某型末制導(dǎo)炮彈控制艙貯存加速壽命試驗(yàn)應(yīng)力研究

徐進(jìn)欣，王金柱，范志鋒

（軍械工程學(xué)院，石家莊 050003）

某型末制導(dǎo)炮彈控制艙貯存加速壽命試驗(yàn)應(yīng)力研究

徐進(jìn)欣，王金柱，范志鋒

（軍械工程學(xué)院，石家莊 050003）

目的 研究某型末制導(dǎo)炮彈控制艙貯存加速壽命試驗(yàn)應(yīng)力類型。方法 在明確某型末制導(dǎo)炮彈控制艙結(jié)構(gòu)特征的基礎(chǔ)上，逐一對(duì)各部組件進(jìn)行失效模式及失效機(jī)理分析，歸納出影響控制艙失效的主要應(yīng)力類型。結(jié)果 影響末制導(dǎo)炮彈控制艙貯存可靠度的主要環(huán)境應(yīng)力是溫度和濕度。結(jié)論 選取溫度做單應(yīng)力加速壽命試驗(yàn)。

控制艙；加速應(yīng)力；失效分析；貯存壽命

某型末制導(dǎo)炮彈的控制艙集光、電、機(jī)于一體，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，區(qū)別于其他常規(guī)彈藥，其貯存環(huán)境條件要求高，對(duì)貯存可靠性要求也更加苛刻。自然貯存實(shí)驗(yàn)法的試驗(yàn)數(shù)據(jù)最為實(shí)際、也最為準(zhǔn)確，但由于耗時(shí)過(guò)長(zhǎng)，不能適應(yīng)新型彈藥的發(fā)展需要[1]。為此，提出用加速壽命試驗(yàn)方法，在較短的時(shí)間內(nèi)，推斷出其在正常應(yīng)力水平下的可靠性特征和失效分布，預(yù)測(cè)出其貯存壽命。

目前的貯存加速壽命試驗(yàn)主要集中于元器件級(jí)、材料級(jí)等常規(guī)彈藥元件的單一失效機(jī)理研究[2—3]，而某型末制導(dǎo)炮彈控制艙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在多個(gè)失效機(jī)理，加之缺乏歷史故障信息的資料積累，造成在選取加速應(yīng)力時(shí)比較困難，很難確定何種應(yīng)力在貯存狀態(tài)下對(duì)產(chǎn)品的失效起主導(dǎo)作用[4]。為此文中著重對(duì)控制艙貯存加速壽命試驗(yàn)的主要應(yīng)力類型進(jìn)行了分析。

1　結(jié)構(gòu)特征

1.1 主要部組件及功能

某型末制導(dǎo)炮彈的控制艙由鼻錐部、導(dǎo)引頭、自動(dòng)駕駛儀組成[5]。鼻錐部用于末制導(dǎo)炮彈在貯存、勤務(wù)處理及發(fā)射過(guò)程中保護(hù)導(dǎo)引頭的光學(xué)部件，消除導(dǎo)引頭光電接收器可能受到的背景噪聲干擾，降低彈丸在非制導(dǎo)段上的迎面阻力系數(shù)，按時(shí)啟動(dòng)整個(gè)制導(dǎo)彈丸的工作程序，并按預(yù)定程序適時(shí)與導(dǎo)引頭分離，主要由待發(fā)程控裝置、風(fēng)帽、電爆管、鼻錐裝藥、活塞等組成[6]；自動(dòng)導(dǎo)引頭用于在彈道末段形成將制導(dǎo)彈丸導(dǎo)向目標(biāo)的控制信號(hào)，結(jié)構(gòu)上由帶濾光鏡的球面整流罩、位標(biāo)器和電子艙組成；自動(dòng)駕駛儀用于接收并處理來(lái)自自動(dòng)導(dǎo)引頭的控制信號(hào)和彈上慣性陀螺提供的重力補(bǔ)償信號(hào)，進(jìn)而將其轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)裝置的控制指令，控制彈丸按一定的導(dǎo)引規(guī)律飛行并攻擊目標(biāo)，主要由驅(qū)動(dòng)裝置、慣性陀螺、電源裝置和電子部件等組成。

1.2 可靠性框圖

由某型末制導(dǎo)炮彈的構(gòu)造組成、工作時(shí)序以及失效分析可知，控制艙的可靠性結(jié)構(gòu)為串聯(lián)型。其可靠性框圖如圖1所示。

圖1 某型末制導(dǎo)炮彈控制艙可靠性框圖Fig.1 Reliability chart of terminally guided projectile

2　失效模式分析

結(jié)合常規(guī)彈藥和導(dǎo)彈的失效分析，對(duì)照某型末制導(dǎo)炮彈控制艙可能出現(xiàn)的故障，依據(jù)可靠性框圖中的部組件，對(duì)其功能、失效模式、失效原因、失效影響等問(wèn)題的研究以 FMECA列表的形式進(jìn)行分析，分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 部組件FMECA表Table 1 FMCEA for the components

3　失效機(jī)理及主要影響應(yīng)力分析

某型末制導(dǎo)炮彈的控制艙由多種類型部件組成，組成的部組件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，失效機(jī)理不同于常規(guī)彈藥，在對(duì)某型末制導(dǎo)炮彈控制艙進(jìn)行貯存失效分析的基礎(chǔ)上，分析每個(gè)部件失效的主要影響應(yīng)力和失效機(jī)理[9]。為了便于分析，將這些部件分為火工品部件、光電部件和精密機(jī)械部件[10]，見(jiàn)表2。

表2 部件分類及組成Table 2 Classification and contents of components

火工品部件的失效模式主要包括：電爆管壓敏值下降；作動(dòng)器推力下降；熱電池的絕緣電阻不合格。壓敏電壓值下降主要是由于壓敏電阻器自身性能老化導(dǎo)致的，濕度也是引起壓敏電壓下降的另一個(gè)主要影響因素[11]；作動(dòng)器由管殼、作動(dòng)帽和點(diǎn)火管組成，位于導(dǎo)引頭內(nèi)，作動(dòng)器推力下降主要是在導(dǎo)引頭裝配過(guò)程中被陀螺油污染，降低了藥劑輸出性能所致[12]；熱電池絕緣電阻不合格的主要原因是工藝因素，產(chǎn)品在裝配和周轉(zhuǎn)過(guò)程中受潮，檢測(cè)時(shí)空氣濕度大，熱電池貯存一段時(shí)間后，絕緣電阻增大是內(nèi)部水分被電解質(zhì)吸收造成的[13]。因此，溫、濕度應(yīng)力和機(jī)械應(yīng)力（振動(dòng)與沖擊等應(yīng)力）、污染是引起火工品部件失效的主要環(huán)境應(yīng)力。

光電部件的主要失效模式分為三類：濾光鏡涂層被破壞和殼體破損；光電二極管功能下降，放大器故障；光電轉(zhuǎn)換功能失效。其中濾光鏡涂層被破壞和殼體破損主要是機(jī)械應(yīng)力、銹蝕或熱應(yīng)力膨脹造成的；光電轉(zhuǎn)換功能失效主要是沖擊應(yīng)力和熱應(yīng)力造成；而放大器的失效主要是電阻器、電容器等電子元器件因溫濕度積累發(fā)生物理化學(xué)反應(yīng)造成的；溫、濕度和霉菌等產(chǎn)生霧氣或污染引起光學(xué)鏡片的光學(xué)性能變差；電磁脈沖可擊穿電子部件[14]，光電接收器受到陽(yáng)光照射也會(huì)引起有機(jī)材料的老化。因此，溫、濕度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力、霉菌和電磁是引起光電部件失效的主要環(huán)境應(yīng)力。

機(jī)械部件的失效模式主要包括：機(jī)械應(yīng)力使陀螺儀質(zhì)心發(fā)生位移；金屬零件銹蝕。位標(biāo)器陀螺的轉(zhuǎn)軸和慣性陀螺的轉(zhuǎn)子部件由于被腐蝕，摩擦力矩增大而超限；接觸片式角度傳感器接觸片的腐蝕，影響各接觸片在不同偏角時(shí)輸出信號(hào)，不能給舵機(jī)正確分配信號(hào)。因此，溫、濕度應(yīng)力、機(jī)械應(yīng)力和腐蝕是引起機(jī)械部件失效的主要環(huán)境應(yīng)力。

綜上所述，控制艙各部件的主要影響應(yīng)力，見(jiàn)表3。經(jīng)分析可知，影響末制導(dǎo)炮彈控制艙可靠度的主要環(huán)境應(yīng)力是溫度、濕度及機(jī)械應(yīng)力?？紤]到試驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的難易程度以及試驗(yàn)研究對(duì)象為貯存條件下的某型末制導(dǎo)炮彈控制艙部件，溫、濕度是其主要影響應(yīng)力。因此筆者認(rèn)為應(yīng)首選溫度和濕度作為加速壽命試驗(yàn)的加速應(yīng)力，但由于目前對(duì)濕度應(yīng)力的加速規(guī)律，特別是雙應(yīng)力交變作用的加速規(guī)律的認(rèn)識(shí)尚不充分[15]，且某型末制導(dǎo)炮彈自身及包裝密封特性較好，對(duì)濕度應(yīng)力不是很敏感。因此，可選擇溫度做單應(yīng)力加速試驗(yàn)，濕度固定在65%。

表3 各部件的主要影響應(yīng)力Table 3 Main influential stress of components

4　結(jié)語(yǔ)

文中運(yùn)用逐層分析、歸納總結(jié)的方法，確定了某型末制導(dǎo)炮彈控制艙貯存加速壽命試驗(yàn)應(yīng)力類型，為類似產(chǎn)品的加速壽命試驗(yàn)應(yīng)力的選取方法提供了參考。隨著高可靠性、長(zhǎng)壽命新型彈藥產(chǎn)品的不斷更新?lián)Q代，為快速、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)產(chǎn)品在實(shí)際貯存環(huán)境中的可靠性水平，今后應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對(duì)綜合應(yīng)力水平加速壽命試驗(yàn)的研究。

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Study on Accelerated Storage Life Testing Stress of Control-Capsule of Terminally Guided Projectile

XU Jin-xin, WANG Jin-zhu, FAN Zhi-feng
(Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China)

Objective To study the type of accelerated storage life testing stress of control-capsule of terminally guided projectile. Methods Based on determining the structural characteristics of terminally guided projectile control-capsule, the failure mode and mechanism were analyzed one by one on each component. And main stress types that influenced control-capsule failure were summarized. Results The main types of storage environment stress leading to component failure were temperature and humidity. Conclusion Temperature is applied for single stress accelerated life test.

control-capsule; accelerated stress; failure analysis; storage life

2016-05-26；Revised：2016-06-14

10.7643/ issn.1672-9242.2016.05.014

TJ410.1

A

1672-9242(2016)05-0088-04

2016-05-26；

2016-06-14

徐進(jìn)欣（1992—），男，湖南常德人，碩士，主要研究方向?yàn)閺椝幈Ｕ吓c安全技術(shù)。

Biography：XU Jin-xin（1992—）， Male， from Changde， Hunan， Master， Research focus: ammunition support and security technology.