空空導彈定延壽技術應用研究

李根成，陳智芳

（中國空空導彈研究院，河南 洛陽 471009）

空空導彈是由載機攜帶，從載機上發射、攻擊并摧毀敵方各類空中目標的精確制導武器，其作戰效能的高低已成為決定戰爭勝負的重要因素[1]。壽命對空空導彈作戰效能影響大，結合其“長期貯存，多次掛飛，一次使用”的特點，用戶通常對其壽命周期不同階段提出了相應的壽命指標。如除用總壽命外，還有貯存壽命、掛飛壽命和通電壽命要求[2-4]。

合理確定壽命指標是科學規劃空空導彈使用維護與修理、降低壽命周期費用、充分發揮作戰效能的需要，故受到用戶和承制方的高度關注。定壽是指通過分析與試驗找到一個期限，在此期限內產品仍能保持規定要求。由于導彈可維修，價值昂貴，在它開始不滿足規定要求時往往表現在一些薄弱環節上，這時對薄弱環節維修可以使其滿足規定要求，這種維修就是延壽[5-6]。

1 國內外常用的導彈定延壽方法

導彈貯存壽命的定延壽國際上主要有兩種方法：一是以美國為代表的國家，主要采用跟蹤監測法；另一種是以俄羅斯為代表的國家，主要采用加速試驗法[7-8]。國內對導彈定延壽的典型做法是：設計定型階段承制方根據廠內試驗、外場信息以及相似產品數據給出壽命預估值，隨著使用數據的積累等逐步給出首翻期、貯存期限等[9-10]。

1.1 跟蹤監測法

美國認為導彈組成復雜，材料種類繁多，其貯存使用環境也多種多樣，長期貯存中失效是多因素作用的結果，并不存在可以計算貯存壽命的準確公式。他們認為確定貯存壽命的有效方法是跟蹤監測，即執行貯存可靠性計劃，從裝備列裝起，定期監測導彈老化過程，包括貯存、戰場使用、飛行試驗等環境下的性能參數監測，進而估計貯存壽命。同時通過分解檢查，用無損探傷和破壞性試驗來檢查零部件有無腐蝕、脆化以及與老化有關的跡象。美軍所有貯存可靠性計劃都要求對導彈進行飛行試驗，之后將遙測數據與交付前的數據對比以尋找變化趨勢。如1968年美空軍擬定的“大力神Ⅱ可靠性和老化趨勢監測計劃（草案）”中包括理論分析、地面試驗和飛行試驗。地面試驗需對全彈從頭到尾全面試驗，分析時要對分系統的功能參數建立性能極限和故障判據，對部分分系統建立相應模型，選擇相應統計方法以估算可靠性和老化趨勢。該計劃的實施確保了使用可靠性，使大力神Ⅱ服役期延長至25年[6,9]。

1.2 加速試驗法

俄羅斯認為開展加速試驗可在有限時間內獲得更多的壽命與可靠性信息，20世紀80年代前蘇聯就用加速貯存試驗與加速運輸試驗來確定導彈壽命，并將其用于延壽。加速貯存試驗以描述產品在貯存過程中物理化學失效過程為前提，在此基礎上形成用來設計試驗方案的軟件，該軟件運行時需輸入貯存環境條件、場所、材料清單、元器件數量及其失效率等。俄羅斯“火炬”設計局對 8000多發導彈及彈上設備的失效情況進行了統計分析，甄別出影響貯存壽命的薄弱環節，用6個月加速試驗來模擬導彈10 年貯存壽命[9]。

加速運輸試驗是通過分析實際運輸數據，弄清哪些頻段影響最大，之后提出試驗方法，適用于導彈、結構系統、電子設備和零件等。通過建立一些定律和方程得到材料疲勞、老化過程，且要運用兩個假設：應力變化是線性的；故障是可累加的。通過試驗臺試驗大幅縮短了時間，如進行10 000 km的實地運輸一般要1個月，而加速試驗只需6天[11]。

1.3 國內常用的導彈定延壽方法[12-14]

常用的有廠內壽命試驗法、領先使用法、外場信息法、工程分析法、加速試驗法等。廠內壽命試驗法是利用設備盡量模擬外場使用條件對產品進行試驗，通過分析處理試驗數據確定產品壽命。領先使用法是根據使用時間最長產品的外場信息進行工程判斷和（或）統計分析，來確定產品壽命。外場信息法是利用產品現場使用中的信息確定產品壽命，根據統計分析方法的不同又分為殘存比率法和平均秩次法。工程分析法有薄弱環節法、相似法和折算法，薄弱環節法是通過分析產品中的壽命短板來確定壽命，相似法是利用相似產品壽命來確定或給定新產品壽命，折算法是將產品一種壽命單位折算為飛行小時或起落次數。加速試驗法是在失效機理不變的基礎上，通過尋找產品壽命與應力之間的物理化學關系（加速模型），利用加速應力水平下的數據去外推或評估正常應力水平下的壽命，有加速壽命試驗法和加速退化試驗法之分，前者得到的是加速應力下的壽命數據，而后者得到的是加速應力下的性能退化數據。

2 國內空空導彈定延壽現狀

2.1 廠內壽命試驗法

空空導彈通電壽命和掛飛壽命的定延壽常用此方法，試驗條件采用模擬實際使用中對產品壽命影響較大的敏感應力，按工程經驗法對數據分析處理。以某紅外空空導彈為例，在對其通電壽命延壽時，采用溫度應力+振動應力+濕度應力+電應力的綜合環境試驗剖面，結合延壽目標取經驗系數1.5設計延壽試驗時間。在對該導彈掛飛壽命延壽時，采用掛飛耐久振動+機動飛振動+橫向沖擊+縱向沖擊進行考核，以充分模擬空中掛飛、帶彈起降過程，并取經驗系數 1.5處理試驗數據。

2.2 工程分析法

2.2.1 薄弱環節法

空空導彈貯存壽命、通電壽命、掛飛壽命的定延壽可用此方法。首先找出產品薄弱環節，并進行試驗以確定其壽命，進而確定高一層次產品的壽命。延壽時先重點論證薄弱環節是否具有延壽潛力，如有則開展原位延壽，即結合薄弱環節所用元器件原材料特性、仿真分析結果等初步分析延壽潛力，然后設計試驗以驗證，進而給出比初始壽命更長的指標。若無潛力則進行修理延壽。以某導彈發動機為例，研制階段分析認為裝藥、橡膠密封圈為貯存壽命薄弱環節，通過對裝藥、橡膠密封圈進行壽命試驗表明可滿足首翻期要求。達到首翻期時，根據實際使用情況分析認為裝藥壽命尚有一定余量，而橡膠密封圈的延壽潛力較小，故對已到首翻期的發動機先更換橡膠密封圈，之后對裝藥貯存壽命進行延壽試驗。

2.2.2 相似產品法

空空導彈貯存壽命、通電壽命、掛飛壽命的定延壽可用此方法。如某彈載計算機與另一型彈載計算機模塊 A相比，工作原理基本相同，選用的元器件類同，印制板生產工藝也基本相同，A模塊自交付十多年來正常，類比分析認為該彈載計算機的貯存壽命能達10年以上。再如某探測器是在另一型探測器B的基礎上改進的，針對探測器B實際使用中的問題從配套器件、工藝等進行了改進，探測器 B已實際掛飛150次，類比分析認為該型探測器的掛飛壽命能達到150次。

2.2.3 折算法

常用此方法進行空空導彈掛飛壽命的定延壽。按照GJB 150A《軍用裝備實驗室環境試驗方法》，當掛飛壽命為150飛行小時，試驗量值為1.6倍功能試驗量值時，耐久試驗持續時間為每個軸向46 min[15]。產品研制總要求中常按起落次數明確掛飛壽命要求，如不小于70起落，所以對空空導彈掛飛壽命定延壽時，首先按載機的平均攜彈留空時間將起落次數折算為總的留空時間，再按46 min地面振動試驗相當于空中150 h飛行的比例進行相應試驗。

2.3 加速試驗法

空空導彈貯存壽命定延壽常用此方法，即在分析并確定薄弱環節的基礎上開展加速試驗。如對某型加速度計開展了加速退化試驗，從而預估出正常應力下的貯存壽命可達 17.1年。對某型電雷管、擴爆管、火藥拔銷器等火工品開展了71 ℃的加速壽命試驗，預估了正常應力下的貯存壽命。采用加速壽命試驗法對某型發動機延壽時，既有針對裝藥（薄弱環節）的試驗，又有針對發動機整機的試驗。

3 建議

定延壽技術在空空導彈中的應用促進了其戰斗力的形成與保持。隨著導彈日益集成化、系統化，其壽命與可靠性要求也不斷提高，當前的定延壽技術在日益增長的工程需求面前逐漸顯得力不從心。另外受研制周期、成本等因素制約，一些基礎工作仍有待加強。

1）加強廠內試驗技術研究。實驗室試驗的真實程度決定了廠內試驗結果的可信程度。空空導彈使用地域廣，配裝多型載機，應重視空空導彈列裝后運輸、裝卸、貯存、起降、掛飛等階段環境數據的收集分析。特別是盡可能利用科研靶試、批檢靶試、戰訓等機會實測導彈實際工作環境，以指導廠內試驗條件的制定。同時應加強試驗方法研究，包括產品裝夾、控制點選擇、多輸入多輸出控制、極限控制、彈內外傳遞特性等，以盡可能模擬實際環境。

2）重視失效機理研究。加速試驗的前提是失效機理不變，即產品在不同應力水平下的失效機理是相同的。應加強對導致產品失效的物理化學過程研究，利用材料學、物理學、化學、失效分析技術等找出失效原因，進而設計合理的方案，促進加速試驗在空空導彈上的廣泛應用，并為基于失效物理的可靠性虛擬試驗方法的應用與發展奠定基礎。

3）推廣可靠性虛擬試驗。可靠性虛擬試驗是通過建立產品的物理模型、材料模型、設計分析模型、失效機理模型和其他工程分析模型，將產品預期承受的工作應力與產品的潛在故障發展聯系起來，從而定量預計產品的可靠性與壽命。如在產品早期設計階段，可利用軟件進行溫度應力和振動應力的仿真計算，應用失效物理模型進行應力損傷分析，以獲取潛在的故障信息。實踐表明，可靠性虛擬試驗可有效避免可靠性和壽命試驗的盲目性，節約研制經費，縮短研制周期[5-6]。

4）系統開展自然貯存試驗。加速試驗具有時間短、成本低等優點，但依賴大量的元器件原材料基礎數據，且加速試驗的可信度得不到充分保證。相比而言，自然貯存試驗可信度高。可參照美國成功經驗，制定并實施貯存可靠性計劃，通過跟蹤監測及時掌握產品老化趨勢，識別薄弱環節并盡可能改進，充分挖掘產品壽命潛力。

參考文獻：

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