張仕念，楊維忠，夏克寒，顏詩源，戢中東

航空航天裝備

一種基于綜合環(huán)境剖面的導彈彈上設備加速貯存試驗方法

張仕念，楊維忠，夏克寒，顏詩源，戢中東

（北京市海淀區(qū)西北旺鎮(zhèn)北清路109號24分隊，北京 100094）

基于導彈武器在歷經地面使用載荷后，還要滿足飛行載荷的特點，討論用于評估導彈彈上設備貯存期的加速貯存試驗流程與方法。開展加速因子試驗，獲得加速因子計算公式，根據實際使用環(huán)境載荷，制定綜合環(huán)境試驗剖面，按照貯存期目標值開展加速貯存試驗，等效地面使用環(huán)境載荷，開展飛行環(huán)境載荷考核試驗，試驗成功后，給出貯存期評估結論。該方法在多型導彈貯存延壽工程的彈上設備貯存期評估中得到應用，應用表明，可以評估導彈彈上設備的貯存期，具有工程應用價值。獲得加速因子計算公式后，將導彈彈上設備的地面使用環(huán)境載荷累計影響與能夠經受飛行載荷環(huán)境分步進行試驗，能夠體現(xiàn)導彈彈上設備歷經的環(huán)境載荷，可以用于彈上設備的貯存期評估。

導彈；加速貯存試驗；綜合環(huán)境剖面；貯存期

導彈的貯存延壽是一項具有持續(xù)時間長、經費投入大、綜合效益高等特點的重大長效工程，受到國內外的廣泛關注[1-4]。加速貯存試驗是貯存延壽的重要途徑[5-11]，可以用于提前評估彈上產品的壽命[12-16]，在石英加速度計[17]、金屬減振器[18]、天饋系統(tǒng)[19]、慣性器件[20]、沖壓發(fā)動機[21]、伺服渦輪泵密封膜片[22]、天線[23]、空空導彈電子部件[24]、開關電源[25]等航空航天及民用產品上到廣泛應用。加速貯存試驗是在不改變產品失效機理的前提下，通過加大應力加速產品失效，根據加速模型計算得出正常應力水平下的貯存壽命。GB 2689—81《恒定應力壽命試驗和加速壽命試驗方法》用于指導電子元器件等產品的加速壽命試驗，主要適用于在地面使用的產品，應用廣泛。

導彈彈上設備具有長期貯存、飛行環(huán)境惡劣的特點，即在經歷長期的地面貯存和使用載荷后，還需要滿足飛行環(huán)境載荷要求，而是否滿足飛行載荷要求，通常在組件以上層級產品進行試驗考核。因此，常規(guī)的方法用于彈上材料、元器件的加速貯存試驗是有效的，用于彈上部組件、整機的加速貯存試驗時，存在以下問題：在試驗過程中出現(xiàn)故障或退化時，可以獲得加速因子和在地面使用的貯存期，由于沒有經過飛行載荷考核，不能作為彈上產品的貯存期結論，只能作為初步的壽命摸底。若試驗中未出現(xiàn)故障或未退化，可以進行地面鑒定試驗，但無法計算加速因子，也不能給出貯存期評估結論。

針對上述問題，本文在系統(tǒng)總結已有研究成果的基礎上，結合多型導彈貯存延壽工程的實踐經驗，研究提出了“加速因子試驗→綜合環(huán)境剖面加速貯存試驗→地面鑒定試驗或飛行試驗”的試驗流程與方法。經過應用表明，該方法提供了一種通過加速貯存試驗評估導彈彈上設備貯存期的途徑。

1 試驗流程與方法

針對導彈彈上設備不僅要滿足地面使用載荷要求，還要滿足飛行載荷的這一特點，通過加速因子試驗獲取加速因子計算公式后，根據導彈的貯存使用情況，制定等效地面載荷的綜合試驗剖面。將試驗件按照綜合試驗剖面等效加速到要求的貯存期目標值后，進行飛行環(huán)境載荷考核試驗，判斷老化到目標年的產品能否滿足飛行試驗的要求，試驗流程如圖1所示。

具體方法步驟如下：

1）加速因子試驗。采取恒定應力、步退應力、步進應力等加速應力施加方式，獲得加速貯存試驗數據。根據設備的特性選用合適的加速模型，得出加速因子方程，計算加速因子。

圖1 綜合環(huán)境剖面加速貯存試驗方法流程

2）制定綜合環(huán)境試驗剖面，開展加速貯存試驗，等效地面環(huán)境載荷。根據設備的加速因子制定綜合環(huán)境試驗剖面，基于貯存期目標值和試驗件的已有自然貯存時間或加速貯存試驗時間，計算加速貯存試驗的循環(huán)數，將設備的壽命加速到目標值。

（1）制定綜合環(huán)境試驗剖面。統(tǒng)計設備出廠交付后實際面臨的使用環(huán)境數據，計算平均1 a經受的溫度、電、振動等環(huán)境載荷值，作為制定綜合環(huán)境試驗剖面和計算加速因子的基礎數據。

a）對于溫度、濕度等持續(xù)作用的環(huán)境應力，利用加速因子計算等效1 a（8 760 h）的加速貯存試驗時間：=8 760/。

b）對于機動運輸產生的振動應力，根據每年機動運輸的里程，按照GJB 150.16A《軍用裝備實驗室環(huán)境試驗方法第16部分：振動試驗》規(guī)定的譜形或設備設計技術文件的規(guī)定，計算利用振動臺模擬要求的機動運輸距離所需的振動試驗時間。

c）對于電應力，根據使用過程中通電的實際次數進行通電測試或檢查。

根據a）、b）、c），將設備實際貯存使用1 a的環(huán)境載荷影響，按照應力施加的順序，轉換為等效1 a的試驗剖面，即每施加1個循環(huán)的綜合環(huán)境試驗剖面代表實際貯存使用1 a。不足1 a時，根據已經完成的貯存時間、機動距離和通電次數，計算還需要等效考核的貯存時間、機動距離、通電次數等載荷，按照相似的方法編制相應的綜合環(huán)境試驗剖面。

（2）等效地面載荷加速貯存試驗。根據貯存期目標值和試驗件已有自然貯存時間，計算加速貯存試驗的循環(huán)次數，即：試驗循環(huán)數=貯存期目標值0–已自然貯存時間1。試驗循環(huán)數不是整數時，一般貯存期目標值0為整數，通常是由于試驗件的已自然貯存時間1不是整數引起的。此時可以按照相同的方法制定將試驗件等效到滿足1 a的試驗剖面。按照綜合環(huán)境試驗剖面開展加速貯存試驗，并達到試驗循環(huán)數，等效需要通過加速貯存試驗累積的自然貯存使用的載荷。

3）飛行環(huán)境載荷考核試驗。選取0件（0=1+2）均進行a）或均進行b）；也可以1件先進行a），2件再進行b）。試驗成功后，給出貯存期目標值0評估結論。對等效加速到貯存期目標年的試驗件，按照設備的設計文件要求開展地面試驗，覆蓋導彈飛行所歷經的環(huán)境載荷。將其裝配到導彈上，參加飛行試驗。

將加速因子試驗、等效地面貯存試驗載荷的綜合環(huán)境剖面加速貯存試驗以及地面鑒定試驗或飛行試驗相互獨立，分步進行，能夠體現(xiàn)導彈彈上設備歷經的貯存使用環(huán)境載荷和飛行環(huán)境載荷，可以用于彈上設備的貯存期評估。

2 案例

某控制器是導彈控制系統(tǒng)的重要設備，用于接收各控制信號，進行綜合、放大，輸出功率信號驅動伺服機構工作，貯存期指標要求值為24 a。該設備在正常使用情況下主要經受溫度、運輸振動和電應力，其中，設置貯存的平均溫度為21 ℃，每年隨導彈機動運輸500 km，通電測試2次。通過加速貯存試驗對其貯存期進行評估。

1）通過加速因子試驗，獲得某控制器的加速因子計算公式。在90、100、110、120 ℃條件下開展加速貯存試驗，發(fā)現(xiàn)“輸出電流”存在退化，并且該參數也是自然貯存產品中相對退化量最大的參數，可作為該控制器貯存壽命的表征參數。采用線性退化模型進行回歸，得到不同溫度下的退化方程，利用阿羅尼茲方程計算得到激活能為0.46 eV。該控制器的貯存期評估加速貯存試驗在100 ℃下進行，從而計算得到相對于平均溫度21 ℃的加速因子為48.7，計算公式為：

式中：為激活能，該控制器的激活能為0.46 eV；0為波爾茲曼常數，0=8.617×10–5eV/K；s為加速貯存試驗溫度，這里s=372 K；0為正常使用溫度，0=294 K。

2）制定綜合環(huán)境試驗剖面，開展加速貯存試驗，等效地面環(huán)境載荷。選取2臺已自然貯存9年3個月的產品用于貯存期評估試驗，自然貯存第10年已存放3個月，未通電測試和機動運輸。因此，仍需等效加速到14年9個月。

對于溫度應力，采取加速的方式進行等效。此時在100 ℃下，等效1 a的試驗時間為180 h，等效9個月的試驗時間為133 h。對于電應力，每年測試2次，不進行加速，按照與實際使用情況完全一致的方式進行測試。對于機動運輸500 km經受的振動應力，利用振動臺進行模擬，根據某控制器的設計文件，其振動試驗條件見表1。從而得到某控制器第10年的綜合試驗剖面如圖3所示，第11～24年每年的綜合試驗剖面如圖4所示。

將上述2臺某控制器按照圖3的綜合試驗剖面開展1個循環(huán)的試驗，按照圖4所示的綜合試驗剖面開展14個循環(huán)的試驗，共等效14年9個月的地面使用載荷。若測試仍然合格，進行下一步；若試驗中出現(xiàn)貯存引起的故障或失效，則某控制器的貯存期小于24 a。

3）開展地面鑒定試驗或飛行試驗，考核是否滿足導彈飛行載荷。對等效加速到貯存期24 a的2臺某控制器，其中1臺按照某控制器的設計文件要求開展地面鑒定試驗，包括低氣壓試驗、高溫工作試驗、飛行振動試驗、飛行沖擊試驗和加速度試驗，全部通過考核。另1臺裝配到導彈上，參加飛行試驗，飛行試驗也取得成功。

已自然貯存9年3個月的2臺某控制器，等效地面使用環(huán)境載荷加速到貯存期24 a后，仍然能夠滿足導彈飛行要求，因此可以給出24 a貯存期評估結論。

表1 模擬機動運輸振動試驗條件

Tab.1 Vibration test condition of simulated mobile transportation

圖2 模擬機動運輸隨機振動試驗功率譜

圖3 第10年等效9個月的綜合試驗剖面

圖4 等效1 a的綜合試驗剖面

3 結語

本文提出通過加速因子試驗獲得加速因子計算公式后，制定了綜合環(huán)境試驗剖面，分別開展了導彈彈上設備的地面使用環(huán)境載荷累計影響試驗與飛行載荷環(huán)境考核試驗，能夠體現(xiàn)導彈彈上設備歷經的貯存使用環(huán)境載荷和飛行環(huán)境載荷，可以用于彈上設備的貯存期評估。該方法在多型導彈貯存延壽工程的彈上設備貯存期評估中的得到應用，表明該方法符合導彈貯存使用的實際情況，可以評估導彈彈上設備的貯存期，具有工程應用價值。

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Accelerated Storage Test Method for Missile Equipment Based on Comprehensive Environmental Profile

ZHANG Shi-nian, YANG Wei-zhong, XIA Ke-han, YAN Shi-yuan, JI Zhong-dong

(Division 24, No. 109, Beiqing Road, Xibeiwang Town, Haidian District, Beijing 100094, China)

The work aims to discuss the accelerated storage test process and method for evaluating the storage term of missile equipment in view of that missile must withstand flight environment load after bearing ground load during service.The accelerated test was carried out to obtain the calculation formula of accelerated factor. The comprehensive environmental test profile was formulated based on actual service environment load. According to the target value of storage term, the accelerated storage test was conducted. The equivalent service environment load on ground was simulated to carry out assessment test of flight environment load. After the test, the evaluation results of storage term were obtained. The method was applied to evaluate the storage term of missile equipment in polytype missiles' storage life extending project. From the application results, the method could be used to evaluate the storage term of missile equipment and had application value in engineering. After the calculation formula of accelerated factor is obtained, the accumulated effects of service environment load on ground and the ability to withstand the flight environment load are tested step by step, reflecting that the method can evaluate the storage term of missile equipment after bearing the environment load.

missile; accelerated storage test; comprehensive environmental profile; storage term

TJ760；V216

A

1672-9242(2022)12-0060-06

10.7643/ issn.1672-9242.2022.12.010

2021–11–16；

2021–12–17

2021-11-16；

2021-12-17

張仕念（1976—），男，碩士，副研究員，主要研究方向為可靠性與延壽技術。

ZHANG Shi-nian (1976-), Male, Master, Associate researcher, Research focus: reliability and storage life extension technology.

張仕念, 楊維忠, 夏克寒, 等. 一種基于綜合環(huán)境剖面的導彈彈上設備加速貯存試驗方法[J]. 裝備環(huán)境工程, 2022, 19(12): 060-065.

ZHANG Shi-nian, YANG Wei-zhong, XIA Ke-han, et al.Accelerated Storage Test Method for Missile EquipmentBased on Comprehensive Environmental Profile[J]. Equipment Environmental Engineering, 2022, 19(12): 060-065.

責任編輯：劉世忠