FTA在某機載導(dǎo)彈發(fā)動機點火控制安全性分析中的應(yīng)用

高飛+++劉俊學(xué)+++黃少波

摘 要：簡要介紹故障樹分析方法，分析某機載導(dǎo)彈發(fā)動機采用沖擊片直列式點火器后點火系統(tǒng)的危險因素，繪制點火控制功能框圖，以發(fā)動機意外點火為頂事件建立故障樹，求出相應(yīng)的最小割集，得到某機載導(dǎo)彈發(fā)動機意外點火的原因或原因組合，并進行了重要度定性分析，對采用直列式點火器安全性，提出了可行性建議，為后續(xù)空空導(dǎo)彈的安全性設(shè)計提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：機載導(dǎo)彈；直列式點火器；點火控制；故障樹；安全性

1 概述

空空導(dǎo)彈的發(fā)動機屬危險組件，而點火系統(tǒng)是發(fā)動機的最危險部件，在實際使用中，由于點火系統(tǒng)的原因，曾出現(xiàn)過不少安全性事故。因此，保證點火系統(tǒng)在運輸、貯存、測試、維護以及掛架發(fā)射前的高度安全有著十分重要的意義[1]。

為進一步提高發(fā)動機點火控制安全性，某型號機載導(dǎo)彈預(yù)采用直列式點火系統(tǒng)。直列式點火系統(tǒng)是指無需隔離的點火系統(tǒng)，分為激光點火系統(tǒng)、沖擊片點火系統(tǒng)等。激光點火系統(tǒng)采用激光發(fā)火管點火，激光能量必須通過光纖傳遞給本方案中內(nèi)置的點火裝置以完成點火，實現(xiàn)難度大，且這種點火技術(shù)在國內(nèi)還未達到成熟應(yīng)用的水平。沖擊片點火系統(tǒng)采用瞬間高電流使橋絲氣化，形成沖擊波加速箔片撞擊裝藥（或直接撞擊裝藥）實現(xiàn)點火；這種技術(shù)已成熟應(yīng)用在引信中，在國外只有很少型號中用于發(fā)動機點火。

本文旨在方案階段采用FTA法對某機載導(dǎo)彈發(fā)動機點火系統(tǒng)采用沖擊片直列式點火器后的安全性進行研究，以發(fā)動機意外點火為頂事件建立故障樹，確定由點火器造成發(fā)動機意外點火頂事件的所有底事件和最小割集，得到某機載導(dǎo)彈發(fā)動機意外點火的原因或原因組合，并進行了重要度定性分析，為該型號機載導(dǎo)彈點火器安全性設(shè)計提供參考。

2 故障樹分析法

故障樹分析（Fault Tree Analysis，以下簡稱FTA）是美國人沃森（H.A.Watson）在1961年研究民兵導(dǎo)彈的發(fā)射控制系統(tǒng)的安全性評價時，首次提出并應(yīng)用的一種分析方法[2]。在我國國軍標(biāo)中明確規(guī)定，故障樹分析（FTA）是產(chǎn)品（系統(tǒng)）可靠性和安全性分析的工具之一，用來尋找導(dǎo)致不希望的系統(tǒng)故障或災(zāi)難性危險事件（頂事件）發(fā)生的所有原因和原因組合，在具有基礎(chǔ)數(shù)據(jù)時求出頂事件發(fā)生的概論及其他定量指標(biāo)。

近年來FTA發(fā)展迅速，其理論日趨完善，應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸擴展；現(xiàn)在國際上已公認FTA是可靠性、安全性分析的一種簡單有效的方法[3]。故障樹分析可以分為選擇頂事件、建立故障樹、對故障樹進行分析、采取措施改進系統(tǒng)性能等幾個步驟[4]。

3 機載導(dǎo)彈發(fā)動機點火控制故障樹的建立

導(dǎo)彈系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，本文建立故障樹的基本假設(shè)為，不考慮電磁環(huán)境，不考慮接線及接插件故障，除雷管外不考慮火工品、換藥自身缺陷及環(huán)境影響，各單元按照預(yù)定功能可靠作用。在全面了解沖擊片直列式點火器的工作原理基礎(chǔ)上，建立直列式點火系統(tǒng)的功能框圖，具體如圖1所示。

根據(jù)圖1，依據(jù)邏輯關(guān)系，各層級按照自身故障滿足輸出條件和由于下級原因滿足輸出條件，逐級建立故障樹。由于動態(tài)開關(guān)控制脈沖信號，其故障后不能產(chǎn)生高壓充電交流信號，因此動態(tài)開關(guān)故障、充電線路故障、驅(qū)動電路2故障、安全控制電路2故障均不能完成充電，故障樹中沒有這4個事件。高壓線路本身故障放電會造成高壓充電不能完成，因此故障樹中沒有該事件。故障樹如圖2。

故障樹定性分析：

根據(jù)上述建立的故障樹，暫不考慮時序邏輯關(guān)系，采用下行法求故障樹最小割集：

故障樹的2個最小割集全部為3階。

基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)可用下式進行計算：

式中：IΦ（i）-第i個基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)；Kj-第j個最小割集；Nj（j∈Kj）-基本事件i所在的最小割集Kj中基本事件的個數(shù)；xi∈Kj-第i個基本事件屬于第j個最小割集。

利用式（1）可以求得意外引爆故障樹中的各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)。

各基本事件的結(jié)構(gòu)重要度系數(shù)的順序為：

底事件其重要度從大到小依次為：X1>X2=X4=X6=X7。

根據(jù)以上分析可知：

（1）故障樹分析得出的4個最小割集均為3階，說明防止發(fā)動機意外點火事件發(fā)生的設(shè)計余度為3。

（2）沖擊片電發(fā)火管滿足GJB344A中B類電起爆器要求，500V以下任何電能不起爆，其電磁安全性較好。

若不滿足預(yù)定工作時序，電子直列點火器故障不會造成高壓充電。

（4）故障樹分析得出的4個最小割集中均含有事件X1（電源1），因此事件X1不發(fā)生，則頂事件就不會發(fā)生，說明直列式點火系統(tǒng)安全性受點火器前級的控制線路影響較大。

（5）設(shè)計合適的檢測點對X1進行檢測，可以有效判斷點火控制系統(tǒng)是否安全。

4 結(jié)束語

FTA是對復(fù)雜系統(tǒng)安全性、可靠性進行分析的一種重要工程方法。它不僅可定性地找出造成系統(tǒng)故障的各種硬件、軟件、環(huán)境和人為等方面因素，還可定量預(yù)測系統(tǒng)故障發(fā)生的概率及各個因素或故障模式對系統(tǒng)故障的影響重要程度[5]。

某機載導(dǎo)彈發(fā)動機點火控制系統(tǒng)采用直列式點火器，在我國機載導(dǎo)彈研制歷史上尚屬首次。為驗證其使用安全性，本文根據(jù)點火系統(tǒng)工作性能，以發(fā)動機意外點火為頂事件，建立了故障樹模型，通過故障樹分析可知，防止發(fā)動機意外點火事件發(fā)生的設(shè)計余度為3，因此發(fā)動機點火控制系統(tǒng)采用直列式點火器可以保證使用安全，同時，直列式點火系統(tǒng)安全性受點火器前級的控制線路影響較大，對電源1進行狀態(tài)監(jiān)測可以進一步保證發(fā)動機安全。

參考文獻

[1]黃少波，沈欣，李秋菊.空空導(dǎo)彈發(fā)動機點火系統(tǒng)安全性設(shè)計[J].航空兵器，2008，1：26-30.

[2]曹錫江，竇汝春，王少龍，等.基于FTA的導(dǎo)彈定量安全評價方法研究[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈控制技術(shù)，2005，1：81-83.

[3]劉佳佳，谷良賢.FTA法在導(dǎo)彈武器系統(tǒng)分析中的應(yīng)用[J].計算機仿真，2008，25（3）：21-24.

[4]孫東平，姚奕，馬瑞萍.故障樹分析法及其在導(dǎo)彈故障近似計算中的應(yīng)用[J].裝備環(huán)境工程，2006，3（2）：64-67.

[5]高培旺，馬曉青.防空導(dǎo)彈飛行中其安全系統(tǒng)失效的故障樹分析[J].彈箭與制導(dǎo)學(xué)報，2001，21（1）：59-62.

作者簡介：高飛（1985-），女，漢族，吉林公主嶺，工程師，碩士研究生，研究方向：安全性技術(shù)。