直升機基本可靠性預計方法應用

周健 郝宗敏

摘要：本文介紹了直升機整機、系統和設備三個層次在不同的研制階段采取相應的可靠性預計方法，確立了直升機各層次可靠性預計的一般流程以及各層次之間的關聯性，提出在各層次進行基本可靠性預計的注意事項，并結合案例說明了所選取方法、分析流程等的可行性。

Abstract： This paper introduces the three levels of helicopters， systems and equipment to adopt corresponding reliability prediction methods in different development stages， and establishes the general process of reliability prediction at all levels of the helicopter and the correlation between the various levels， puts forwards the precautions for basic reliability prediction at each level， and explains the feasibility of the selected method and analysis process in combination with the case.

關鍵詞：直升機；基本可靠性預計

Key words： helicopter；basic reliability prediction

中圖分類號：V275.1 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）29-0250-03

0 引言

可靠性預計是用于評估所設計產品是否符合規定可靠性要求的一種方法，是為了估計由于產品不可靠導致的對維修與后勤保障的要求。

通過可靠性預計可以及時發現直升機產品、系統和整機設計能否滿足可靠度指標的要求，如不能滿足必須進行設計更改。在不同產品層次和不同研制階段，所采用的預計方法也有不同，目前，電子設備級最常用的可靠性預計方法有：元器件計數法、元器件應力分析法[1]；非電子設備可采用相似產品法和統計數據（如NPRD）預計；系統級和整機級可靠性預計由設備失效率進行預計，在缺乏具體數據時可采用相似產品法。

1 直升機基本可靠性預計的一般流程

可靠性預計是自下而上的歸納綜合過程，下一層次產品的可靠性預計值可作為上一層次產品可靠性預計的輸入。因此，直升機可靠性預計應從設備級預計，逐層傳遞到整機可靠性預計，最終確定直升機可靠性預計結果。

1.1 各層級基本可靠性預計流程

分別獲取直升機、系統或設備的方案設計報告；設備級預計需列出各設備的元器件清單及相應參數，采用相關的方法和故障率數據進行預計，系統級預計需要列出系統中的設備組成清單以及各設備的可靠性預計值，整機級預計需要列出直升機各系統組成以及各系統的可靠性預計值；隨后按串聯可靠性模型將各組成的失效率直接相加得到相應層次的失效率，將該失效率轉換成設備的平均故障間隔時間/飛行時間；再對可靠性薄弱環節進行分析，提出設計改進建議；最后形成基本可靠性預計報告。基本流程如圖1所示。

1.2 直升機各層次基本可靠性預計的方法

基本可靠性預計不僅是評估可靠性指標的符合性，還可以作為設計手段，為設計方案的決策提供依據。在方案決策前完成預計，提供完整的數據支撐。同時，還可以及時發現設計的薄弱環節，提出設計改進建議。因此，可靠性預計工作應與設計同步開展，及時有效的進行。而為達到開展可靠性預計工作的及時性，應在與設計同步在不同的設計階段和各個層次上采取相應的預計方法，并隨著設計工作的深入而不斷地細化迭代。

2 設備級基本可靠性預計

確定設備中的元器件、零部件信息，設備的工作環境類別、環境溫度。根據需要選擇元器件計數法或元器件應力分析法或相似法預計元器件、零部件的失效率，按串聯可靠性模型將各元器件、零部件的失效率直接相加得到設備的失效率，將該失效率轉換成設備的平均故障間隔時間，并對預計結果進行分析且給出結論。

2.1 電子設備可靠性預計

2.1.1 元器件計數法

元器件計數法使用與方案設計階段，在預計中需列出所有元器件的種類和數量、元器件的質量等級以及設備的工作環境，采用GJB/Z 299C-2006和MIL-HDBK-217F提供的數據和方法進行預計。

例如：某直升機上一個電子設備的組成為：120個片式膜電阻器、35個瓷介電容器、3個簧片繼電器和21個普通硅二極管；各器件質量等級均為B1且為國產器件。計算該設備的基本可靠性預計過程如下：

根據設備的工作環境類別（ARW）、元器件的種類（片式膜電阻器、瓷介電容器、簧片繼電器和普通硅二極管）、質量等級（B2），查GJB/Z299C-2006失效率，確定各元器件的通用失效率λ1、λ2、λ3、λ4分別為：λ1=0.0055（10-6/h），λ2=0.0188（10-6/h），λ3=0.2438（10-6/h），λ4=0.0194（10-6/h）；元器件的質量系數分別為：πQ1=1.0，πQ2=1.0，πQ3=1.0，πQ4=1.0。最后根據元器件數量，計算出設備基本可靠性指標如下：

2.2.2 故障率統計數據預計

在非電設備的詳細設計階段，設備的組成已經清楚，這時，可利用這些零部件的基本故障率數據（如試驗和外場使用中統計得到的數據、故障率數據集-NPRD《非電子零部件可靠性數據》等）進行預計。按串聯可靠性模型，將元器件的故障率預計結果直接相加得到非電設備的基本可靠性。

3 系統級基本可靠性預計

由于系統中各設備工作時間不同，因此在系統級可靠性預計時需要統一，確定設備的工作時間和直升機任務飛行時間，計算設備的運行比。將設備的基本可靠性預計值平均故障間隔時間（MTBF）轉換為平均故障間隔飛行時間（MFHBF）。之后再根據設備的MFHBF預計系統的MFHBF，并對預計結果進行分析且給出結論。

例如：某直升機燃油供油系統由5個設備組成，對應的各設備失效率為：λ1=0.6×10-3，λ2=1.0×10-3，λ3=0.3×10-3，λ4=0.2×10-3，λ5=1.5×10-3。直升機飛行時間為4h，在此飛行任務中各設備的工作時間分別為4h、4h、2h、1h、1h。系統可靠性預計計算過程如下：

①計算設備的運行比：

b1=b2=4/4=1.0 b3=2/4=0.5 b4=b5=1/4=0.25

②計算系統的MFHBF：MFHBFS=1/（λ1b1+λ2b2+λ3b3+λ4b4+λ5b5）=459.77Fh。

4 整機級基本可靠性預計

整機基本可靠性預計在方案階段一般采用相似法，根據相似機種、相似系統的可靠性值進行整機的初步基本可靠性預計。隨著設計的深入，根據各系統的可靠性預計值（MFHBF）再進行整機的預計。預計基本可靠性時，把組成直升機的各系統按串聯模型進行計算。

5 工程應用中直升機可靠性預計的注意事項

5.1 薄弱環節分析

新成品從研制開始直至成熟期前都在可靠性增長的過程中，無論可靠性預計值是否達到要求，均應根據可靠性預計的情況，分析設備的可靠性薄弱環節，并針對薄弱環節采取必要的設計或工藝改進措施（一般不應更改外部接口），進行可靠性增長，對增長措施應進行詳細分析說明。

5.2 基本可靠性與任務可靠性的權衡

基本可靠性的增長不能以犧牲任務可靠性為代價來實現。對于無法通過設計消除的固有可靠性薄弱環節，應詳細說明在制造中應采取何種嚴格的質量控制措施。

5.3 預計時間的一致性

在系統和整機基本可靠性預計時，必須保持時間的一致性，即確認系統中各設備運行比統一到飛行時間進行計算。

6 結束語

本文從直升機研制的工程實際出發，研究總結了在各層級常用的幾種基本可靠性預計方法，針對直升機特點提出了各方法的選取原則，并給出了直升機基本可靠性指標預計的一般流程和具體步驟。通過實際案例證明本文提出的可靠性預計方法、選取原則和操作流程簡便易行，可以推廣相關工程應用中。

參考文件：

[1]李曉敏，韋閩峰，邱靖宇，朱曉蕾.電子設備可靠性預計研究.

[2]王遠達，宋筆鋒.系統可靠性預計方法綜述.

[3]曾聲奎等編著.系統可靠性設計分析教程[M].北京航空航天大學出版社，2001.