某型裝備靶試故障機理研究

■ 程敬德 石瑋瑋 劉永微 李曉峰/洛陽丹城無線電廠

0 引言

在缺乏遙測數據支持的前提下，僅能基于光測數據和載機雷達數據，采用概率統計及理論分析相結合的方法開展綜合分析工作。針對裝備靶試中出現的問題，結合工廠對某型裝備的維修保障情況，采用故障樹分析法，對引起裝備靶試失利的基線因素進行重點分析，對裝備脫靶、早炸、發動機未點火、未離梁等故障機理進行研究，總結裝備故障規律，提出改進措施建議。

1 早炸故障機理

1.1 早炸故障樹

裝備早炸可分為兩種模式：一是戰斗部爆炸；二是發動機爆炸。圍繞這兩種事件的各種可能因素，建立裝備早炸故障樹，如圖1 所示。

圖1 裝備早炸故障樹

1.2 早炸機理分析

一是裝備發動機工作過程中，飛行失控，軌跡異常，出現早炸。結合工廠維修經驗，認為慣性元件、電位計發生故障造成裝備飛行失控的可能性較大。由于裝備飛行失控，呈大幅度劇烈機動飛行，其過載超出允許值時，裝備將發生擺動（嚴重時可使裝備折斷），在裝備劇烈擺動狀態下，裝備殼體變形。由于觸發引信裝在殼體內壁，裝備殼體產生的變形波可能導致觸發引信的波動簧片斷開，引起磁通量變化，產生電動勢，形成起爆信號，引爆戰斗部。也不排除在大過載情況下，發動機裝藥出現裂紋引起爆炸的可能。

二是裝備飛行軌跡基本正常，裝備未作大過載機動，距目標幾千米左右出現早炸。由于早炸前裝備未做大機動飛行，所以不可能因為觸發引信動作導致早炸。早炸時發動機已經停止工作，所以可排除發動機爆炸的可能性。裝備早炸時，已進入雷達末制導段，戰斗部保險執行機構已經解鎖，只要近炸引信有起爆信號傳來，戰斗部就會起爆。所以近炸引信問題導致早炸的可能性較大。

1）近炸引信執行級故障導致早炸：裝備早炸時已經進入末制導飛行，在裝備接近目標時，控制系統組件將形成“接通近炸引信”指令，近炸引信脈沖發生器、信號處理組件重合電路、執行級電路開始加電。由于引信執行級直接與保險執行機構相連，其輸出脈沖直接引爆戰斗部，所以如果執行級電路在加電時出現故障（如晶閘管或穩壓管短路等），保險執行機構將有可能起爆，導致早炸。

2）近炸引信虛警導致早炸：引信和飛控配合控制戰斗部起爆，所以不能排除近炸引信虛警導致裝備早炸的可能性。近炸引信產生“引信發現目標”指令時，飛控計算機向近炸引信輸出延遲起爆指令，引爆戰斗部。如果近炸引信信息處理電路出現故障，或由于裝備電源波動、電路噪聲干擾、外界云霧干擾等情況，噪聲信號被異常放大，將導致引信邏輯混亂、判斷失誤、錯誤輸出“引信發現目標”指令，導致早炸。

1.3 改進措施

1）針對裝備飛行失控問題，加強控制系統穩定回路檢查，具體在脫靶機理分析中詳細論述。

2）為預防近炸引信執行級電路在加電過程中出現故障導致早炸，須加大引信檢測深度，進行近炸引信電源拉偏試驗，模擬引信在裝備熱電池供電情況下的工作狀況，并對引信執行級電路偏壓性能和無“允許起爆”信號時的起爆脈沖進行監測，及早排除近炸引信引起的早炸隱患。

2 脫靶故障機理

按照飛行軌跡情況對脫靶裝備進行分類：

1）飛行失控、軌跡異常導致脫靶；

2）飛行軌跡基本正常、脫靶量大導致脫靶；

3）飛行軌跡平直、不向目標機動導致脫靶；

4）脫靶量“臨界”導致脫靶。

2.1 脫靶故障樹

裝備脫靶原因復雜，涉及裝備、靶標、載機、發射條件等因素。現從裝備自身出發，分析裝備脫靶原因。裝備脫靶主要緣于制導系統故障，裝備制導系統故障樹如圖2 所示。

圖2 裝備制導系統故障樹

2.2 飛行失控、軌跡異常故障機理分析

2.2.1 靶試現象

現象1：裝備發射后，向左上方進行大機動蛇形飛行，軌跡異常，飛行一段時間后落地爆炸。

現象2：裝備發射后失穩，在垂直方向振蕩，飛行高度持續下降，裝備脫靶。某裝備的Z—Y 飛行軌跡如圖3 所示。

圖3 某裝備Z-Y飛行軌跡1

2.2.2 故障機理分析

裝備發射后飛行軌跡異常由控制系統故障所致，屬于可靠性問題。

大機動蛇形飛行的可能原因是控制系統穩定回路發生故障，振蕩發散；裝備初始飛行軌跡失穩、高度下掉的可能原因是控制系統出現故障，導致裝備俯仰通道失去控制，升力不足。

故障主要涉及控制組件、慣性測量組件和舵機組合。

1）控制組件。控制組件是裝備穩定回路的組成部分，按照給定的控制算法形成3 個控制通道的控制電壓，再經通道分解電路形成輸向舵機的4 路控制電壓。如果該部分電路出現故障，將給舵機輸送錯誤的控制電壓，使舵面偏轉不正常，進而導致裝備發射后飛行軌跡異常。

2）慣性測量組件。慣性測量組件是裝備穩定回路的組成部分，主要作用是測量裝備相對慣性空間的角速度和線加速度，將測量的角速度和線加速度進行模數轉換，并傳送至彈載計算機。同時，將測量的角速度以模擬信號形式傳送至控制電路，完成穩定回路的閉合。如果慣性測量組件中的慣性元件出現故障，則無法將裝備自身真實的角速度和線加速度傳送至計算機，造成穩定回路無法閉合，進而導致裝備發射后飛行軌跡異常。

3）舵機組合。控制組件形成的控制指令經電動舵機操縱裝備機動飛行。電動舵機中反饋電位計和傳動機構負責接收相關指令，舵機4 個通道分別控制4 個舵面偏轉。以上任一環節、任一通道發生故障，均可能導致系統發散或響應慢，使舵面無法正常偏轉，最終導致飛行失控。

2.3 飛行軌跡基本正常、脫靶量大故障機理分析

2.3.1 靶試現象

裝備正常發射后，其飛行軌跡基本正常。載機跟蹤至裝備導引頭截獲目標后進行脫離，飛行過程中裝備距目標斜距最小值為數百米，裝備脫靶量較大。

2.3.2 故障機理分析

裝備發射后飛行平穩，說明裝備中制導工作基本正常。裝備未命中目標的最可能原因為導引頭未正常截獲目標。在裝備飛行的末制導段，導引頭接收到飛控發送的“開發射機”指令，激活熱電池，輸出信號至高壓電源，轉換生成發射機高壓，供給調制器。調制器對振蕩器輸出的“射頻信號”進行放大，經天線輸出形成照射目標的大功率“探測信號”。在飛控發出“開發射機”指令后的規定時間內，形成“允許截獲”指令。導引頭接收該指令，接收目標反射的“回波信號”，形成“截獲目標”標志，實現對目標的截獲、跟蹤。以上任一環節發生故障，都將導致裝備在末制導段發射機工作不正常，無法截獲目標，造成脫靶距離過大。對工廠的維修情況進行統計發現，裝備出現的“發射機故障”多為導引頭發射機高壓電源故障。因此，導引頭未截獲目標最有可能是高壓電源出現故障。

2.4 飛行軌跡平直、不向目標機動故障機理分析

2.4.1 靶試現象

裝備正常發射后，其飛行軌跡平直，沒有向目標機動的趨勢，而是一直向下呈直線飛行，裝備脫靶，飛行軌跡如圖4 所示。

圖4 某裝備Z-Y飛行軌跡2

2.4.2 故障機理分析

裝備軌跡平直，不向目標機動，最有可能的原因是載機與裝備間無線電指令校正鏈路故障，不能實現PK 信息正常傳送和接收。

2.5 脫靶量“臨界”故障機理分析

2.5.1 靶試現象

裝備正常發射后，其飛行軌跡正常，載機跟蹤至裝備導引頭截獲目標后進行脫離，裝備自主飛行過程中脫靶量為幾十米左右。

2.5.2 故障機理分析

脫靶量幾十米處于“命中”目標邊緣“臨界”狀態，說明該枚裝備截獲了目標，中、末制導交接正常，但末制導品質欠佳、精度不夠，最終脫靶量稍大，引信未能啟動。

末制導品質欠佳、精度不夠可能與裝備導引頭等強信號線偏移、測向斜率、角速度控制誤差等參數超差有關。等強信號線偏移測試是在接收通道動態范圍內改變導引頭接收的回波信號功率，測量角度零位的變化量，等強信號線偏移超差會影響裝備的制導精度；測向斜率參數超差將導致裝備對目標位置的測量值與目標的真實位置存在誤差，影響裝備的制導精度；角速度控制誤差參數超差，影響導引頭角跟蹤精度和時間常數，導致裝備脫靶量增大。

2.6 改進措施建議

綜上所述，導致脫靶的主要因素是裝備制導系統可靠性不高，出現故障；其次是制導精度工作品質欠佳。因此，在對裝備保障過程中，要有的放矢，通過增大檢測深度和廣度，解決裝備控制系統參數漂移及其相互之間的匹配、兼容問題，改善控制系統的工作品質；通過對導引頭、飛控、引信、舵機等電子部組件進行適當的環境應力篩選試驗，消除隱患。

1）對導引頭艙、多功能設備艙、舵機艙內部可視接插件、緊固螺釘采取措施，以防其松脫。

2）對裝備控制組件、慣性測量組件和舵機組合采取針對性檢測和維修。

3）對裝備經常發生故障（移位或失效）的可調電位計進行更換，提高可靠性。

4）對故障率高的組件（如導引頭高壓電源等）進行統計，查找影響其性能的故障元器件，全部進行更換。

3 未離梁故障機理

3.1 靶試現象

正常按壓發射按鈕后，裝備未離梁，飛機帶裝備返航。

3.2 裝備未離梁故障樹

根據裝備離梁過程，構建裝備未離梁故障樹，如圖5 所示。

圖5 裝備未離梁故障樹

3.3 故障機理分析

對返廠的1 個未離梁裝備進行外觀檢查，發現舵面已解鎖，其他無異常；按壓解鎖復位按鈕，不能進行鎖定；分解舵機艙進行外觀檢查，燃氣已點燃，內部橡膠密封件受熱受壓而導致損壞；測量舵機解鎖通路，結果為不通。對舵機解鎖機構進行分解，將其中2 個解鎖開關打開，發現彈片錯位；對故障解鎖開關彈片進行修復，并使其處于正常解鎖狀態，重新測量解鎖通路為接通狀態，舵機解鎖信號正常。由此得出，此枚裝備未離梁的原因為解鎖開關工作不正常，自動裝置沒有接收到舵機解鎖信號，導致裝備發射時序中斷，裝備未離梁。

3.4 改進措施

對解鎖開關進行檢查，并論證分析解鎖彈片的工作壽命及可靠性。

4 發動機未點火故障機理

4.1 靶試現象

裝備正常發射離梁后，發動機未點火，導致裝備自由落體墜地爆炸。

4.2 發動機未點火故障樹

根據裝備發動機不點火故障現象和發動機點火通路工作原理，構建發動機未點火故障樹，如圖6 所示。

圖6 裝備發動機不點火故障樹

4.3 故障機理分析

結合工廠維修情況，目前未發現點火裝置、繼電器和發動機裝藥等出現故障，因此主要對物理分離銷和抗干擾裝置進行分析。

4.3.1 物理分離銷故障導致發動機不點火分析

1）物理分離銷結構

物理分離銷（保險銷裝置）位于舵機艙段前部，主要由聯桿、止動器（或限位塊）及其電磁吸合控制電路和3 個微動開關組成。

3 個微動開關型號相同。第1、2 個開關串聯在裝備發動機點火電路上，是控制發動機點火必要條件之一。第3 個開關產生一個接地信號，使控制艙自裝的4 個繼電器動作，產生允許發動機、戰斗部工作信號。

2）物理分離銷分析

裝備與載機分離后，如果物理分離銷止動器未及時動作，將導致物理分離銷無法彈起，不能形成發動機點火指令，導致發動機不點火。

物理分離銷聯桿的動作需要限位塊止動器的精確配合，即要求限位塊止動器響應時間短、動作快，在物理分離銷聯桿動作前移出。影響限位塊止動器快速響應的因素有電磁線圈響應時間、彈簧彈力、限位塊止動器動作位移、限位塊止動器所受摩擦力等。

在對裝備舵機艙檢測維修過程中，發現2 個分離銷聯桿出現不彈起現象。對2 個物理分離銷分解，查明故障原因是止動器開槽側邊與聯桿矩形凸臺配合過緊，電磁力不能拉動止動器，止動器上兩個圓柱凸臺一直位于聯桿兩個開口槽中，造成聯桿外部按壓力消失后無法彈起。止動器與聯桿的配合關系如圖7所示。

圖7 止動器與聯桿關系圖

4.3.2 抗干擾裝置工作異常導致發動機不點火分析

熱電池提供的發動機點火電壓通過幾個繼電器閉合，經自動裝置送至發動機，形成發動機點火指令，抗干擾裝置開始工作。

發動機點火電壓及點火地同時進入某線路。當自動裝置給出發動機點火指令，抗干擾裝置兩個繼電器工作，繼電器開關吸合，打開發動機點火脈沖輸送通道，以隨時向發動機點火裝置輸送點火脈沖。

通過對抗干擾裝置進行檢測，發現少數產品出現故障。分析抗干擾裝置電路、工作原理，故障模式主要為繼電器通電不動作、觸點氧化，繼電器動作后接觸不良；限流電阻斷路；二極管損壞（擊穿）；焊點虛焊。

發動機點火通路為雙通道冗余設計，只要有一條通路正常，即可保證發動機正常點火。

4.4 改進措施

1）綜上所述，認為發動機不點火故障機理是發動機點火通路未接通，最有可能的原因是物理分離銷止動器沒有動作（或動作過緩），導致物理分離銷彈起失效。

2）構建專用檢測平臺，實現發動機點火通路檢測下的物理分離銷同步動作聯測聯試，并對物理分離銷止動器動作時間進行檢查，保證其協調性。

3）對物理分離銷進行預防性維修。一是檢查物理分離銷聯桿、限位塊止動器動作的協調性、快速性；二是分解物理分離銷，檢查其光潔度，必要時進行研磨、注油。

4）對物理分離銷進行改進性維修。一是借鑒國內第四代裝備先進技術成果改進物理分離銷設計，取消物理分離銷止動器，只要裝備離架，物理分離銷就彈起，微動開關動作接通點火回路；二是對物理分離銷用國產件予以替換。三是考慮對物理分離銷進行冗余設計，裝備脫離載機后3s，如果物理分離銷未彈起，則冗余設計電路作用，強制接通物理分離銷3 個觸點開關，接通發動機點火通路，避免發動機未點火現象。

5 結束語

該型裝備的靶試結果表明其飛行可靠性水平偏低，說明裝備的貯存可靠性與飛行可靠性密切相關。裝備靶試出現的故障模式、機理與貯存過程出現的故障模式、機理完全不同，說明裝備貯存可靠性、飛行可靠性是兩個不同的技術領域，兩者不能混為一談。應加強裝備飛行可靠性分析研究工作，確定裝備飛行可靠性的薄弱環節。

本文對裝備靶試環節中出現的故障進行了匯總和研究，淺析了裝備發生故障的規律與飛行可靠性相關問題，旨在研究提升裝備靶試成功率的可行性，具有一定的探索性、科研性。無改進措施的維修不能提高裝備的固有可靠性，需要在實踐中學習、探索，通過持續改進，建立以可靠性為中心的維修能力，針對脫靶、早炸和發動機未點火等問題對癥下藥，不斷提升能力和水平。