固體火箭貯存延壽試驗(yàn)方法

朱曦全 陶貴明 蘇光 王韶光 胡恩來 車昱嬌 劉佩風(fēng) 陳津虎 李心鵬

（1 北京強(qiáng)度環(huán)境研究所，北京 100076；2 陸軍工程大學(xué)石家莊校區(qū)，石家莊 050003；3 上海機(jī)電工程研究所，上海 201109；4 32181 部隊(duì)，西安 710032；5 北京宇航系統(tǒng)工程研究所，北京 100076）

0 引言

固體火箭是長(zhǎng)期貯存一次性使用的產(chǎn)品，貯存壽命是固體火箭的一項(xiàng)重要戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標(biāo)，是表征固體火箭裝備效能的主要參數(shù)之一。貯存后可用性是固體火箭的重要屬性，是固體火箭在經(jīng)歷所有貯存環(huán)境后表現(xiàn)出來的滿足規(guī)定發(fā)射和飛行功能及可靠性的特性。固體火箭種類較多，近些年隨著裝備數(shù)量的增長(zhǎng)和時(shí)間的延長(zhǎng)，很多固體火箭即將到達(dá)或超過規(guī)定的貯存壽命期，這些固體火箭質(zhì)量狀況如何，是否還能夠使用，還能夠使用多久，安全性如何，是各有關(guān)方面高度關(guān)注的問題。

固體火箭定壽是復(fù)雜的系統(tǒng)工程，在研制前期，確定固體火箭壽命往往根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，尚未形成標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范的方法。固體火箭的壽命本身是統(tǒng)計(jì)性概念，有其統(tǒng)計(jì)規(guī)律和分散性。根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)確定的壽命是由先驗(yàn)知識(shí)決定的，受限于研制階段的先驗(yàn)知識(shí)，前期預(yù)判確定給出的壽命期需要在實(shí)踐中進(jìn)行檢驗(yàn)。即將或已經(jīng)到壽的固體火箭如直接按照給定壽命送修或報(bào)廢購(gòu)置新產(chǎn)品，有可能造成極大的資金、資源浪費(fèi)并影響裝備狀態(tài)保持。因此，為了充分了解固體火箭的貯存特性，挖掘其壽命潛力，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)定壽，固體火箭的貯存延壽工程技術(shù)迅速發(fā)展了起來，通過開展新研或到期固體火箭貯存延壽試驗(yàn)方法研究，對(duì)到期固體火箭的質(zhì)量狀況進(jìn)行鑒定，科學(xué)評(píng)定其貯存壽命期，并進(jìn)一步形成合理的大修方案。目前，隨著固體火箭裝備數(shù)量的增加，在實(shí)際訓(xùn)練使用過程中，積累了關(guān)于貯存和飛行使用訓(xùn)練的大量的較真實(shí)的信息，這些信息結(jié)合對(duì)到期、超期固體火箭開展貯存延壽試驗(yàn)研究工作，可評(píng)價(jià)這些火箭是否仍然具有較高的壽命潛力[1-3]。

依托固體火箭樣本量相對(duì)較多的特點(diǎn)，通過選取一定量的到期或超期樣本，設(shè)計(jì)分解檢測(cè)和相應(yīng)的地面驗(yàn)證試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)方案，根據(jù)庫(kù)房信息、使用信息、分解檢測(cè)、地面驗(yàn)證試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)綜合對(duì)固體火箭的質(zhì)量狀況、貯存壽命和可靠性進(jìn)行評(píng)定，能夠給出到、超期固體火箭的科學(xué)定壽結(jié)果和修理延壽方案。

1 固體火箭貯存延壽的目標(biāo)

固體火箭貯存延壽的總體目標(biāo)是系統(tǒng)開展挖潛增壽、修理延壽、科學(xué)定壽工作，獲取固體火箭貯存性能變化規(guī)律，最大限度挖掘固體火箭實(shí)際壽命，物盡其用，合理定壽，提高固體火箭的綜合效益，提升和保證固體火箭完好性水平。

長(zhǎng)期貯存的固體火箭經(jīng)歷庫(kù)房貯存、訓(xùn)練、戰(zhàn)備值班等任務(wù)履歷，承受庫(kù)房環(huán)境、運(yùn)輸環(huán)境、野外環(huán)境等環(huán)境條件。長(zhǎng)期貯存對(duì)固體火箭的功能性能和各種質(zhì)量特性必然造成影響，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)和經(jīng)歷剖面的增加，固體火箭的各方面指標(biāo)會(huì)逐漸退化，最終不再滿足正常使用的要求。

判斷固體火箭長(zhǎng)期貯存后能否正常使用的準(zhǔn)則是：在規(guī)定的特征年固體火箭和各分系統(tǒng)及單機(jī)參數(shù)類指標(biāo)測(cè)試正常；固體火箭、各分系統(tǒng)和單機(jī)能夠適應(yīng)使用飛行的環(huán)境條件；固體火箭、各分系統(tǒng)和單機(jī)可靠性水平滿足使用要求；固體火箭、各分系統(tǒng)和單機(jī)安全性水平滿足要求。在此準(zhǔn)則的要求下，在滿足固體火箭正常工作的前提下，針對(duì)長(zhǎng)期貯存的固體火箭，允許固體火箭參數(shù)類指標(biāo)、可靠性水平有一定程度的降低，但必須滿足戰(zhàn)場(chǎng)使用和戰(zhàn)場(chǎng)安全的要求。特征年為固體火箭貯存延壽工作期望能夠延長(zhǎng)達(dá)到的壽命年限。

挖潛增壽是對(duì)即將達(dá)到壽命期的固體火箭主要通過固體火箭使用信息和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析，以及固體火箭的分解測(cè)試、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)等專項(xiàng)試驗(yàn)，挖掘超出固體火箭定型壽命的可靠年限，達(dá)到不經(jīng)過換件整修而增加固體火箭實(shí)際有效壽命，實(shí)現(xiàn)挖潛增壽的目的。

修理延壽是指已經(jīng)超出或達(dá)到定型壽命的固體火箭通過全箭、關(guān)鍵部組件的專項(xiàng)試驗(yàn)、故障機(jī)理分析和綜合壽命評(píng)估，確定延壽修理的范圍和周期，通過部組件更換、性能改進(jìn)等合理整修，進(jìn)一步延長(zhǎng)固體火箭使用壽命。

科學(xué)定壽是指通過壽命試驗(yàn)評(píng)估研究工作，獲得科學(xué)的固體火箭貯存壽命試驗(yàn)驗(yàn)證和壽命評(píng)估方法，規(guī)范壽命評(píng)估的標(biāo)準(zhǔn)要求，形成規(guī)范科學(xué)、各方認(rèn)可的壽命驗(yàn)證試驗(yàn)方法，逐步建立原材料、元器件、工藝過程、部組件、分系統(tǒng)、整箭貯存壽命數(shù)據(jù)庫(kù)，為新研、在役、超期等各類固體火箭壽命評(píng)估提供模式遵循和具體方法。

2 貯存延壽的指標(biāo)定義

關(guān)于貯存的定義有狹義和廣義的兩種，狹義的貯存是指庫(kù)房貯存。廣義的貯存不僅包括庫(kù)房貯存，還包括固體火箭交付、運(yùn)輸、庫(kù)房貯存、使用訓(xùn)練、戰(zhàn)備值班等全壽命過程。在探討固體火箭貯存延壽試驗(yàn)方法時(shí)，既要考慮狹義的庫(kù)房貯存，又要考慮貫穿固體火箭全壽命周期的廣義貯存，廣義貯存壽命是在役考核工作的全面體現(xiàn)。

庫(kù)房貯存壽命：在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)房條件下固體火箭能夠保持其規(guī)定的功能和性能，完成發(fā)射飛行任務(wù)的時(shí)間期限，用LDepot表示。

庫(kù)房貯存測(cè)試可靠性：在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)房條件下和規(guī)定的貯存期內(nèi)，在庫(kù)房測(cè)試條件下，固體火箭能夠保持其測(cè)試指標(biāo)正常的能力。其概率度量為庫(kù)房貯存測(cè)試可靠度，用RDepot表示。

貯存壽命：在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)房條件下和規(guī)定的使用條件下，固體火箭能夠保持其規(guī)定的功能和性能，完成規(guī)定的使用訓(xùn)練、戰(zhàn)備值班及發(fā)射飛行任務(wù)的時(shí)間期限L。

貯存可靠性：在標(biāo)準(zhǔn)庫(kù)房條件下和規(guī)定的貯存期內(nèi)，固體火箭能夠保持其規(guī)定的功能和性能，完成規(guī)定的使用訓(xùn)練、戰(zhàn)備值班及發(fā)射飛行任務(wù)的能力。其概率度量為貯存可靠度RStorage。

值班壽命：在規(guī)定的使用和值班條件下固體火箭能夠保持其規(guī)定的功能和性能并完成發(fā)射飛行任務(wù)的時(shí)間期限LDuty。

值班可靠性：在規(guī)定的使用和值班條件下、在規(guī)定的值班壽命期內(nèi)固體火箭能夠保持其規(guī)定的功能和性能并完成發(fā)射飛行任務(wù)的能力。其概率度量為值班可靠度RDuty。

可靠壽命：產(chǎn)品保持規(guī)定的功能和性能的期限。性能包括專用性能和通用質(zhì)量特性中的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性和安全性，用LR表示。上述各壽命概念均指可靠壽命。所以，貯存可靠度的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

或者，在任務(wù)剖面包含值班的情況下

式中Rlaunch為發(fā)射可靠度，Rfly為飛行可靠度。

一般來講，通用質(zhì)量特性中環(huán)境適應(yīng)性、可靠性和安全性是退化性指標(biāo)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)其特性會(huì)不斷退化；維修性、保障性、測(cè)試性是非退化性指標(biāo)，其特性不隨時(shí)間變化。因此，貯存延壽工作中，須對(duì)產(chǎn)品的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、安全性進(jìn)行驗(yàn)證和評(píng)價(jià)，確保其能夠滿足后續(xù)延壽期間的使用要求。

在貯存延壽領(lǐng)域中，通用質(zhì)量特性隨時(shí)間的變化規(guī)律稱之為質(zhì)量時(shí)間特性。

開展貯存延壽工作時(shí)，固體火箭主要功能指標(biāo)，環(huán)境適應(yīng)性、可靠性、安全性等主要質(zhì)量特性指標(biāo)均應(yīng)滿足其定型時(shí)規(guī)定的能力，在全壽命周期的使用中，才能夠做到滿足實(shí)用耐用的要求。固體火箭定型時(shí)，發(fā)射可靠性和飛行可靠性均鑒定最低可接受值。固體火箭可靠性的真值受制于樣本量和經(jīng)費(fèi)投入的問題是未知的，從使用情況看，多種固體火箭實(shí)際表現(xiàn)出來的發(fā)射飛行可靠性水平遠(yuǎn)高于定型時(shí)鑒定的最低可接受值，其真值的水平可以看作是可靠性的余量，因此，即使有退化，在達(dá)到壽命期時(shí)，固體火箭仍然滿足定型時(shí)規(guī)定的環(huán)境適應(yīng)性和可靠性安全性要求。這種環(huán)境適應(yīng)性和可靠性安全性的裕度，可以轉(zhuǎn)換為貯存期的裕度，這是固體火箭貯存延壽工作中挖潛增壽的理論基礎(chǔ)。另一方面，當(dāng)固體火箭實(shí)際使用和貯存延壽試驗(yàn)表現(xiàn)出來的發(fā)射飛行可靠性水平未達(dá)到實(shí)際定型時(shí)鑒定的最低可接受值時(shí)，則可以通過試驗(yàn)和分析工作確定產(chǎn)品實(shí)際的壽命和可靠性水平，為后續(xù)修理延壽或報(bào)廢銷毀提供決策依據(jù)。固體火箭面臨著非常復(fù)雜的自然和使用環(huán)境條件，在不同環(huán)境條件下，其退化規(guī)律并不相同，如在海島環(huán)境、高原環(huán)境、海洋環(huán)境、高空環(huán)境等各種復(fù)雜的環(huán)境下，在值班條件下，其性能的保持能力或值班壽命是貯存延壽工作的另一個(gè)目標(biāo)。

綜合上述論述，固體火箭的貯存壽命應(yīng)覆蓋庫(kù)房貯存壽命和值班壽命，如某固體火箭庫(kù)房貯存壽命是十年，其值班壽命是五年，則在實(shí)際使用過程中，其使用狀態(tài)的最大壽命包絡(luò)是兩種情況：即庫(kù)房貯存十年和庫(kù)房貯存五年加值班五年。其他使用情況下以先到壽者為準(zhǔn)。而在給出貯存壽命和值班壽命時(shí)，同時(shí)須給出貯存和值班的可靠度，這是貯存延壽指標(biāo)體系的共同構(gòu)成。

3 固體火箭貯存延壽的總體思路

固體火箭貯存延壽的總體工作思路是充分利用先驗(yàn)信息開展延壽信息收集與分析、貯存失效模式分析工作；充分利用固體火箭樣本通過分解檢測(cè)、理化性能試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)、加速貯存試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)等層層遞進(jìn)，評(píng)估固體火箭貯存一定年限后的環(huán)境適應(yīng)性、可靠性和安全性，綜合判定固體火箭當(dāng)前質(zhì)量現(xiàn)狀，驗(yàn)證給出固體火箭能否滿足貯存延壽一定年限壽命的評(píng)估結(jié)論。

固體火箭貯存延壽試驗(yàn)技術(shù)路線流程如圖1所示，綜合利用五種先驗(yàn)信息：庫(kù)房貯存信息、庫(kù)房技術(shù)檢測(cè)信息、大修廠維修維護(hù)信息、研制單位信息、固體火箭訓(xùn)練飛行使用信息。開展到期、超期固體火箭的地面試驗(yàn)驗(yàn)證，包括分解檢測(cè)、理化分析試驗(yàn)、加速貯存試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)。開展到期、超期固體火箭飛行試驗(yàn)。根據(jù)上述信息綜合評(píng)估給出固體火箭的延壽結(jié)論，并分析給出其維護(hù)保障大修建議和技術(shù)方案。

圖1 固體火箭貯存延壽試驗(yàn)技術(shù)路線流程圖Fig.1 Technical roadmap of solid rocket storage and life extension test

開展貯存延壽工作時(shí)，先確定規(guī)定的特征年，也就是延壽的期望目標(biāo)。當(dāng)產(chǎn)品的貯存年限達(dá)到規(guī)定的特征年時(shí)，直接采用該樣本開展除加速貯存試驗(yàn)外的地面驗(yàn)證試驗(yàn)和飛行試驗(yàn)。當(dāng)產(chǎn)品的貯存年限未達(dá)到規(guī)定的特征年時(shí)，則將樣本產(chǎn)品先分解，然后對(duì)單機(jī)或部組件開展加速貯存試驗(yàn)，加速到規(guī)定的特征年后，進(jìn)行地面驗(yàn)證試驗(yàn)；組裝成全箭，開展飛行試驗(yàn)。

4 延壽信息收集與分析

先驗(yàn)信息是貯存延壽工作的重要依據(jù)。先驗(yàn)信息反映了固體火箭的質(zhì)量狀況及其在長(zhǎng)期貯存、值班等各個(gè)任務(wù)履歷過程中的變化情況。

4.1 庫(kù)房貯存信息

庫(kù)房貯存信息收集包括三個(gè)方面，一是庫(kù)房的環(huán)境條件，二是固體火箭在庫(kù)房的貯存情況和履歷，三是固體火箭在庫(kù)房定期檢測(cè)的數(shù)據(jù)內(nèi)容。庫(kù)房檢測(cè)數(shù)據(jù)反映了固體火箭的庫(kù)房貯存測(cè)試可靠性，也是固體火箭發(fā)射可靠性的反映。

4.2 使用飛行信息收集

使用飛行信息收集應(yīng)包括如下內(nèi)容：固體火箭的運(yùn)輸信息、值班信息、維護(hù)信息、飛行信息、上述任務(wù)過程中的故障信息。

4.3 研制單位信息收集

通過研制單位收集固體火箭電子、機(jī)電部件的元器件與原材料信息。收集含能部件的主要組成部分與原材料信息，主要包含引信、戰(zhàn)斗部、熱電池、發(fā)動(dòng)機(jī)等產(chǎn)品的金屬和非金屬材料清單。研制單位信息還包括固體火箭在研制階段出現(xiàn)的故障和薄弱環(huán)節(jié)信息，固體火箭貯存FMECA 信息。研制單位信息收集的目的是：1）通過元器件和原材料清單計(jì)算單機(jī)產(chǎn)品的激活能和加速因子，為加速貯存試驗(yàn)提供依據(jù)；2）分析產(chǎn)品組成部分的短壽件、短壽工藝，為壽命評(píng)估提供參考；3）通過貯存FMECA 分析獲得固體火箭的貯存薄弱環(huán)節(jié)。

4.4 維修信息收集

按照固體火箭維修維護(hù)規(guī)則，超期固體火箭應(yīng)開展大修或者履行報(bào)廢手續(xù)，維修時(shí)會(huì)對(duì)固體火箭開展系統(tǒng)的測(cè)試、分解等工作，積累了相關(guān)固體火箭大量的質(zhì)量、可靠性和壽命信息，是貯存延壽工作重要的數(shù)據(jù)財(cái)富。

應(yīng)用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。計(jì)量數(shù)據(jù)采用±s表示，計(jì)數(shù)資料采用頻數(shù)百分比表示，兩組數(shù)據(jù)比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)以及卡方檢驗(yàn)，多組比較采用方差分析以及LSD兩兩比較，重復(fù)測(cè)量數(shù)據(jù)采用重復(fù)測(cè)量的方差分析。P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

5 貯存失效模式分析

固體火箭在研制階段已經(jīng)按照 GJB/Z 1391-2006《故障模式、影響及危害性分析指南》的要求開展了FMECA 工作，一般FMECA 主要針對(duì)服役環(huán)境和使用狀態(tài)，對(duì)長(zhǎng)時(shí)間貯存引起的物理化學(xué)變化對(duì)固體火箭的影響考慮的相對(duì)較少，在貯存延壽工作中，應(yīng)著重開展貯存FMECA（Storage FMECA，為和軟件 FMECA 即SFMECA 區(qū)別，簡(jiǎn)寫為STFMECA）工作，對(duì)貯存環(huán)境對(duì)固體火箭的影響作全面的分析。STFMECA 工作應(yīng)在產(chǎn)品研制階段就開展，按照原材料、元器件、工藝過程、材料相容性、功能性能退化情況、已有使用壽命經(jīng)驗(yàn)等維度分析固體火箭在長(zhǎng)期貯存情況下的故障模式及其影響，識(shí)別貯存薄弱環(huán)節(jié)，其分析成果應(yīng)用于固體火箭設(shè)計(jì)改進(jìn)，以提高固體火箭的貯存壽命和貯存可靠性。在貯存延壽階段開展STFMECA 是研制階段此工作的補(bǔ)充，結(jié)合固體火箭實(shí)際在貯存過程中出現(xiàn)的各種問題的先驗(yàn)信息，可以更加有效的開展STFMECA 工作。另一方面后續(xù)分解測(cè)試中暴露的問題也可以驗(yàn)證STFMECA 工作的有效性。

本項(xiàng)工作內(nèi)容在研制設(shè)計(jì)工作的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步利用大量庫(kù)存檢測(cè)數(shù)據(jù)、地面與飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)作為信息輸入，以固體火箭實(shí)際貯存故障、各地域廣義貯存任務(wù)剖面、相似產(chǎn)品經(jīng)驗(yàn)信息、環(huán)境應(yīng)力作用歷程等要素，結(jié)合失效檢測(cè)分析技術(shù)、仿真分析技術(shù)、失效物理分析技術(shù)等手段，獲得固體火箭貯存薄弱環(huán)節(jié)和性能變化趨勢(shì)，形成固體火箭及各部件的貯存失效模式與機(jī)理分析報(bào)告，為貯存壽命試驗(yàn)設(shè)計(jì)、大修方案制定、性能改進(jìn)提升等工作提供依據(jù)，為到期和超期固體火箭質(zhì)量狀況和壽命評(píng)定提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐。

6 壽命驗(yàn)證試驗(yàn)

壽命驗(yàn)證試驗(yàn)的內(nèi)容包括對(duì)固體火箭的分解測(cè)試試驗(yàn)、理化分析試驗(yàn)、加速貯存試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)和分析、飛行試驗(yàn)考核，工作流程如圖2 所示。

圖2 壽命驗(yàn)證試驗(yàn)工作流程圖Fig.2 Workflow of life verification test

對(duì)到、超期固體火箭，按照特征年直接開展上述試驗(yàn)驗(yàn)證研究和飛行試驗(yàn)工作。對(duì)新研或未達(dá)到特征年的固體火箭，通過固體火箭分解后的加速貯存試驗(yàn)將不同部組件和單機(jī)加速至特征年后開展上述試驗(yàn)驗(yàn)證研究工作。將加速后的部組件和單機(jī)重新組裝成為固體火箭，開展飛行試驗(yàn)考核。

6.1 樣本選擇

固體火箭貯存延壽樣本應(yīng)在代表性庫(kù)房中隨機(jī)選擇，選擇時(shí)應(yīng)考慮庫(kù)房區(qū)位、環(huán)境因素，還應(yīng)該考慮固體火箭本身的履歷因素。

我國(guó)地理范圍幅員廣闊，不同區(qū)位氣候環(huán)境差異大，固體火箭在不同地區(qū)貯存和使用訓(xùn)練，其環(huán)境條件有一定的不同，這些環(huán)境因素及環(huán)境因素的長(zhǎng)時(shí)間作用對(duì)固體火箭壽命和可靠性的影響，在貯存延壽工作中需要關(guān)注，應(yīng)開展深入的研究。

固體火箭樣本數(shù)量的選擇應(yīng)考慮完成分解測(cè)試、理化試驗(yàn)分析、加速貯存試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)、飛行試驗(yàn)所需要的綜合樣本。工作項(xiàng)目的確定見表1 所示，典型樣本產(chǎn)品分解后的部組件和單機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目安排見表2 所示。

表1 固體火箭樣本數(shù)量的確定Table 1 Determination of sample quantity for solid rocket

表2 部組件和單機(jī)試驗(yàn)項(xiàng)目安排Table 2 Component and single machine test project arrangement

6.2 調(diào)撥運(yùn)輸

將選定的固體火箭由庫(kù)房調(diào)往生產(chǎn)廠家。在運(yùn)輸返廠過程中，利用環(huán)境采集儀對(duì)運(yùn)輸過程中的溫度、濕度、大氣壓力、振動(dòng)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)測(cè)記錄。監(jiān)測(cè)記錄還包括地理信息、位置信息、車輛信息和速度信息。

6.3 分解測(cè)試

到期和超期固體火箭返回總裝廠后開展分解測(cè)試工作。分解測(cè)試試驗(yàn)的目的在于對(duì)固體火箭的功能和參數(shù)進(jìn)行全面地面測(cè)試，包括全箭測(cè)試、固體火箭的分解、分系統(tǒng)測(cè)試和單機(jī)測(cè)試。通過全面測(cè)試了解固體火箭的功能和性能參數(shù)在長(zhǎng)期貯存過程中是否有變化。

分解測(cè)試是總裝和總測(cè)的逆流程，應(yīng)制定分解測(cè)試規(guī)范，防止分解測(cè)試本身對(duì)產(chǎn)品的性能和技術(shù)狀態(tài)造成影響。固體火箭因其一次性使用的特點(diǎn)，在設(shè)計(jì)時(shí)為了保證可靠性在總裝過程中采取了很多防松、涂膠等工藝，在逆流程時(shí)應(yīng)避免暴力拆卸，適當(dāng)研制專用工裝工具等，確保分解產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)。

分解測(cè)試應(yīng)逐級(jí)分解至固體火箭的分系統(tǒng)和單機(jī)級(jí)，對(duì)各分系統(tǒng)和單機(jī)進(jìn)一步開展壽命驗(yàn)證試驗(yàn)與評(píng)估，其中各分系統(tǒng)分解測(cè)試試驗(yàn)的目的在于考核存儲(chǔ)特征年后各分系統(tǒng)功能性能是否滿足技術(shù)指標(biāo)要求。根據(jù)延壽特征年目標(biāo)，將固體火箭分解至單機(jī)后，火工品和發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)一步分解，分解前首先進(jìn)行外觀檢查和安全性分析，確認(rèn)滿足要求后，將火工品和發(fā)動(dòng)機(jī)解剖至裝藥層級(jí)，且每一層級(jí)的解剖前，均應(yīng)進(jìn)行CT 或X 射線拍片檢查裂紋情況。對(duì)分解后的裝藥，開展理化分析。電子和機(jī)電產(chǎn)品分解至單機(jī)后開展功能性能測(cè)試。對(duì)減振器開展減振特性檢查，密封件分解前應(yīng)開展密封性能測(cè)試，彈性元件分解后應(yīng)開展力學(xué)性能測(cè)試，結(jié)構(gòu)件分解后視情可開展靜力試驗(yàn)等力學(xué)性能測(cè)試。分解測(cè)試的結(jié)果應(yīng)詳細(xì)記錄，和固體火箭批生產(chǎn)交付時(shí)的測(cè)試結(jié)果作比對(duì)，分析固體火箭和部組件功能和性能參數(shù)在長(zhǎng)期貯存使用過程中的變化。分解測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的問題以及參數(shù)的變化，應(yīng)按照FTA 的要求分析問題原因和機(jī)理，找到長(zhǎng)期貯存的時(shí)間效應(yīng)對(duì)產(chǎn)品功能性能的影響。

6.4 加速貯存試驗(yàn)

開展貯存延壽工作時(shí)，當(dāng)沒有達(dá)到延壽目標(biāo)特征年的固體火箭時(shí)，需要開展加速貯存試驗(yàn)，將箭上各個(gè)產(chǎn)品加速到特征年，加速至特征年后，開展地面試驗(yàn)驗(yàn)證工作，判定固體火箭壽命能否達(dá)到規(guī)定的特征年。加速貯存試驗(yàn)的目的在于通過加速試驗(yàn)應(yīng)力的方式使試驗(yàn)樣本的貯存壽命快速達(dá)到等效貯存特征年。由于固體火箭各組成部分功能性能、元器件、原材料種類和工藝的不同，固體火箭加速貯存試驗(yàn)應(yīng)分解開展。各類不同的產(chǎn)品采用不同的加速貯存試驗(yàn)方法。對(duì)于固體發(fā)動(dòng)機(jī)，其加速貯存試驗(yàn)應(yīng)從兩個(gè)維度考慮，1）從裝藥本身長(zhǎng)期貯存的化學(xué)變化，即藥本身的成分變化及其影響，2）發(fā)動(dòng)機(jī)裝藥和結(jié)構(gòu)整體的物理變化，即界面層的脫粘、藥柱本身的開裂、密封結(jié)構(gòu)的失封、泄露等。典型加速貯存試驗(yàn)的試驗(yàn)剖面如圖3 所示，試驗(yàn)剖面包括固體火箭在貯存使用過程中所經(jīng)歷的長(zhǎng)時(shí)間貯存靜態(tài)環(huán)境和訓(xùn)練值班經(jīng)歷的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸環(huán)境。其中高溫部分通過加速因子將貯存的庫(kù)房溫度向高溫折算，低溫部分只模擬不加速，用以模擬固體火箭在實(shí)際使用過程中經(jīng)歷的低溫環(huán)境及其影響。剖面中還應(yīng)定期測(cè)試，獲得在加速條件下產(chǎn)品的性能變化。

圖3 典型加速貯存試驗(yàn)的試驗(yàn)剖面Fig.3 Test profile of typical accelerated storage test

加速貯存試驗(yàn)的關(guān)鍵是加速因子，加速因子通過分析或試驗(yàn)獲得，目前，國(guó)內(nèi)部分標(biāo)準(zhǔn)給出了各類產(chǎn)品加速因子的求取方法，也積累了相關(guān)的經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)，加速效應(yīng)和加速因子還需要進(jìn)一步深入研究。各類產(chǎn)品可供參考的加速貯存試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)如表3 所示。

表3 各類產(chǎn)品加速貯存試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)Table 3 Accelerated storage test standards for various products

完成加速貯存試驗(yàn)的產(chǎn)品，應(yīng)開展環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)等地面試驗(yàn)驗(yàn)證，證明達(dá)到特征年的產(chǎn)品仍然能夠適應(yīng)完成任務(wù)所經(jīng)歷的各類環(huán)境條件和使用狀態(tài)。另一方面，完成單機(jī)加速貯存試驗(yàn)而沒有開展地面驗(yàn)證試驗(yàn)的產(chǎn)品，重新組裝成為固體火箭，開展貯存后特征年的飛行試驗(yàn)。完成加速貯存試驗(yàn)的產(chǎn)品應(yīng)開展和自然貯存結(jié)果的對(duì)比驗(yàn)證研究，分析加速貯存因子的準(zhǔn)確性和加速貯存試驗(yàn)的有效性。

6.5 環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)

對(duì)即將到壽、超壽、完成加速試驗(yàn)達(dá)到相應(yīng)特征年的產(chǎn)品，開展環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)工作。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)的對(duì)象是分解后的部組件產(chǎn)品。按照產(chǎn)品研制時(shí)確定的驗(yàn)收或鑒定環(huán)境條件開展分解的各部組件的環(huán)境試驗(yàn)。環(huán)境試驗(yàn)的目的在于驗(yàn)證長(zhǎng)期貯存后固體火箭環(huán)境適應(yīng)性水平是否發(fā)生明顯變化，以及是否能夠滿足繼續(xù)執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的環(huán)境適應(yīng)性要求。環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)主要參考GJB 150A、GJB 5021、GJB 5144、GJB 1430B、GJB 1307A 等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法開展。各類產(chǎn)品可供參考的環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)項(xiàng)目如表4 所示。

表4 各類產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)項(xiàng)目Table 4 Environmental adaptability test items for various products

6.6 可靠性試驗(yàn)

對(duì)即將到壽、超壽、完成加速試驗(yàn)達(dá)到相應(yīng)特征年的產(chǎn)品，開展可靠性鑒定試驗(yàn)工作。可靠性試驗(yàn)的對(duì)象是分解后的部組件產(chǎn)品或全箭。按照產(chǎn)品的可靠性指標(biāo)開展可靠性試驗(yàn)，主要目的是驗(yàn)證長(zhǎng)期貯存后固體火箭或關(guān)鍵部組件可靠性水平是否發(fā)生明顯變化，以及是否能夠達(dá)到規(guī)定的可靠性水平。可靠性試驗(yàn)按照研制階段的可靠性增長(zhǎng)/鑒定試驗(yàn)條件開展。應(yīng)優(yōu)先開展單機(jī)或部組件的可靠性試驗(yàn)，以全面了解貯存后不同產(chǎn)品的可靠性變化情況。可靠性試驗(yàn)主要參考GJB 899、GJB1407 中規(guī)定的方法開展。

6.7 安全性試驗(yàn)和分析

與環(huán)境適應(yīng)性和可靠性試驗(yàn)一樣，對(duì)即將到壽、超壽、完成加速試驗(yàn)達(dá)到相應(yīng)特征年的影響使用安全的產(chǎn)品，開展安全性試驗(yàn)工作。安全性是固體火箭貯存延壽工作的底線指標(biāo)，必須確保延壽的固體火箭符合安全性要求。安全性要求的核心是固體火箭在貯存和地面訓(xùn)練使用過程中不發(fā)生I、II 類故障。貯存延壽過程中可以適當(dāng)允許固體火箭的可靠性、命中率等指標(biāo)下降，但不能發(fā)生安全性問題，影響操作人員或首區(qū)的安全。參考制造與驗(yàn)收規(guī)范中規(guī)定的試驗(yàn)條件，開展安全性試驗(yàn)。安全性試驗(yàn)的目的在于驗(yàn)證長(zhǎng)期貯存后固體火箭安全性水平是否發(fā)生明顯變化，以及是否能夠滿足繼續(xù)執(zhí)行戰(zhàn)術(shù)任務(wù)的安全性要求。安全性試驗(yàn)主要參考 GJB770B、GJB 5309、GJB5312 等標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的方法開展。對(duì)安全性試驗(yàn)不覆蓋的產(chǎn)品，應(yīng)開展安全性分析工作。確保后續(xù)貯存和使用的安全性。各類產(chǎn)品可供參考的安全性試驗(yàn)項(xiàng)目如表5 所示。

表5 各類產(chǎn)品安全性試驗(yàn)項(xiàng)目Table 5 Safety test items for various products

6.8 飛行試驗(yàn)

在固體火箭各層級(jí)產(chǎn)品的性能檢測(cè)和地面試驗(yàn)結(jié)果均滿足合格判據(jù)要求后，進(jìn)行飛行打靶試驗(yàn)驗(yàn)證貯存后固體火箭的發(fā)射可靠性和飛行可靠性指標(biāo)。固體火箭應(yīng)在完成前述各項(xiàng)試驗(yàn)項(xiàng)目并完成安全性分析，確認(rèn)固體火箭技術(shù)狀態(tài)滿足飛行使用要求后，開展飛行試驗(yàn)。飛行試驗(yàn)是對(duì)到壽、超壽、加速貯存達(dá)到特征年的固體火箭功能性能的全面考核。

飛行試驗(yàn)的固體火箭樣本為到壽或超壽的產(chǎn)品。以驗(yàn)證固體火箭到壽或超壽后的總體性能。若無到壽或超壽產(chǎn)品，則將完成加速貯存試驗(yàn)達(dá)到特征年的產(chǎn)品重新組裝成為固體火箭，以新組裝狀態(tài)的固體火箭開展飛行試驗(yàn)。

飛行試驗(yàn)的樣品數(shù)量，原則上按照GB/T 4087 的規(guī)定，利用可靠度、置信度計(jì)算得到。如采取置信度0.7、可靠度0.8 對(duì)應(yīng)的6 發(fā)6 中或12發(fā)11 中方案；若不具備條件，或受經(jīng)費(fèi)制約，則按照GJB179 確定飛行子樣，以2 發(fā)2 中或4 發(fā)3 中的方案，或按照批產(chǎn)驗(yàn)收時(shí)的飛行試驗(yàn)方案和樣本量執(zhí)行。

6 固體火箭貯存壽命評(píng)估

當(dāng)前的貯存壽命評(píng)估方法主要為統(tǒng)計(jì)分析方法[4-7]。對(duì)于可靠度的計(jì)算方法，目前已有多種研究[8-13]。可靠性的評(píng)定方法從其可靠性結(jié)構(gòu)模型區(qū)分，有串聯(lián)、并聯(lián)和混合模型[14-15]；從其可靠性參數(shù)的概率分布區(qū)分，有二項(xiàng)分布、泊松分布、正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、指數(shù)分布、Γ 分布、威布爾分布等[16-17]；從其評(píng)定方法區(qū)分，有解析法和仿真法[18]；從評(píng)定結(jié)果的類型區(qū)分，有點(diǎn)估計(jì)和區(qū)間估計(jì)；從區(qū)間估計(jì)使用評(píng)定方法的學(xué)派區(qū)分，有Bayes 方法和置信區(qū)間法（常稱經(jīng)典法）[19-20]；從評(píng)定結(jié)果的準(zhǔn)確性區(qū)分，有精確解和近似解[21]。

固體火箭貯存試驗(yàn)數(shù)據(jù)和飛行數(shù)據(jù)為固體火箭不同貯存年份的使用成敗信息，針對(duì)成敗型數(shù)據(jù)可采用二項(xiàng)分布求解各貯存年份的可靠度單側(cè)置信下限，再利用指數(shù)分布、威布爾分布、正態(tài)分布、對(duì)數(shù)正態(tài)分布、極值分布等常用分布對(duì)可靠度單側(cè)置信下限和貯存時(shí)間進(jìn)行最小二乘擬合，選擇可靠度單側(cè)置信下限估計(jì)值和真實(shí)值擬合優(yōu)度最大的分布作為最優(yōu)擬合分布，利用該壽命分布求解給定置信度γ和目標(biāo)可靠度R下的全箭貯存壽命。

7 結(jié)束語

本文對(duì)貯存延壽的指標(biāo)體系進(jìn)行了研究定義，提出了固體火箭貯存延壽試驗(yàn)的系統(tǒng)方法。研究定義的內(nèi)容供業(yè)內(nèi)同行商榷。本文提出了通過延壽信息收集與分析、貯存失效模式分析、分解測(cè)試、理化試驗(yàn)分析、加速貯存試驗(yàn)、環(huán)境適應(yīng)性試驗(yàn)、可靠性試驗(yàn)、安全性試驗(yàn)以及飛行試驗(yàn)、綜合評(píng)估等層層遞進(jìn)，給出驗(yàn)證固體火箭滿足貯存延壽一定年限和可靠性的壽命評(píng)估結(jié)論的系統(tǒng)方法。研究過程能夠獲得固體火箭的貯存薄弱環(huán)節(jié)及其表現(xiàn)特性，為科學(xué)定壽、修理延壽提供依據(jù)。本文的研究為固體火箭貯存延壽目標(biāo)實(shí)現(xiàn)提供了一種科學(xué)合理的試驗(yàn)方法，在樣本選擇、分解檢測(cè)、地面試驗(yàn)與飛行試驗(yàn)驗(yàn)證等提供了工程理論方法和模式遵循。

固體火箭的貯存延壽工作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程。在長(zhǎng)期的貯存和使用過程中，不同產(chǎn)品有不同的失效模式，各種失效模式和元器件、封裝形式、原材料、工藝過程、不同材料的相容性、材料性能退化等均相關(guān)。在研究的過程中發(fā)現(xiàn)固體火箭不同組成部分均有一定的概率會(huì)出現(xiàn)問題，有些問題影響固體火箭的可靠性，有些問題則在一定程度上直接影響固體火箭的壽命。各種問題發(fā)生的原因、長(zhǎng)時(shí)間作用的機(jī)理、問題的發(fā)展及其影響后果仍需要進(jìn)行深入的研究。另一方面，加速貯存得到的特征年仍需要不斷通過自然貯存驗(yàn)證，加速貯存試驗(yàn)方法仍然需要結(jié)合失效機(jī)理進(jìn)行深入研究，上述方法逐漸得到各方的認(rèn)可，并在不同固體火箭的貯存延壽工程中得到應(yīng)用并取得了良好的效果，提升了裝備的完好性、使用的經(jīng)濟(jì)性和效率。