魚雷裝備可靠性特點與發展趨勢分析

山西平陽重工機械有限責任公司 王曉龍 李志敏 靳靈鈞

引言

作為當代海戰中的主戰武器，魚雷具有隱蔽性強、殺傷力大、自動跟蹤和攻擊目標等特點，在使用中，魚雷按照預定的航向和深度自行推進、自主導向且在命中目標時能自動爆炸。魚雷裝備失效機理和壽命預測為確定魚雷發動機在壽命期內的維護、檢修間隔，確定戰備完好率以及確定后勤保障費用等提供決策依據。同時也可為新研制的魚雷裝備可靠性、維修性及壽命的設計提供理論依據。隨著魚雷技術的不斷提高，魚雷的性能越來越智能化。由于魚雷屬于“一次作用”型產品，工作失效過程不能重現，這就給魚雷的設計、評估和改進帶來了一定的挑戰。另外，由于魚雷的制造和試驗成本較高，加上沒有可靠的試驗數據進行參考，一旦存在設計不合理或其他偶然因素，必將造成重大的損失。在可靠性工作方面，魚雷產品與其他機電產品既有許多相同的特點，同時也具有其特殊性。在魚雷發展的歷程中，始終是在保證魚雷功能的前提下，以提高魚雷工作的可靠性和安全性為目的，開展其零件、機構和系統的可靠性研究[1]。而魚雷的可靠性和安全性又與魚雷的工作環境、零部件的剛強度、機構運動特性和系統可靠性等許多因素有關。在進行魚雷可靠性設計與分析時，要針對魚雷可靠性特點和發展趨勢來進行研究。

1 魚雷裝備可靠性特點

1.1 一次作用與長期貯存

魚雷裝備是一種長期貯存，但工作時間又非常短的水中兵器。因此，魚雷的貯存壽命成為制約產品貯存期限和縮短維護保養時間的關鍵。在魚雷發動機整個壽命周期內，絕大部分的時間是處于貯存或不工作狀態。

魚雷作為一種在水中工作，從水中攻擊、毀傷艦艇或限制艦艇活動的水中兵器，從工作性質來看是屬于成敗型不可修復的系統，但從長期貯存性能來看，魚雷還存在貯存壽命問題。因此，在對其可靠性進行研究時，須把魚雷的工作狀態與貯存狀態分開研究。由于魚雷屬于長期貯存(一般為20～30年)、工作時間短的產品，因而魚雷在工作期間按成敗型產品考慮，在貯存期間按壽命型產品考慮[2]。

1.2 安全性與作用可靠性

安全性與作用可靠性是魚雷的兩項重要指標。魚雷裝備通常由戰斗部、動力推進裝置、制導系統、引信、保險裝置、總體結構、操縱裝置等組成。根據GJB531魚雷通用規范要求：魚雷的安全性是由魚雷的安全系統決定的，魚雷安全系統應符合GJB373A《引信安全性設計準則》中第3.2條的要求；保險機構的安全性必須有兩種或兩種以上不同原理，并且需要獨立的保險裝置來保證；火工制品的安全性應符合有關安全設計規范。一般要求安全失效率小于10-6，而魚雷一般在10-2左右。因此，可以采用計數抽樣檢驗方法來評定魚雷的作用可靠性，用成敗型試驗結果去估算。而由于樣本量所限，多采用故障樹分析法和FMECA去評定魚雷的安全性[3]。

1.3 魚雷失效的多態問題

在可靠性領域，產品的工作狀態一般分為正常和失效兩種，對于三種或三種以上的稱為多態，多態問題一般較為復雜。處理這類問題時，往往先把多態轉化為兩態，然后再按照兩態問題的解決方法去處理。魚雷產品的失效狀態有勤務處理安全性、貯存可靠性、發射前安全性、對目標作用可靠性等多種狀態。因此，魚雷的失效屬于多態問題，需要轉化為兩態問題再進行處理。

2 魚雷裝備可靠性技術發展趨勢

2.1 魚雷零部件的剛強度

在對魚雷零部件的設計和分析中，一般從結構和性能兩方面著手。在結構方面，包括強度和剛度兩個要求，即要求魚雷零部件在貯存狀態和運輸時，不因受到外力而發生變形或破壞。在性能方面，即要求魚雷零部件滿足下列戰技指標的要求：安全性和作用可靠性。實際中，魚雷零部件的剛度和強度是影響其安全性和作用可靠性的主要因素。為了更好地解決此問題，只依靠傳統的有關剛體力學的設計理論是不行的。根據魚雷的特殊性，必須采用一種能反映魚雷實際工作的隨機變量法來進行計算和評估[4]。

2.2 魚雷引信的可靠性

魚雷引信的可靠性是指魚雷引信在預定的時間內，在規定條件下能夠完成規定功能的能力。在魚雷服役期限內，對于裝有觸發引信的魚雷來說，在魚雷與艦船直接接觸時能夠爆炸的概率；對于裝有非觸發引信的魚雷來說，當引信接受到特定信號（如磁信號、聲信號、遙控信號等）時能夠爆炸的概率，這就是魚雷引信可靠性。

隨著現代裝備和魚雷技術的發展，魚雷的功能越來越多，其主要依靠引信內部各機構的協調動作來實現。現代魚雷引信主要有四種功能：起爆控制、安全控制、命中點控制和發動機點火控制。根據GJB/Z135-2002《引信工程設計手冊》要求，一個引信主要有發火機構、隔爆機構、保險機構、自炸機構、延期機構和爆炸序列等組成[5]。

2.3 魚雷系統可靠性

魚雷系統可靠性是指魚雷系統在預定的時間內，在規定條件下能夠完成規定功能的能力。其系統的可靠性包括基本可靠性和任務可靠性兩個方面。一般情況下，魚雷系統可靠性主要有三個指標：魚雷安全性、作用可靠性和長貯可靠性。從以下方面進行討論。

2.3.1 魚雷系統的可靠性仿真技術

隨著科技的發展，魚雷系統的結構和功能越來越復雜，使得傳統的可靠性分析方法不能滿足其要求，如魚雷的多態性和隨機性等。但計算機仿真技術的成熟，可以使魚雷系統在低成本、短周期的前提下，實現仿真，提高魚雷的設計水平。

2.3.2 魚雷系統智能故障診斷技術

由于魚雷是長期貯存、一次性使用的產品，所以一旦出現安全性和作用可靠性失效等問題，將引起巨大的經濟損失。為了提高魚雷在貯存和工作過程中故障的自動化處理水平，需要建立魚雷智能故障診斷系統，對魚雷的各項信息進行實時監測，如果發現異常要及時糾正，這對提高魚雷的作戰效能具有重要意義。

2.3.3 魚雷長貯可靠性

魚雷的貯存壽命一直以來備受關注，傳統的采用長期貯存試驗方法來確定，其缺點是時間長。對于新研制的魚雷，為了能更快地掌握其貯存壽命，采用加速貯存壽命試驗這一新型的方法來進行試驗。在試驗中將試驗產品置于高應力的環境下進行加速試驗，得到其加速試驗貯存壽命，從而推算出正常的貯存壽命[6]。

2.3.4 魚雷系統安全性分析技術

魚雷產品的安全性問題在其設計和生產的過程中顯得格外重要，技術指標對魚雷的安全性作了定量要求，但須通過故障樹分析法對其進行定性分析和定量計算。目前，關鍵的問題是如何將得到的魚雷失效底事件數據應用于其安全性分析，進而實現定量化。為此，首先需要得到完整的安全性失效底事件概率的數據，然后再根據這些數據對魚雷系統的安全性進行分析研究。

結束語

魚雷裝備是一種一次性使用、長期貯存的水中武器，研究魚雷裝備可靠性，對確定魚雷裝備在貯存期內進行維修、保障的檢測周期，確定戰備完好率及確定后勤保障費用具有重要意義。同時也為戰時魚雷裝備的安全性和工作可靠性提供理論依據。

[1]石秀華主編.水中兵器概論（魚雷分冊）.西安:西北工業大學出版社,2010,8.

[2]李志舜.現代魚雷自導系統及其發展趨勢[J].魚雷技術,1999,10.

[3]ZhiLing Peng,HeMing Zhao.Corrosion Mechanism of 12Cr2NiWVA CylinderLiners,ASIAN JOURNAL OF CHEMISTRY.2014,26(17):5347-5349.

[4]曾天翔.可靠性及維修性工程手冊[M].北京:國防工業出版社,1994.

[5]李良巧.兵器可靠性技術與管理[M].北京:兵器工業出版社,1991.

[6]張義民.汽車零部件可靠性設計[M].北京:北京理工大學出版社,2002.