗沖擊和防振設(shè)計(jì),防止零部件、敏感元器件或整機(jī)在運(yùn)輸、跌落和飛行等過(guò)程中或高過(guò)載情況下出現(xiàn)共振或失效情況,以保證產(chǎn)品可靠工作。

4.5 電磁兼容設(shè)計(jì)

電磁兼容性是指攔截彈的各部件在其設(shè)計(jì)要求范圍內(nèi)正常工作時(shí),其他部件的工作性能不得降低或出現(xiàn)故障。主要通過(guò)濾波、屏蔽、接地、線(xiàn)路及布線(xiàn)設(shè)計(jì)、干擾和敏感性控制,以及電源系統(tǒng)選取等方式來(lái)完成電磁兼容性設(shè)計(jì)。

5 試驗(yàn)驗(yàn)證和壽命評(píng)估分析情況

5.1 試驗(yàn)驗(yàn)證情況

1) 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)情況

對(duì)攔截彈進(jìn)行一系列部件及總體環(huán)境試驗(yàn),環(huán)境試驗(yàn)結(jié)果表明,攔截彈在各種極端環(huán)境條件下均能達(dá)到戰(zhàn)技指標(biāo)和使用要求,對(duì)環(huán)境的變化不敏感,能夠保證在勤務(wù)使用中的安全性以及在特殊環(huán)境條件下的飛行性能、安全性和可靠性[5]。

2) 電磁兼容試驗(yàn)情況

對(duì)攔截彈進(jìn)行了電磁兼容試驗(yàn),結(jié)果表明,攔截彈對(duì)國(guó)軍標(biāo)要求的電磁輻射和實(shí)際環(huán)境下的電磁輻射均不敏感[5]。

5.2 金屬材料壽命情況

攔截彈上選用的金屬結(jié)構(gòu)件材料均從合格原材料供方處采購(gòu),經(jīng)過(guò)出廠檢驗(yàn)和進(jìn)廠原材料驗(yàn)收后進(jìn)行制造加工,質(zhì)量品質(zhì)可控。這類(lèi)金屬材料抗老化性能強(qiáng),貯存壽命均在20 年以上。

5.3 非金屬材料壽命情況

攔截彈上使用的非金屬材料主要為各類(lèi)密封圈和塑料件。

1) 橡膠材料

攔截彈上使用的密封圈、保護(hù)套等橡膠材料在國(guó)家橡膠密封制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心進(jìn)行老化、性能試驗(yàn)等共多項(xiàng)試驗(yàn),結(jié)果表明,各項(xiàng)指標(biāo)均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的要求,貯存壽命可達(dá)15 年。

2) 塑料材料

攔截彈中使用尼龍和聚苯乙烯泡沫等非金屬材料,這些材料已廣泛應(yīng)用于軍工行業(yè),在相似的彈藥裝備中使用這類(lèi)材料達(dá)30 年以上,表明該類(lèi)塑料件貯存壽命均能達(dá)到貯存要求。

5.4 火工品壽命情況

攔截彈上發(fā)射藥、電點(diǎn)火具、熱電池、氣囊組件等火工品均按照相關(guān)國(guó)軍標(biāo)進(jìn)行了熱加速老化試驗(yàn)或長(zhǎng)貯試驗(yàn)等,試驗(yàn)結(jié)果表明上述火工品的貯存壽命均滿(mǎn)足要求[6-8]。

5.5 電子部件壽命分析

依據(jù)相關(guān)國(guó)軍標(biāo)進(jìn)行攔截彈電子設(shè)備和系統(tǒng)的非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)。由于元器件非工作可靠性詳細(xì)預(yù)計(jì)法適用于產(chǎn)品已具有詳細(xì)的元器件清單階段,所以使用該方法進(jìn)行攔截彈電子部件的非工作狀態(tài)可靠性和貯存期預(yù)計(jì)。

根據(jù)攔截彈的實(shí)際情況,其電子設(shè)備非工作狀態(tài)可靠性預(yù)計(jì)的一般程序如下:

1) 將攔截彈劃分成N1～N7 共7 個(gè)可靠性預(yù)計(jì)單元;

2) 采用非工作狀態(tài)可靠性詳細(xì)預(yù)計(jì)法,計(jì)算各預(yù)計(jì)單元內(nèi)元器件的非工作失效率,按非工作失效率模型計(jì)算各個(gè)種類(lèi)元器件的非工作失效率;

3) 將7 個(gè)預(yù)計(jì)單元內(nèi)各種類(lèi)元器件的工作失效率相加,由此得出預(yù)計(jì)單元內(nèi)的失效率;

4) 按攔截彈的可靠性模型[9-10],逐級(jí)預(yù)計(jì)設(shè)備、系統(tǒng)的非工作狀態(tài)可靠性。

各單元的非工作失效率見(jiàn)表2。

表2 單元非工作失效率匯總Table 2 Summary of unit non-working failure rate

按設(shè)備可靠性模型,總的非工作狀態(tài)失效率為所有預(yù)計(jì)單元的非工作狀態(tài)失效率之和,即λs=0.08331。

根據(jù)攔截彈研制總要求的可靠性指標(biāo),下達(dá)給電子部件經(jīng)過(guò)貯存期后允許的可靠度值RS=0.992,則電子部件的貯存期為

經(jīng)計(jì)算攔截彈電子部件貯存壽命為11 年,能夠滿(mǎn)足相關(guān)要求。

5.6 采信情況

攔截彈的各種金屬件、非金屬件、炸藥和傳爆藥等均在行業(yè)內(nèi)使用廣泛,因此該部分壽命數(shù)據(jù)可采信類(lèi)似產(chǎn)品相關(guān)壽命數(shù)據(jù)。

5.7 攔截彈組部件壽命情況

通過(guò)攔截彈壽命設(shè)計(jì)分析、采信類(lèi)似產(chǎn)品貯存壽命數(shù)據(jù)、新研組部件的加速老化貯存壽命試驗(yàn)、電子部件壽命綜合評(píng)估。攔截彈各組部件壽命情況匯總表見(jiàn)表3。

表3 攔截彈組部件貯存壽命情況匯總Table 3 Shelf life of each component of suspended intercept missile

6 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)人力、物力和安全性考量,無(wú)法對(duì)攔截彈貯存壽命進(jìn)行自然環(huán)境真實(shí)考核的問(wèn)題。文中分別從攔截彈的壽命設(shè)計(jì)、試驗(yàn)情況、金屬材料貯存壽命、非金屬材料貯存壽命、火工品貯存壽命和電子部件貯存壽命等方面分析,通過(guò)采信類(lèi)似產(chǎn)品相關(guān)壽命數(shù)據(jù)、攔截彈組部件的相關(guān)壽命分析以及長(zhǎng)貯試驗(yàn)等,同時(shí)結(jié)合攔截彈試驗(yàn)的產(chǎn)品技術(shù)準(zhǔn)備和試驗(yàn)情況,綜合評(píng)估攔截彈貯存壽命。