某型飛機電氣系統(tǒng)基本可靠性預計與分配

張 磊，張 穎，何志紅，吳秀杰

（航空工業(yè)洪都，江西 南昌，330024）

0 引言

某型飛機電氣系統(tǒng)主要包括電源系統(tǒng)、配電系統(tǒng)和相關子系統(tǒng)的電氣控制系統(tǒng)，主要作用是提供飛機各種狀態(tài)下用電設備所需要的各種形式的電能，同時將電能可靠而有效地輸送到各用電系統(tǒng)和設備的輸入端，對飛機機電子系統(tǒng)比如液壓系統(tǒng)、燃油系統(tǒng)、發(fā)動機系統(tǒng)、高空環(huán)控系統(tǒng)等實現(xiàn)電氣控制。

可靠性是指系統(tǒng)或設備在規(guī)定的條件下，規(guī)定的時間內完成規(guī)定的任務的能力[1]?；究煽啃赃M行預計和分配是飛機方案論證階段必須進行的工作之一，合理的可靠性預計與分配可以預估飛機研制經費、維修周期和成本，對于權衡方案利弊、找出影響產品可靠性薄弱環(huán)節(jié)、改進設計有重要的指導意義[2]?？煽啃灶A計的準確性和合理性要充分考慮以往類似型號的可靠性統(tǒng)計數(shù)據，這對于提高可靠性預計的成功率非常重要[3-6]。

本文針對某型飛機初期研制階段的特點，結合以往類似型號可靠性統(tǒng)計數(shù)據，對其可靠性指標進行了可靠性建模、基本可靠性預計和分配。

1 電氣系統(tǒng)可靠性建模

可靠性建模是進行可靠性預計和分配的基礎[7-8]。飛機電氣系統(tǒng)由供電系統(tǒng)、配電系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)內所含各設備組成，其中任何一個設備故障都會影響飛機電氣系統(tǒng)整體功能的實現(xiàn)，因此各設備之間的可靠性模型是串聯(lián)模型，電氣系統(tǒng)各設備之間的邏輯關系可靠性框圖如圖1所示。

根據電氣系統(tǒng)可靠性框圖建立電氣系統(tǒng)可靠性函數(shù)模型，可靠性模型需假定以下條件：

圖1電氣系統(tǒng)可靠性框圖

1）可靠性模型建到設備級；

2）電氣系統(tǒng)中各設備僅有正常和故障兩種狀態(tài)；

3）電氣系統(tǒng)中各設備的故障是獨立的，不存在關聯(lián)關系；

4）電氣系統(tǒng)中各設備的壽命服從指數(shù)分布；

5）可靠性框圖中的設備用方框表示，每個方框的單元具有可靠性數(shù)據，方框之間的連線并無實際意義。

根據以上假設，電氣系統(tǒng)可靠性函數(shù)模型為：

式中：Rs(t)—電氣系統(tǒng)的可靠度；

Ri(t)—電氣系統(tǒng)第i個設備的可靠度；

由于本文飛機電氣系統(tǒng)共包含14個設備，所以其系統(tǒng)的可靠度是由系統(tǒng)內14個設備的可靠度相乘所得。

各設備的壽命服從指數(shù)分布，則

式中：λs—電氣系統(tǒng)的故障率；

λi—第i個設備的故障率。

電氣系統(tǒng)的平均故障間隔時間為：

2 電氣系統(tǒng)基本可靠性預計

可靠性預計是估計產品是否符合可靠性定量要求的方法，它可以作為設計手段，為設計決策提供依據。運用基本可靠性模型可預計出產品、產品各單元的平均故障間隔時間。本文采用相似產品法對電氣系統(tǒng)基本可靠性進行預計，根據已有類似型號在外場的使用數(shù)據進行可靠性預計和評估。

本文基本可靠性預計步驟為：

1）確定電氣系統(tǒng)的成品及其型號與單機數(shù)量Ai。

2）確定電氣系統(tǒng)成品運行比Di和系統(tǒng)的運行比Ds。(成品運行比Di按經驗給出，系統(tǒng)的運行比：Ds=max(Di))

3）根據相關的信息來源確定成品的平均故障間隔飛行小時MTBFi和故障率 λi，λi=1/MTBFi。

4）根據運行比Di確定成品平均故障間隔飛行小時MFHBFi，MFHBFi=MTBFi/Di。

5）確定電氣系統(tǒng)的故障率λs和平均故障間隔時間MTBFs。

6）確定系統(tǒng)的平均故障間隔飛行小時MFHBFs。

電氣系統(tǒng)基本可靠性預計值見表1所示。

3 電氣系統(tǒng)基本可靠性分配

表1電氣系統(tǒng)基本可靠性預計值

可靠性指標分配是將型號研制任務書中規(guī)定的可靠性指標，按一定的方法和程序逐級分配給各個系統(tǒng)、分系統(tǒng)和機載設備。本文采用比例分配法對電氣系統(tǒng)各成件進行可靠性分配，即根據電氣系統(tǒng)內成品平均故障間隔飛行小時的預計值MFHBFi及工作運行比Di，將系統(tǒng)的目標值MFHBF*s按一定的比例分配給電氣系統(tǒng)各成件。

1）確定電氣系統(tǒng)的平均故障間隔時間的目標值MTBF*s和系統(tǒng)故障率的目標值λ*s。根據總體設計要求，某型飛機電氣系統(tǒng)平均故障間隔飛行小時的目標值MFHBF*s為100FH，可求得：

2）確定可靠性分配時，可靠性指標的分配值與預計值一致的成品、附件。

3）可靠性分配時部分可靠性指標不變的成品其故障率λj之和λu關系為：

式中：k—系統(tǒng)中可靠性指標不變的成品、附件總數(shù)；

Aj第j項成品的單機件數(shù)；

4）求出新研、改型成附件可靠性指標分配的比例因子c。

5）求出新研、改型成品、附件故障率的分配值λ*i。

6）求新研、改型成品附件的平均故障間隔時間MTBF*i和平均故障間隔飛行小時MFHBF*i。電氣系統(tǒng)基本可靠性分配值見表2所示。

7）驗算

電氣系統(tǒng)可靠性指標經過分配后，驗算組成電氣系統(tǒng)的各成品、附件的故障率之和是否與分配的一致。

4 結語

可靠性分析與設計是飛機設備、系統(tǒng)研制過程中非常重要的一項工作，其決定著飛機設備、系統(tǒng)的壽命、研制周期和費用。本文針對某型飛機電氣系統(tǒng)研制初期階段的實際情況，結合以往類似型號可靠性統(tǒng)計數(shù)據，采用相似產品法對電氣系統(tǒng)基本可靠性進行預計，采用比例分配法對電氣系統(tǒng)各成件進行了可靠性分配，為系統(tǒng)進一步詳細設計提供了基礎。

表2電氣系統(tǒng)基本可靠性分配值