航空電子設備耐久性問題研究

謝 楠，朱 毅，楊曉佩

（1.徐州空軍學院 航空四站系，江蘇 徐州 221000；2.徐州空軍學院，江蘇 徐州 221000）

航空裝備中大量存在著電子設備。電子設備一般只考慮可靠性問題，它的耐久性問題則常常被人們忽視。而對電子設備耐久性的研究在一定程度上就是對裝備的使用壽命的研究，可以這么說，耐久性是航空裝備（車輛）壽命穩定的前提條件。

一般來說，航空裝備上電子設備的結構基本上是由外殼、機箱、控制面板、各種元器件和集成電路組成的，各種元器件和集成電路的失效率在l06～l07/h以下，遠遠超過電子設備本身的實際使用壽命，甚至更低，且航空裝備的結構往往已經標準化，簡單可靠。由于新材料的發現和更高工藝水平的出現，電子設備向模塊化、小型化飛速發展，迎合了人們對通用化、小型化電子設備的追求，相同功能或更高功能的電子設備層出不窮，產品的更新換代加快，因而傳統上，人們一般很少提及電子產品的耐久性。但這并不說明電子設備就沒有耐久性問題，恰恰相反，我們應當研究它的耐久性。在一些不易維修和不易更換的場合，如：長期野外保障作業、高強度訓練等，考慮它的耐久性設計至關重要。耐久性是用于表征產品有用壽命和損傷容限的特性，它對于機械系統來說不是新概念。如在機械設備維修技術手冊中，有各種耐久性參數，如使用壽命、首翻期、大修期和大修間隔期等。

1 耐久性的定義

對于耐久性的定義，到目前為止仍然沒有統一的見解。目前公開的權威文獻中有多種有代表性的耐久性定義，其中GB／T 3187—94《可靠性基本名詞術語及定義》中對耐久性的定義為：“耐久性是產品在規定的使用與維修條件下，直到極限狀態前完成規定功能的能力。產品的極限狀態可以由使用壽命的終止、經濟和技術已不適宜等來表征”，這一定義比較全面和合理。

2 耐久性、可靠性、維修性和保障性的關系

可靠性、維修性、保障性和耐久性，四者之間的關系是互相影響、互相制約的。可靠性是產品在規定的條件下，規定的時間內完成規定功能的概率。航空裝備中電子設備可靠性的度量標準是平均無故障間隔時間（MTBF）。可靠性描述的是航空裝備何時發生故障的特性，即故障發生的頻率，其核心問題是故障率（或失效率），而耐久性則是描述航空裝備何時進行大修、更換或者報廢的特性，其核心問題是使用壽命（或服役期）。也即是說可靠性是“微觀的”，耐久性是“宏觀的”。我們可以從經典的浴盆曲線來說明兩者的關系，如圖1所示：MTBF用縱軸的故障率（A）來度量，使用壽命（耐久性參數）則用橫軸的時間（t）來表示。

圖1 電子設備耐久性與可靠性關系圖

從圖1中可知：MTBF和使用壽命之間沒有關系。它們之間的顯著差別是：耐久性關心的是航空裝備的耗損故障，因為只有這種故障才會影響裝備的壽命；而可靠性所關心的是偶然性故障和耗損性故障，因為這些故障都對航空裝備的可靠性產生影響。

維修性是裝備在規定的條件下和規定的時間內，按規定的程序和方法進行維修時，保持或恢復到規定狀態的能力。維修性是可靠性的必要補充，自然也是耐久性的必要補充。在航空裝備的設計選型中，通常應做到若某些零部件的壽命較短，則應賦予它較高的維修性；反之，若某些零部件具有較高的維修性，則可降低其耐久性的要求。通俗地講，越容易修的零部件就越不耐久；越耐久的零部件，就越不易修。保障性是系統的設計特性和計劃的保障資源能滿足使用要求的能力。航空裝備保障性策略的制定要依靠其耐久性信息，即后者是前者的基礎。

3 航空裝備耐久性研究的對象

研究航空裝備的耐久性必須考慮兩個方面，一個是規定的使用和維修條件；另一個是航空裝備的極限狀態。前者是后者的前提，后者是前者的必然結果。兩者互相影響和制約。只有在規定的使用和維修條件下，在所規定的極限狀態前完成規定功能的能力才稱為航空裝備的耐久性。也就是說如果不考慮規定的使用維修條件，航空裝備就有可能達不到所規定的極限狀態。航空裝備的極限狀態是以規定的使用和維修方式為基礎的。

在航空裝備的耐久性問題中，討論極限狀態至關重要。所謂極限狀態是指航空裝備繼續使用成為不允許或不合理時，或者恢復航空裝備能工作狀態成為不可能或不合理時的一種狀態。具體地講，極限狀態是由于安全要求遭到無法消除的損壞，或者給定的參數無法避免地落在規定的極限外，或者使用效率不可避免地低于允許值，或者進一步使用在經濟上將不再合算等原因應停止進一步使用的狀態，正如故障是可靠性研究的對象一樣，極限狀態是耐久性研究的對象，是度量耐久性的依據［3］。

為了日常訓練和保養中便于對耐久性進行設計和評價驗證，必須規定判斷航空裝備是否達到極限狀態的特征，即極限狀態的判斷準則。它是技術標準文件（或）設計文件所規定的航空裝備極限狀態的一種特征或各種特征的總和，并且它規定了判斷航空裝備是否達到極限狀態的條件。根據使用條件，對于同一種航空裝備可以規定兩個或多個極限狀態的判斷準則。極限判斷準則要以產品的安全性、功能性和經濟性為原則。只有對航空裝備規定了極限判斷準則，那么對它的耐久性研究才有了尺度和標準。

4 航空裝備電子設備耐久性問題的特點

以上論述的是航空裝備（包括氣體裝備、電氣裝備等）中電子設備耐久性的共性問題。由于各型裝備工作模式、工作機理上的不同，其電子設備在耐久性問題上又各有其特點。

（1）耐久性是航空裝備的設計屬性，電子設備確實存在耐久性問題，耐久性好的裝備往往是設計之初就已經確定了的，這一點和電子設備的可靠性特點是一樣的。電子設備的耐久性壽命較長，所以一般情況下只考慮它的可靠性，很少提及耐久性，但對有特殊用途的設備必須考慮它的耐久性。

（2）電子設備的耐久性是由于它的耗損故障引起的，材料的老化、殼體的耗損、顯像管的老化，繼電器觸點及彈簧的疲勞等，都是造成電子設備使用壽命終結的主要原因。但它的耗損故障并不明顯，而且進人耗損期的時間較長，正因為如此，所以它的使用壽命較長，耐久性好。

（3）引起電子設備耗損的應力主要有環境應力、電應力、材料的老化、熱循環等。

（4）確定電子設備耐久性最關鍵的環節是制定電子設備的極限判斷準則，由于現代電子設備的集成化、模塊化，使得電子設備維修以更換為主要方式，所以極限判斷準則和機械設備不應雷同，應以設備的安全性、經濟性和技術性為主，而且不同類的裝備其極限判斷準則也應不同。

（5）目前有關電子設備的可靠性理論，航空裝備的耐久性準則都不能完全適用于電子設備耐久性問題，必須另外對電子設備進行耐久性試驗以期得到適合于電子設備的解決方法。

5 結語

由于航空裝備類型的多元化所造成的下設電子設備的多元化的特點，使這項研究相當復雜，目前對電子設備的耐久性研究仍處于探索階段，對電子設備的耐久性預計、分配、設計和驗證等問題都亟待解決。

［1］Michelle L L Durability.A New Environmental Challenge for Electronics Design and Test［A］.IESr Proceeding［C］.1991.331-337.

［2］徐緒森.裝備維修決策技術［M］.北京：兵器工業出版社，1989.

［3］何成銘，單志偉，王玉泉.耐久性及其工程應用［J］.裝備質量，2001，（3）：1-16.

［4］祝耀昌，徐明，常志剛.電子設備耐久性實驗的發展［J］.航空標準化與質量，2000，（1）：30-33