末制導炮彈修理元件壽命試驗方法研究

范志鋒，王金柱，徐敬青，仲偉君

（軍械工程學院 彈藥工程系，石家莊 050003）

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末制導炮彈修理元件壽命試驗方法研究

范志鋒，王金柱，徐敬青，仲偉君

（軍械工程學院 彈藥工程系，石家莊 050003）

從確保修理的經濟性、修后的儲存壽命角度考慮，確定了需要開展壽命試驗的末制導炮彈元件。在此基礎上，提出了末制導炮彈不可重復測試元件和可重復測試元件壽命試驗方法；綜合權衡試驗費用和試驗精度，給出了修理元件壽命試驗的有關建議。

末制導炮彈；壽命試驗；修理元件

末制導炮彈是將制導技術、光電技術等相關技術應用到常規炮彈上而產生的一種高技術制導彈藥［1—2］。其結構復雜、設計儲存壽命相對較短。對達到設計儲存壽命的末制導炮彈，若沒有開展有效的質量監測工作，只能送廠進行修理。現行的末制導炮彈修理時，通常按照傳統通用彈藥維修的經驗，對部分元件全部進行更換，部分元件參照生產廠交驗要求抽取一定數量進行檢測，若不合格則全部進行更換，若合格，則繼續使用原彈上的元件。上述末制導炮彈修理模式存在的主要問題是：一方面，元件的更換存在盲目性；另一方面，無法獲得修理后末制導炮彈儲存壽命的相關數據。

文中以待修末制導炮彈修理更換元件為研究對象，探討其儲存壽命試驗方法，為科學開展末制導炮彈的修理工作提供依據。

1　末制導炮彈修理元件分析

1.1現行修理方法［3］

大修廠在開展末制導炮彈修理時，對全彈拆解后，對其中的元件主要進行以下三種形式的修理。

1）全部更換修理元件。包括鼻錐部中的鼻錐裝藥、A號電爆管、導引頭中的B號電作動器、助推發動機中的C號燃發式延期點火具、D號點火藥盒、E引信等。這類元件從彈上拆卸下來后，全部采用新品進行更換修理。

2）視情更換修理元件。包括鼻錐部中的待發程控裝置、導引頭（不含B號電作動器）、自動駕駛儀中的慣性陀螺、驅動裝置、熱電池、電子部件、助推發動機中的發動機裝藥等。這類元件采取抽樣或全數檢測，根據檢測結果決定是否更換。其抽樣數量一般參照生產廠交驗規范來確定，無論是對修理方還是使用方，都存在較大風險。例如，鼻錐部和驅動裝置中都含A號電爆管，鼻錐部中A號電爆管進行了100%更換，而驅動裝置只抽取了一定數量進行點火試驗，沒有充分驗證A號電爆管的性能。

3）不更換元件。主要是儲存壽命較長的戰斗部裝藥。戰斗部裝藥采用的是成熟技術，直接使用原待修末制導炮彈上的戰斗部裝藥能夠確保修理后的儲存壽命要求。

1.2待試驗修理元件

從確保修理的經濟性、修后的儲存壽命角度考慮，迫切需要對全部更換修理元件和視情更換修理元件開展壽命試驗研究。主要包括以下幾種類型。

1）火工品類元件。包括鼻錐部中的A號電爆管、導引頭中的B號電作動器、助推發動機中的C號燃發式延期點火具、D號點火藥盒、自動駕駛儀中的熱電池等，這類元件不能進行重復測試。

2）裝藥類元件。包括鼻錐部中的鼻錐裝藥和助推發動機中的發動機裝藥，這類元件不能進行重復測試。

3）引信類元件。包括鼻錐部中的待發程控裝置和E引信，這類元件不能進行重復測試。

4）機電（電子）類元件。包括自動駕駛儀中的慣性陀螺（不含火工品）、驅動裝置（不含火工品）、電子部件，這類元件能進行重復測試。

2　修理元件壽命試驗

2.1不可重復測試元件

對于火工品類、裝藥類、引信類不可重復測試元件，若要準確測定其滿足設計指標要求的儲存壽命，需要消耗大量樣本，同時試驗費用也難以承受。對于修理來說，只需要保證修后末制導炮彈滿足規定儲存壽命（如5年）即可滿足修理要求。因此，對于末制導炮彈不可重復測試元件，按下列步驟開展壽命試驗。

1）從待修末制導炮彈上抽取一定數量的元件，分成數量相同的兩部分。

2）取其中的一部分元件進行初始性能檢測。若不合格，則判定該元件需要100%進行更換修理，試驗終止；若合格，則執行步驟3）。

3）取另一部分元件進行加速老化試驗。加速老化試驗的時間依據修后末制導炮彈應滿足的儲存壽命來確定。經歷加速老化試驗后進行性能檢測，若合格，則該元件可以繼續使用；若不合格，則該元件需要100%進行更換修理。

由于末制導炮彈采取了密封包裝，可以忽略儲存過程中濕度對儲存壽命的影響，采取溫度作為加速老化試驗應力［4］，因此，可采用修正的阿累尼烏斯方程［5—6］來計算加速老化試驗時間，計算公式為：

式中：t1為試驗元件加速老化時間；t0為試驗元件在出廠設計壽命的基礎上，常溫（294 K）條件下繼續儲存，應滿足的儲存壽命（如5年）；r為反應速度溫度系數；T1為老化試驗溫度應力，取344 K；T0為常溫（294 K）；A為與反應溫度系數對應的溫度變化，取10 K。

2.2可重復測試元件

對于自動駕駛儀中的慣性陀螺（不含火工品）、驅動裝置（不含火工品）、電子部件等可重復測試元件，可以采取加速壽命試驗或加速退化試驗的方法確定其儲存壽命。

加速壽命試驗是在失效機理不變的基礎上，通過尋找加速模型，利用高應力水平下的壽命特征去外推或評估正常應力水平下壽命特征的試驗技術，它能獲得計數型失效數據，屬于統計試驗[7—8]。由于受試末制導炮彈元件的價格昂貴、測試參數較多、周期較長，受試驗經費和試驗時間的限制，可以實施定時截尾的步進應力加速壽命試驗[9—11]。

退化是指能夠引起產品性能發生變化的一種物理或化學過程，當產品受到各種環境應力作用時，材料的性能或狀態會隨之產生變化，經過一定的作用累積期并達到某種量級時，會導致產品損傷的出現，表現為產品性能參數值的變化，當損傷達到某一極值時，產品就會失效，稱這種現象為退化型失效［12—13］。若受試末制導炮彈元件的失效是退化型失效，則可實施加速退化試驗。加速退化試驗是在失效機理不變的基礎上，通過尋找加速模型，利用高應力水平下的性能退化數據去外推或評估正常應力水平下壽命特征的試驗技術［14—17］。加速退化試驗克服了傳統加速壽命試驗只記錄產品失效時間，不管其如何失效及失效的具體過程，沒有考慮其性能變化情況的不足，同時也可以彌補加速壽命試驗對無失效試驗數據處理的缺陷。另外，與加速壽命試驗相比，對末制導炮彈元件實施加速退化試驗，可以減少樣品消耗、縮短試驗時間、降低試驗費用。

與不可重復測試元件壽命試驗類似，無論對末制導炮彈元件實施加速壽命試驗還是加速退化試驗，均采用溫度作為試驗應力。

3　修理元件壽命試驗的有關建議

3.1籌措試驗樣品

若從末制導炮彈元件生產廠購買新品開展壽命試驗，必然造成試驗所得元件的儲存壽命與真實儲存壽命存在較大誤差。

若單獨從后方倉庫中抽取一定儲存時間的末制導炮彈，分解后開展不可重復測試元件壽命試驗和可重復測試元件壽命試驗，勢必造成巨大的軍事和經濟損失。因此，建議依托大修廠實施末制導炮彈修理工作時開展試驗樣品的籌措，即拆卸待修末制導炮彈取出試驗樣品。根據試驗結果，從生產廠購置一定數量的新品元件將其裝配到末制導炮彈上。這樣，既減少了壽命試驗誤差，同時大大降低了試驗費用。

3.2確定加速老化試驗時間

根據公式（1）計算加速老化試驗時間時，需要給出t0。在樣本量和研究經費允許的情況下，最好給出t0的區間值，如5～8年。這樣，在高溫儲存下等效常溫儲存5年后，元件性能檢測合格，可以繼續在高溫儲存下等效常溫儲存3年后再次進行元件性能檢測。若合格，說明該元件的儲存壽命在設計壽命的基礎上，可延壽8年以上；若不合格，說明該元件的儲存壽命在設計壽命的基礎上，可延壽5年以上，但小于8年。因此，建議根據研究經費和樣本量，合理確定加速老化試驗時間，提高壽命試驗精度。

3.3預估加速壽命（退化）試驗樣本量

對于不可重復測試元件進行加速老化試驗，單次性能檢測所需的樣本量可以參照生產廠制造驗收規范確定。對于可重復測試元件進行加速壽命（退化）試驗，樣本量越大，試驗結果越精確，同時試驗費用也大大增加。因此，建議基于試驗元件的可靠性指標要求、試驗元件可能服從的壽命分布類型（威布爾分布或指數分布）以及參考相似產品（如無線電引信電子頭）信息，對加速壽命（退化）試驗所需的樣本量進行預估，以保證試驗精度的情況下最大限度降低試驗費用。

4　結語

對末制導炮彈修理元件的壽命試驗方法進行了探索性研究，為下一步具體實施末制導炮彈修理元件的壽命試驗奠定了基礎，為開展類似彈藥修理元件壽命試驗提供了借鑒，主要研究結論如下所述。

1）確定了待試驗末制導炮彈元件的種類。對現行末制導炮彈修理方法進行了分析，從確保修理的經濟性、修后的儲存壽命角度考慮，確定了火工品類、裝藥類、引信類、機電（電子）類等四類需要開展壽命試驗的末制導炮彈元件。

2）提出了末制導炮彈不可重復測試元件和可重復測試元件壽命試驗方法。對于火工品類、裝藥類、引信類等不可重復測試元件以及自動駕駛儀中的慣性陀螺（不含火工品）、驅動裝置（不含火工品）、電子部件等可重復測試元件，提出采用基于溫度應力的壽命試驗，確定元件的儲存壽命。

3）給出了開展末制導炮彈修理元件壽命試驗的有關建議。綜合權衡試驗費用和試驗精度，給出了籌措試驗樣品、確定加速老化試驗時間、預估加速壽命（退化）試驗樣本量的相關建議。

下一步，應根據各受試元件的結構性能特點，制定具體的壽命試驗方法并組織實施壽命試驗，確定受試元件的儲存壽命，為科學開展末制導炮彈的修理工作提供依據。

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Life Test Methods for the Repaired Components of Terminal Guided Projectile

FAN Zhi-feng,WANG Jin-zhu,XU Jing-qing,ZHONG Wei-jun
(Department ofAmmunition Engineering,Ordnance Engineering College,Shijiazhuang 050003,China)

This work ascertained terminal guided projectile components that should have a life test from the point of view of economical efficiency of repair and storage life after repair.On this basis,it proposed the life test methods for the components of terminal guided projectile that could and could not be repeatedly tested.It presented relevant advice for the life test of repaired components by comprehensively balancing the test cost and the test accuracy.

terminal guided projectile;life test;repaired components

2016-03-04；Revised：2016-04-06

10.7643/issn.1672-9242.2016.04.010

TJ410

A

1672-9242(2016)04-0062-04

2016-03-04；

2016-04-06

范志鋒（1978—），男，湖北武穴人，副教授，博士，研究方向：信息化彈藥技術保障的研究。

Biography：FAN Zhi-feng(1978—),Male,from Wuxue,Hubei,Associate professor，Doctor,Research focus:Technical support of information ammunition.