魚雷裝備可靠性特點(diǎn)與發(fā)展趨勢(shì)分析

山西平陽重工機(jī)械有限責(zé)任公司 王曉龍 李志敏 靳靈鈞

引言

作為當(dāng)代海戰(zhàn)中的主戰(zhàn)武器，魚雷具有隱蔽性強(qiáng)、殺傷力大、自動(dòng)跟蹤和攻擊目標(biāo)等特點(diǎn)，在使用中，魚雷按照預(yù)定的航向和深度自行推進(jìn)、自主導(dǎo)向且在命中目標(biāo)時(shí)能自動(dòng)爆炸。魚雷裝備失效機(jī)理和壽命預(yù)測(cè)為確定魚雷發(fā)動(dòng)機(jī)在壽命期內(nèi)的維護(hù)、檢修間隔，確定戰(zhàn)備完好率以及確定后勤保障費(fèi)用等提供決策依據(jù)。同時(shí)也可為新研制的魚雷裝備可靠性、維修性及壽命的設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。隨著魚雷技術(shù)的不斷提高，魚雷的性能越來越智能化。由于魚雷屬于“一次作用”型產(chǎn)品，工作失效過程不能重現(xiàn)，這就給魚雷的設(shè)計(jì)、評(píng)估和改進(jìn)帶來了一定的挑戰(zhàn)。另外，由于魚雷的制造和試驗(yàn)成本較高，加上沒有可靠的試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，一旦存在設(shè)計(jì)不合理或其他偶然因素，必將造成重大的損失。在可靠性工作方面，魚雷產(chǎn)品與其他機(jī)電產(chǎn)品既有許多相同的特點(diǎn)，同時(shí)也具有其特殊性。在魚雷發(fā)展的歷程中，始終是在保證魚雷功能的前提下，以提高魚雷工作的可靠性和安全性為目的，開展其零件、機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)的可靠性研究[1]。而魚雷的可靠性和安全性又與魚雷的工作環(huán)境、零部件的剛強(qiáng)度、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)特性和系統(tǒng)可靠性等許多因素有關(guān)。在進(jìn)行魚雷可靠性設(shè)計(jì)與分析時(shí)，要針對(duì)魚雷可靠性特點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)來進(jìn)行研究。

1 魚雷裝備可靠性特點(diǎn)

1.1 一次作用與長期貯存

魚雷裝備是一種長期貯存，但工作時(shí)間又非常短的水中兵器。因此，魚雷的貯存壽命成為制約產(chǎn)品貯存期限和縮短維護(hù)保養(yǎng)時(shí)間的關(guān)鍵。在魚雷發(fā)動(dòng)機(jī)整個(gè)壽命周期內(nèi)，絕大部分的時(shí)間是處于貯存或不工作狀態(tài)。

魚雷作為一種在水中工作，從水中攻擊、毀傷艦艇或限制艦艇活動(dòng)的水中兵器，從工作性質(zhì)來看是屬于成敗型不可修復(fù)的系統(tǒng)，但從長期貯存性能來看，魚雷還存在貯存壽命問題。因此，在對(duì)其可靠性進(jìn)行研究時(shí)，須把魚雷的工作狀態(tài)與貯存狀態(tài)分開研究。由于魚雷屬于長期貯存(一般為20～30年)、工作時(shí)間短的產(chǎn)品，因而魚雷在工作期間按成敗型產(chǎn)品考慮，在貯存期間按壽命型產(chǎn)品考慮[2]。

1.2 安全性與作用可靠性

安全性與作用可靠性是魚雷的兩項(xiàng)重要指標(biāo)。魚雷裝備通常由戰(zhàn)斗部、動(dòng)力推進(jìn)裝置、制導(dǎo)系統(tǒng)、引信、保險(xiǎn)裝置、總體結(jié)構(gòu)、操縱裝置等組成。根據(jù)GJB531魚雷通用規(guī)范要求：魚雷的安全性是由魚雷的安全系統(tǒng)決定的，魚雷安全系統(tǒng)應(yīng)符合GJB373A《引信安全性設(shè)計(jì)準(zhǔn)則》中第3.2條的要求；保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)的安全性必須有兩種或兩種以上不同原理，并且需要獨(dú)立的保險(xiǎn)裝置來保證；火工制品的安全性應(yīng)符合有關(guān)安全設(shè)計(jì)規(guī)范。一般要求安全失效率小于10-6，而魚雷一般在10-2左右。因此，可以采用計(jì)數(shù)抽樣檢驗(yàn)方法來評(píng)定魚雷的作用可靠性，用成敗型試驗(yàn)結(jié)果去估算。而由于樣本量所限，多采用故障樹分析法和FMECA去評(píng)定魚雷的安全性[3]。

1.3 魚雷失效的多態(tài)問題

在可靠性領(lǐng)域，產(chǎn)品的工作狀態(tài)一般分為正常和失效兩種，對(duì)于三種或三種以上的稱為多態(tài)，多態(tài)問題一般較為復(fù)雜。處理這類問題時(shí)，往往先把多態(tài)轉(zhuǎn)化為兩態(tài)，然后再按照兩態(tài)問題的解決方法去處理。魚雷產(chǎn)品的失效狀態(tài)有勤務(wù)處理安全性、貯存可靠性、發(fā)射前安全性、對(duì)目標(biāo)作用可靠性等多種狀態(tài)。因此，魚雷的失效屬于多態(tài)問題，需要轉(zhuǎn)化為兩態(tài)問題再進(jìn)行處理。

2 魚雷裝備可靠性技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

2.1 魚雷零部件的剛強(qiáng)度

在對(duì)魚雷零部件的設(shè)計(jì)和分析中，一般從結(jié)構(gòu)和性能兩方面著手。在結(jié)構(gòu)方面，包括強(qiáng)度和剛度兩個(gè)要求，即要求魚雷零部件在貯存狀態(tài)和運(yùn)輸時(shí)，不因受到外力而發(fā)生變形或破壞。在性能方面，即要求魚雷零部件滿足下列戰(zhàn)技指標(biāo)的要求：安全性和作用可靠性。實(shí)際中，魚雷零部件的剛度和強(qiáng)度是影響其安全性和作用可靠性的主要因素。為了更好地解決此問題，只依靠傳統(tǒng)的有關(guān)剛體力學(xué)的設(shè)計(jì)理論是不行的。根據(jù)魚雷的特殊性，必須采用一種能反映魚雷實(shí)際工作的隨機(jī)變量法來進(jìn)行計(jì)算和評(píng)估[4]。

2.2 魚雷引信的可靠性

魚雷引信的可靠性是指魚雷引信在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下能夠完成規(guī)定功能的能力。在魚雷服役期限內(nèi)，對(duì)于裝有觸發(fā)引信的魚雷來說，在魚雷與艦船直接接觸時(shí)能夠爆炸的概率；對(duì)于裝有非觸發(fā)引信的魚雷來說，當(dāng)引信接受到特定信號(hào)（如磁信號(hào)、聲信號(hào)、遙控信號(hào)等）時(shí)能夠爆炸的概率，這就是魚雷引信可靠性。

隨著現(xiàn)代裝備和魚雷技術(shù)的發(fā)展，魚雷的功能越來越多，其主要依靠引信內(nèi)部各機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作來實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)代魚雷引信主要有四種功能：起爆控制、安全控制、命中點(diǎn)控制和發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火控制。根據(jù)GJB/Z135-2002《引信工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》要求，一個(gè)引信主要有發(fā)火機(jī)構(gòu)、隔爆機(jī)構(gòu)、保險(xiǎn)機(jī)構(gòu)、自炸機(jī)構(gòu)、延期機(jī)構(gòu)和爆炸序列等組成[5]。

2.3 魚雷系統(tǒng)可靠性

魚雷系統(tǒng)可靠性是指魚雷系統(tǒng)在預(yù)定的時(shí)間內(nèi)，在規(guī)定條件下能夠完成規(guī)定功能的能力。其系統(tǒng)的可靠性包括基本可靠性和任務(wù)可靠性兩個(gè)方面。一般情況下，魚雷系統(tǒng)可靠性主要有三個(gè)指標(biāo)：魚雷安全性、作用可靠性和長貯可靠性。從以下方面進(jìn)行討論。

2.3.1 魚雷系統(tǒng)的可靠性仿真技術(shù)

隨著科技的發(fā)展，魚雷系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能越來越復(fù)雜，使得傳統(tǒng)的可靠性分析方法不能滿足其要求，如魚雷的多態(tài)性和隨機(jī)性等。但計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的成熟，可以使魚雷系統(tǒng)在低成本、短周期的前提下，實(shí)現(xiàn)仿真，提高魚雷的設(shè)計(jì)水平。

2.3.2 魚雷系統(tǒng)智能故障診斷技術(shù)

由于魚雷是長期貯存、一次性使用的產(chǎn)品，所以一旦出現(xiàn)安全性和作用可靠性失效等問題，將引起巨大的經(jīng)濟(jì)損失。為了提高魚雷在貯存和工作過程中故障的自動(dòng)化處理水平，需要建立魚雷智能故障診斷系統(tǒng)，對(duì)魚雷的各項(xiàng)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如果發(fā)現(xiàn)異常要及時(shí)糾正，這對(duì)提高魚雷的作戰(zhàn)效能具有重要意義。

2.3.3 魚雷長貯可靠性

魚雷的貯存壽命一直以來備受關(guān)注，傳統(tǒng)的采用長期貯存試驗(yàn)方法來確定，其缺點(diǎn)是時(shí)間長。對(duì)于新研制的魚雷，為了能更快地掌握其貯存壽命，采用加速貯存壽命試驗(yàn)這一新型的方法來進(jìn)行試驗(yàn)。在試驗(yàn)中將試驗(yàn)產(chǎn)品置于高應(yīng)力的環(huán)境下進(jìn)行加速試驗(yàn)，得到其加速試驗(yàn)貯存壽命，從而推算出正常的貯存壽命[6]。

2.3.4 魚雷系統(tǒng)安全性分析技術(shù)

魚雷產(chǎn)品的安全性問題在其設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的過程中顯得格外重要，技術(shù)指標(biāo)對(duì)魚雷的安全性作了定量要求，但須通過故障樹分析法對(duì)其進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算。目前，關(guān)鍵的問題是如何將得到的魚雷失效底事件數(shù)據(jù)應(yīng)用于其安全性分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)定量化。為此，首先需要得到完整的安全性失效底事件概率的數(shù)據(jù)，然后再根據(jù)這些數(shù)據(jù)對(duì)魚雷系統(tǒng)的安全性進(jìn)行分析研究。

結(jié)束語

魚雷裝備是一種一次性使用、長期貯存的水中武器，研究魚雷裝備可靠性，對(duì)確定魚雷裝備在貯存期內(nèi)進(jìn)行維修、保障的檢測(cè)周期，確定戰(zhàn)備完好率及確定后勤保障費(fèi)用具有重要意義。同時(shí)也為戰(zhàn)時(shí)魚雷裝備的安全性和工作可靠性提供理論依據(jù)。

[1]石秀華主編.水中兵器概論（魚雷分冊(cè)）.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社,2010,8.

[2]李志舜.現(xiàn)代魚雷自導(dǎo)系統(tǒng)及其發(fā)展趨勢(shì)[J].魚雷技術(shù),1999,10.

[3]ZhiLing Peng,HeMing Zhao.Corrosion Mechanism of 12Cr2NiWVA CylinderLiners,ASIAN JOURNAL OF CHEMISTRY.2014,26(17):5347-5349.

[4]曾天翔.可靠性及維修性工程手冊(cè)[M].北京:國防工業(yè)出版社,1994.

[5]李良巧.兵器可靠性技術(shù)與管理[M].北京:兵器工業(yè)出版社,1991.

[6]張義民.汽車零部件可靠性設(shè)計(jì)[M].北京:北京理工大學(xué)出版社,2002.