某型末制導炮彈控制艙貯存加速壽命試驗應力研究

徐進欣，王金柱，范志鋒

（軍械工程學院，石家莊 050003）

某型末制導炮彈控制艙貯存加速壽命試驗應力研究

徐進欣，王金柱，范志鋒

（軍械工程學院，石家莊 050003）

目的 研究某型末制導炮彈控制艙貯存加速壽命試驗應力類型。方法 在明確某型末制導炮彈控制艙結構特征的基礎上，逐一對各部組件進行失效模式及失效機理分析，歸納出影響控制艙失效的主要應力類型。結果 影響末制導炮彈控制艙貯存可靠度的主要環境應力是溫度和濕度。結論 選取溫度做單應力加速壽命試驗。

控制艙；加速應力；失效分析；貯存壽命

某型末制導炮彈的控制艙集光、電、機于一體，結構復雜，區別于其他常規彈藥，其貯存環境條件要求高，對貯存可靠性要求也更加苛刻。自然貯存實驗法的試驗數據最為實際、也最為準確，但由于耗時過長，不能適應新型彈藥的發展需要[1]。為此，提出用加速壽命試驗方法，在較短的時間內，推斷出其在正常應力水平下的可靠性特征和失效分布，預測出其貯存壽命。

目前的貯存加速壽命試驗主要集中于元器件級、材料級等常規彈藥元件的單一失效機理研究[2—3]，而某型末制導炮彈控制艙結構復雜，存在多個失效機理，加之缺乏歷史故障信息的資料積累，造成在選取加速應力時比較困難，很難確定何種應力在貯存狀態下對產品的失效起主導作用[4]。為此文中著重對控制艙貯存加速壽命試驗的主要應力類型進行了分析。

1　結構特征

1.1 主要部組件及功能

某型末制導炮彈的控制艙由鼻錐部、導引頭、自動駕駛儀組成[5]。鼻錐部用于末制導炮彈在貯存、勤務處理及發射過程中保護導引頭的光學部件，消除導引頭光電接收器可能受到的背景噪聲干擾，降低彈丸在非制導段上的迎面阻力系數，按時啟動整個制導彈丸的工作程序，并按預定程序適時與導引頭分離，主要由待發程控裝置、風帽、電爆管、鼻錐裝藥、活塞等組成[6]；自動導引頭用于在彈道末段形成將制導彈丸導向目標的控制信號，結構上由帶濾光鏡的球面整流罩、位標器和電子艙組成；自動駕駛儀用于接收并處理來自自動導引頭的控制信號和彈上慣性陀螺提供的重力補償信號，進而將其轉換成驅動裝置的控制指令，控制彈丸按一定的導引規律飛行并攻擊目標，主要由驅動裝置、慣性陀螺、電源裝置和電子部件等組成。

1.2 可靠性框圖

由某型末制導炮彈的構造組成、工作時序以及失效分析可知，控制艙的可靠性結構為串聯型。其可靠性框圖如圖1所示。

圖1 某型末制導炮彈控制艙可靠性框圖Fig.1 Reliability chart of terminally guided projectile

2　失效模式分析

結合常規彈藥和導彈的失效分析，對照某型末制導炮彈控制艙可能出現的故障，依據可靠性框圖中的部組件，對其功能、失效模式、失效原因、失效影響等問題的研究以 FMECA列表的形式進行分析，分析結果見表1。

表1 部組件FMECA表Table 1 FMCEA for the components

3　失效機理及主要影響應力分析

某型末制導炮彈的控制艙由多種類型部件組成，組成的部組件結構復雜，失效機理不同于常規彈藥，在對某型末制導炮彈控制艙進行貯存失效分析的基礎上，分析每個部件失效的主要影響應力和失效機理[9]。為了便于分析，將這些部件分為火工品部件、光電部件和精密機械部件[10]，見表2。

表2 部件分類及組成Table 2 Classification and contents of components

火工品部件的失效模式主要包括：電爆管壓敏值下降；作動器推力下降；熱電池的絕緣電阻不合格。壓敏電壓值下降主要是由于壓敏電阻器自身性能老化導致的，濕度也是引起壓敏電壓下降的另一個主要影響因素[11]；作動器由管殼、作動帽和點火管組成，位于導引頭內，作動器推力下降主要是在導引頭裝配過程中被陀螺油污染，降低了藥劑輸出性能所致[12]；熱電池絕緣電阻不合格的主要原因是工藝因素，產品在裝配和周轉過程中受潮，檢測時空氣濕度大，熱電池貯存一段時間后，絕緣電阻增大是內部水分被電解質吸收造成的[13]。因此，溫、濕度應力和機械應力（振動與沖擊等應力）、污染是引起火工品部件失效的主要環境應力。

光電部件的主要失效模式分為三類：濾光鏡涂層被破壞和殼體破損；光電二極管功能下降，放大器故障；光電轉換功能失效。其中濾光鏡涂層被破壞和殼體破損主要是機械應力、銹蝕或熱應力膨脹造成的；光電轉換功能失效主要是沖擊應力和熱應力造成；而放大器的失效主要是電阻器、電容器等電子元器件因溫濕度積累發生物理化學反應造成的；溫、濕度和霉菌等產生霧氣或污染引起光學鏡片的光學性能變差；電磁脈沖可擊穿電子部件[14]，光電接收器受到陽光照射也會引起有機材料的老化。因此，溫、濕度應力、機械應力、霉菌和電磁是引起光電部件失效的主要環境應力。

機械部件的失效模式主要包括：機械應力使陀螺儀質心發生位移；金屬零件銹蝕。位標器陀螺的轉軸和慣性陀螺的轉子部件由于被腐蝕，摩擦力矩增大而超限；接觸片式角度傳感器接觸片的腐蝕，影響各接觸片在不同偏角時輸出信號，不能給舵機正確分配信號。因此，溫、濕度應力、機械應力和腐蝕是引起機械部件失效的主要環境應力。

綜上所述，控制艙各部件的主要影響應力，見表3。經分析可知，影響末制導炮彈控制艙可靠度的主要環境應力是溫度、濕度及機械應力。考慮到試驗實現的難易程度以及試驗研究對象為貯存條件下的某型末制導炮彈控制艙部件，溫、濕度是其主要影響應力。因此筆者認為應首選溫度和濕度作為加速壽命試驗的加速應力，但由于目前對濕度應力的加速規律，特別是雙應力交變作用的加速規律的認識尚不充分[15]，且某型末制導炮彈自身及包裝密封特性較好，對濕度應力不是很敏感。因此，可選擇溫度做單應力加速試驗，濕度固定在65%。

表3 各部件的主要影響應力Table 3 Main influential stress of components

4　結語

文中運用逐層分析、歸納總結的方法，確定了某型末制導炮彈控制艙貯存加速壽命試驗應力類型，為類似產品的加速壽命試驗應力的選取方法提供了參考。隨著高可靠性、長壽命新型彈藥產品的不斷更新換代，為快速、準確地評價產品在實際貯存環境中的可靠性水平，今后應進一步加強對綜合應力水平加速壽命試驗的研究。

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Study on Accelerated Storage Life Testing Stress of Control-Capsule of Terminally Guided Projectile

XU Jin-xin, WANG Jin-zhu, FAN Zhi-feng
(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Objective To study the type of accelerated storage life testing stress of control-capsule of terminally guided projectile. Methods Based on determining the structural characteristics of terminally guided projectile control-capsule, the failure mode and mechanism were analyzed one by one on each component. And main stress types that influenced control-capsule failure were summarized. Results The main types of storage environment stress leading to component failure were temperature and humidity. Conclusion Temperature is applied for single stress accelerated life test.

control-capsule; accelerated stress; failure analysis; storage life

2016-05-26；Revised：2016-06-14

10.7643/ issn.1672-9242.2016.05.014

TJ410.1

A

1672-9242(2016)05-0088-04

2016-05-26；

2016-06-14

徐進欣（1992—），男，湖南常德人，碩士，主要研究方向為彈藥保障與安全技術。

Biography：XU Jin-xin（1992—）， Male， from Changde， Hunan， Master， Research focus: ammunition support and security technology.