彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗方法綜述

朱樂樂，王雨時，聞 泉，趙 亮

(1.南京理工大學 機械工程學院，南京 210094；2.江西9323廠，江西 九江 332105)

彈藥類產(chǎn)品主要包括彈藥、引信和火工品，是一個國家國防實力的基礎(chǔ)，平時應(yīng)有一定的儲備量，但是在非戰(zhàn)時，這些產(chǎn)品可能要在庫房內(nèi)存放數(shù)年甚至數(shù)十年，而且要求在這一時間內(nèi)，仍能保證產(chǎn)品正常作用。在貯存過程中，彈藥類產(chǎn)品會受到貯存環(huán)境應(yīng)力的影響，其性能必然要發(fā)生變化。經(jīng)過較長時間貯存的彈藥類產(chǎn)品，其貯存可靠性是業(yè)界十分關(guān)注的問題[1-2,7]。

可靠貯存壽命是彈藥類產(chǎn)品一個非常重要的技術(shù)指標，軍方在下達彈藥戰(zhàn)術(shù)技術(shù)指標要求時一般都有明確的可靠貯存壽命要求。彈藥類產(chǎn)品的可靠貯存壽命是指在規(guī)定的貯存條件下彈藥類產(chǎn)品從開始貯存到保持規(guī)定可靠度的貯存時間[1]。對彈藥類產(chǎn)品可靠貯存壽命的評價是一項非常重要的工作，可靠貯存壽命一般通過貯存壽命試驗法得出。未達到彈藥產(chǎn)品實際可靠貯存壽命而提前退役，將造成大量浪費。而達到實際可靠貯存壽命仍超期服役，將無法保證彈藥類產(chǎn)品在貯存和使用過程中的安全性、可靠性和戰(zhàn)術(shù)效能。因此，彈藥類產(chǎn)品貯存壽命的試驗方法與評價技術(shù)受到了世界各國的高度重視并得到了快速發(fā)展[5]。在國內(nèi)，有關(guān)彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗的研究也從未停止。文獻[1]針對彈藥貯存可靠性數(shù)據(jù)不充分和研制階段貯存可靠性評定比較困難的狀況，提出了彈藥可靠貯存壽命的四種預計方法，并給出了方法的實施步驟和應(yīng)用舉例。文獻[2]結(jié)合可靠性理論描述了引信的兩種貯存壽命試驗方法——長貯壽命試驗和加速壽命試驗，并分別對引信的失效標準、加速壽命試驗的條件和加速應(yīng)力的確定等方面進行了討論。但此文獻的討論范圍僅限引信，未涉及其他彈藥類產(chǎn)品。文獻[3]在我國典型的4種野戰(zhàn)環(huán)境下進行了某彈藥的貯存可靠性試驗并簡述了試驗樣本量的確定方法，分析探討了彈藥野戰(zhàn)環(huán)境貯存可靠性試驗數(shù)據(jù)處理方法，最后給出了在一定置信度下該彈藥的貯存壽命。文獻[4]簡述了國外彈藥貯存壽命試驗方法的發(fā)展現(xiàn)狀與彈藥貯存壽命評價和預測的方法，但是并未涉及國內(nèi)彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗的相關(guān)內(nèi)容。文獻[5]對某底火在四種模擬陣地環(huán)境的試驗場地進行了貯存可靠性試驗，并分析探討了底火陣地環(huán)境貯存可靠性試驗數(shù)據(jù)的處理方法。最后通過建立數(shù)學模型，預測該底火在貯存可靠度不低于0.90時，4種類型的陣地環(huán)境條件下可繼續(xù)貯存24a、15a、10a和6a。

目前，國內(nèi)外進行彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗的方法主要有兩大類：自然環(huán)境長期貯存試驗監(jiān)測法和加速壽命試驗法。按照應(yīng)力施加方式，加速壽命試驗又可分為：恒定應(yīng)力加速壽命試驗、步進應(yīng)力加速壽命試驗和序進應(yīng)力加速壽命試驗[6]。自然環(huán)境貯存壽命試驗與加速貯存壽命試驗在彈藥類產(chǎn)品的可靠性研究中都占有重要地位。本文在前人研究的基礎(chǔ)上較為全面地敘述了彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗方法、試驗步驟和發(fā)展現(xiàn)狀，不局限于某一種彈藥類產(chǎn)品，力求全面、詳盡地總結(jié)引信、彈藥和火工品的貯存壽命試驗方法，以期為彈藥類產(chǎn)品的可靠性研究提供參考。

1 彈藥類產(chǎn)品自然環(huán)境長期貯存試驗法

自然環(huán)境長期貯存試驗法，以下簡稱自然環(huán)境長貯試驗，就是將產(chǎn)品或產(chǎn)品的關(guān)鍵元器件放在典型的自然環(huán)境(倉庫或陣地)下長期貯存，監(jiān)測產(chǎn)品各項性能指標的變化，根據(jù)參數(shù)的變化和規(guī)定的失效標準來確定產(chǎn)品的貯存壽命或失效率。這種試驗方法的試驗周期較長,但試驗結(jié)果真實、可靠[2,7]。自然環(huán)境長貯試驗常用于基礎(chǔ)性研究，試驗對象一般為具有代表性的典型產(chǎn)品，這樣可以為其他相似產(chǎn)品的貯存壽命研究提供參考。

1.1 引信的自然環(huán)境長貯試驗

引信是集電子、化工、機械為一體的產(chǎn)品，也是彈藥的核心組成部分，屬于長期貯存、一次性使用的產(chǎn)品，從發(fā)射瞬間起，到發(fā)揮作用為止，一般只有幾秒到幾十秒。對引信來說，其處于貯存狀態(tài)的時間遠遠大于其工作時間。因此，引信的貯存壽命問題在引信的可靠性試驗中占有非常重要的地位[8]。

某些引信出廠時即與彈丸或戰(zhàn)斗部裝配在一起，這種情況下引信不再單獨貯存，而是與彈丸或戰(zhàn)斗部一起貯存。本節(jié)僅討論單獨貯存引信的自然環(huán)境長貯壽命試驗。我國目前實行的單獨貯存引信的自然環(huán)境長貯試驗是按部頒標誰WJ 241—1965《引信制造與驗收技術(shù)條件》和其同名替代標準GJB 166—1986中貯存試驗所規(guī)定的條款執(zhí)行的。試驗方法為[9-10]：每年雨季從驗收合格的任何一批產(chǎn)品中選取試驗樣品，分密封、不密封和露天3種存放形式。密封存放是指按照圖樣要求進行密封包裝并存放在不漏雨且通風的庫房內(nèi)。不密封存放是指將引信放于不密封的箱內(nèi)，存放在不漏雨且通風的庫房內(nèi)。露天貯存是指將引信擰入彈體或與彈體相似的特制工具內(nèi)裝于箱子中，存放在露天環(huán)境中，但不應(yīng)被水浸濕。除露天存放的樣品數(shù)量為50個外，密封與不密封存放的數(shù)量都不能少于100個。密封存放的每兩年檢查一次，每次檢查的產(chǎn)品數(shù)量不少于8個。不密封和露天存放的每年要檢查一次，每次檢查的產(chǎn)品數(shù)量為10個。每年雨季后，按上述規(guī)則對庫房里的引信進行檢驗，檢查內(nèi)容包括：包裝盒的密封性、產(chǎn)品本身的密封性、零部件的外觀、延期體的燃燒時間、彈簧及剛性保險的抗力、火帽的安定性與靈敏度、雷管的安定性、引信的起爆完全性、鐘表引信的作用時間等。判斷引信失效的標準主要有：產(chǎn)品的密封性失效、彈簧抗力不合格、火帽安定性與靈敏度不合格、雷管安定性及威力不合格、保險藥嚴重變質(zhì)、活動零件受到嚴重腐蝕而影響運動靈活性等。

引信被稱為彈藥的“大腦”，可見其在彈藥領(lǐng)域的重要性。由于利用自然環(huán)境長貯試驗法得到的結(jié)果真實、可靠，所以在國外多用此方法積累典型引信的貯存壽命數(shù)據(jù)。美國早在上世紀50年代就組織了專門的軍用電子設(shè)備可靠性研究機構(gòu)[11]。國內(nèi)的引信自然環(huán)境長貯試驗起步較晚。1983年，董少峰[2]明確指出了研究引信長貯可靠性的重要意義，還論述了引信長貯壽命試驗方法并對未來引信貯存可靠性的研究提出了許多建議。1992年，王軍波等[7]將相似產(chǎn)品法應(yīng)用到榴-1甲引信可靠貯存壽命預測中，選擇榴-2作為榴-1甲引信的相似產(chǎn)品，最終得到了其可靠貯存壽命遠大于15 年的結(jié)論。近年來，有學者選擇典型海島高溫、高濕的自然環(huán)境對某引信進行了貯存可靠性試驗，建立了該引信在海島環(huán)境下的貯存壽命模型，得到該引信在海島環(huán)境下的貯存壽命約為13a的結(jié)論。

1.2 火工品的自然環(huán)境長貯試驗

火工品是引燃和起爆器材的總稱，常用來引爆彈丸或戰(zhàn)斗部中的爆炸裝藥、引燃藥筒或彈殼內(nèi)的發(fā)射裝藥、點燃火箭發(fā)動機以及用于工程兵爆破?；鸸て肥菑椝幭到y(tǒng)的關(guān)鍵部分和薄弱環(huán)節(jié)，其發(fā)火可靠性直接影響彈藥系統(tǒng)的可靠性，因此火工品在貯存一段時間后能否正常發(fā)火(包括能否按預定時序發(fā)火)是人們非常關(guān)心的問題，其貯存壽命研究，對于火工品的管理也有重大意義。

火工品的自然環(huán)境長貯試驗與引信的自然環(huán)境長貯試驗相似，也是一種抽樣試驗，試驗前應(yīng)首先確定樣本量?；鸸て返淖匀画h(huán)境長貯試驗每次性能檢測的樣本量n可由下式計算得出[12]：

在國外，自然環(huán)境長貯試驗的理論比較完備[14]，對試驗數(shù)據(jù)的處理也在不斷創(chuàng)新，除了常規(guī)的統(tǒng)計分析方法之外，Lien C Yang等針對火工品的貯存壽命，首次提出了趨勢分析法。最近，國內(nèi)學者宣兆龍教授將趨勢分析法應(yīng)用于某火工品的自然環(huán)境長貯試驗，得到的該火工品貯存壽命估計值大于通過加速壽命試驗得到的結(jié)果，且準確性更高[15]。在國內(nèi)，軍械技術(shù)研究所曾對某底火進行了野戰(zhàn)環(huán)境下的貯存壽命試驗。試驗者選取了我國境內(nèi)有代表性的四個試驗場地，在不同的溫度和濕度環(huán)境中獨立平行地進行了四組試驗，分別得出了該底火在4種環(huán)境下的貯存壽命[5]。為了科學地評估某發(fā)射藥的貯存壽命，軍械技術(shù)研究所的鄭波等人通過對庫存發(fā)射藥長期貯存試驗研究，得到了在庫存環(huán)境下貯存30多年發(fā)射藥的DPA含量試驗數(shù)據(jù)，通過計算得出該發(fā)射藥在置信水平為90%的條件下，安全貯存壽命不低于56a的結(jié)論[16]。筆者閱讀了大量文獻發(fā)現(xiàn)，火工品貯存壽命試驗的研究重點一直偏重于加速壽命試驗，而對自然環(huán)境長貯試驗的研究較少。

1.3 彈藥的自然環(huán)境長貯試驗

彈藥屬于長期貯存一次性使用的產(chǎn)品，是一個國家軍事力量的重要體現(xiàn)，每個國家都有一定的彈藥儲備量。在非戰(zhàn)時，彈藥主要存放在倉庫內(nèi)，少則三五年，多則數(shù)十年。在此期間受自然環(huán)境的影響，彈藥的質(zhì)量會不斷變化。貯存一段時間后的彈藥能否正常使用直接關(guān)系到戰(zhàn)爭的勝負和生命財產(chǎn)安全[17]。因此，對彈藥進行貯存壽命試驗意義重大。一般認為炮兵彈藥主要包括引信、彈丸、發(fā)射藥、藥筒和底火五部分，但影響彈藥貯存壽命的主要是引信和底火[18]。對于彈藥而言，進行自然環(huán)境貯存試驗的對象可以是組成彈藥的重要零部件或元器件，也可以是全彈。由于本文已對彈藥的薄弱環(huán)節(jié)——引信及火工品的自然環(huán)境長貯試驗進行了敘述，所以，此部分僅論述全彈的自然環(huán)境長貯試驗。對彈藥系統(tǒng)進行自然環(huán)境長貯試驗時，首先應(yīng)確定試驗樣本量。對于彈藥這種價格昂貴的產(chǎn)品，確定合理的試驗樣本量至關(guān)重要。樣本量的大小應(yīng)根據(jù)對試驗結(jié)果的要求來確定，即對試驗結(jié)果精度要求越高，所需試驗樣本量也就越大，樣本消耗和工作量也越大。確定樣本量的方法可按照上一節(jié)提到的公式進行估算。然后，將選取的樣本投入試驗，即把樣品存放在特定的自然環(huán)境下。每隔一段時間對彈藥進行性能檢測，判斷其是否失效。檢測的對象主要是彈藥的薄弱環(huán)節(jié)，如電子元器件、引信和火工品。與火工品相同，試驗樣品檢驗時間點也應(yīng)按照前疏后密的原則。最后，可根據(jù)試驗結(jié)果確定出最適合的樣品失效模型，再通過統(tǒng)計學方法確定彈藥的貯存壽命。

國外從20世紀50年代就開始進行了導彈的自然環(huán)境長貯試驗，投入試驗的彈藥包括多種戰(zhàn)術(shù)導彈和戰(zhàn)略導彈，如“霍克”導彈、“民兵”導彈、“大力神”導彈等[19]。美國對彈藥自然環(huán)境長貯試驗的研究起步早、投入大，其彈藥自然環(huán)境長貯試驗的發(fā)展歷程也值得借鑒。美國于1959年就開始對“民兵”戰(zhàn)略導彈的固體火箭發(fā)動機進行了老化監(jiān)測計劃，該方法后來被很多國家用于戰(zhàn)術(shù)導彈固體發(fā)動機的壽命評估。后來，為了改善老化監(jiān)測法預測的產(chǎn)品剩余貯存壽命較短的缺點，美國空軍從20世紀70年代開始又推出了更加科學的長貯壽命分析計劃，預測得的火箭發(fā)動機貯存壽命大幅延長[4]。1971年，美國開始實施一項“大力神Ⅱ可靠性和老化監(jiān)測計劃”，該計劃要求在導彈貯存的全過程中都要嚴格按計劃進行貯存試驗。最終，大力神Ⅱ通過該計劃的具體實施和多次預防維修，服役壽命長達 25a[6]。進入21世紀，美國貯存可靠性試驗的發(fā)展趨勢為強調(diào)可靠性和維修性相結(jié)合并發(fā)展到“無維修”的高要求：對新一代產(chǎn)品要求大幅度提高可靠性并提出“可靠性加倍維修減半或費用減半”的策略[20]。我國上世紀50年代末就提出了彈藥長期貯存問題，并把彈藥貯存可靠性研究列入正式項目。隨后，國家相繼投入大量資金和人力開展了彈藥的貯存可靠性研究，如1988年我國投資120萬元對6種制式炮彈進行了貯存可靠性試驗；20世紀末，我國對某型反坦克導彈武器系統(tǒng)進行了系統(tǒng)的貯存可靠性試驗，取得了很大成果，攻克了提前預測導彈貯存壽命、確定失效判據(jù)和加速壽命試驗技術(shù)實施方案等技術(shù)難關(guān)[11]。進入21世紀，軍械技術(shù)研究所完成了《彈藥長期貯存三十年試驗研究》和《典型彈藥貯存可靠性研究》課題[18]，將我國彈藥貯存可靠性的研究提升到一個新高度。我國的彈藥貯存壽命試驗在開展過程中也取得了不少理論成果。文獻[1]提出了彈藥可靠貯存壽命的四種預計方法——相似產(chǎn)品法、加速試驗預計法、元器件計數(shù)法和元件應(yīng)力分析法，并給出了各方法的實施步驟和應(yīng)用舉例。其中，相似產(chǎn)品法的提出對預測新型彈藥類產(chǎn)品的貯存壽命提供了新思路。文獻[21]根據(jù)武器系統(tǒng)在貯存過程中可靠性不斷降低的事實，參照某彈藥研制過程的可靠性增長模型，給出了預測武器系統(tǒng)貯存可靠性的三種模型。文獻[22]探討了高原環(huán)境下彈藥的貯存壽命問題，提出了估計失效分布參數(shù)值的改進算法。最后得到了估算高原環(huán)境下彈藥貯存壽命的方法，對高原彈藥的質(zhì)量管理有重大意義。近年來，國內(nèi)對彈藥長期貯存壽命試驗的研究擴展到許多新型彈藥領(lǐng)域，如航空導彈[23]、水下武器[24]和信息化彈藥[25]等。自20世紀50年代起我國不斷開展彈藥自然環(huán)境長貯試驗的研究，至今我國彈藥自然環(huán)境長貯試驗的方法和理論已趨于成熟，并積累了不少典型彈藥的長貯試驗數(shù)據(jù)。但是，這種試驗方法周期長、耗資大、難以尋找彈藥系統(tǒng)內(nèi)在的失效原因和變化規(guī)律[11]。目前，國外大都采用加速壽命試驗預測新型彈藥的貯存壽命。

2 彈藥類產(chǎn)品加速壽命試驗法

自然環(huán)境長貯試驗雖然可以得到較為準確的彈藥類產(chǎn)品貯存壽命，但由于該試驗周期長、耗資大且不確定因素多，所以難以尋找彈藥類產(chǎn)品的內(nèi)在失效原因和質(zhì)量變化規(guī)律，更難以適應(yīng)當今彈藥類產(chǎn)品更新速度日益加快的形勢。為了評估新產(chǎn)品的貯存壽命，加速壽命試驗應(yīng)運而生。一般認為加速壽命試驗是在不改變產(chǎn)品失效機理的前提下，用加大應(yīng)力的方法強化環(huán)境因子，增大試驗件負荷、加速產(chǎn)品失效過程，以期在短時間內(nèi)達到長時間自然貯存的效果。即通過惡劣環(huán)境下的試驗結(jié)果推測產(chǎn)品在自然貯存條件下的貯存壽命。加速壽命試驗能在較短的時間內(nèi)得到產(chǎn)品的貯存壽命，但試驗結(jié)果與實際存在一定的誤差[4]。加速壽命試驗按失效應(yīng)力的加載方式可以分為3類[26]：

1)恒定應(yīng)力加速壽命試驗：將一定數(shù)量的樣品分為若干組，每組樣品都彼此獨立地在高于正常水平的恒定應(yīng)力下進行試驗，試驗進行到規(guī)定的時間(截尾時間)或各組有一定數(shù)量的產(chǎn)品(截尾數(shù))發(fā)生失效時為止。

2)步進應(yīng)力加速壽命試驗：選定一組加速應(yīng)力水平S1，S2…Sk，其中S1

3)序進應(yīng)力加速壽命試驗：與步進應(yīng)力加速壽命試驗類似，只是在試驗過程中施加的應(yīng)力水平隨時間連續(xù)上升。

在這三類加速壽命試驗中，恒定應(yīng)力加速壽命試驗理論較為成熟、操作性強、試驗進度好控制，但是所需樣本量大。常被用來評估高可靠性產(chǎn)品在正常應(yīng)力水平下的各種可靠性指標[27]；序進應(yīng)力加速壽命試驗雖然具有試驗樣本量小、試驗時間短的優(yōu)點，但操作尚不成熟，仍處于理論研究階段；而步進應(yīng)力加速壽命試驗則綜合了以上兩類試驗的優(yōu)點，所需試驗樣本量小、實驗設(shè)備簡單、可操作性強，統(tǒng)計方法也比較成熟。因此，該方法在三類加速壽命試驗中應(yīng)用較多[6,26]。

2.1 引信的加速壽命試驗

盡管自然環(huán)境貯存試驗能夠得到較為真實的貯存壽命，但所用的時間太長，對有些引信，可能甚至來不及做完試驗，就被淘汰了。因此采用加大應(yīng)力水平、加快引信失效的加速壽命試驗，在較短的周期內(nèi)掌握引信(尤其是新型引信)在一般貯存條件下的質(zhì)量變化規(guī)律，預測其貯存壽命，就顯得十分必要[28]。引信加速貯存壽命試驗以降低引信貯存壽命評估的試驗周期為研究目標，可對引信整體進行，也可對引信的薄弱環(huán)節(jié)進行。

對引信進行加速壽命試驗時，首先應(yīng)選擇試驗應(yīng)力類型。由彈藥理論及工程經(jīng)驗知，溫度和相對濕度是影響引信性能的最主要因素[18]。因此，應(yīng)選擇溫度和相對濕度作為引信加速壽命試驗的試驗應(yīng)力。但實際上，引信在平時貯存時盡管有部分元器件(如爆炸元件特別是保險藥等)的失效是由于吸濕造成的，但是成品本身是密封的，包裝盒也是密封的(兩級密封)，透溫不透濕，相對濕度對引信貯存壽命的影響可以忽略[2]。因此，引信加速壽命試驗的試驗應(yīng)力常選擇溫度作為加速應(yīng)力[28-33]。第二步，確定應(yīng)力水平。由于引信內(nèi)不僅有機械零件，還有火帽、雷管、傳爆藥、延期藥等爆炸元件，所以在確定應(yīng)力水平時，一方面應(yīng)考慮爆炸元件的熱安定性，另一方面，應(yīng)力水平要高于平時貯存時的應(yīng)力水平，否則，起不到加速失效的作用。因此，加速壽命試驗溫度通常選擇50～80 ℃。為了進一步確定引信加速壽命試驗的最高試驗溫度，還可以以不使引信的失效機理發(fā)生改變?yōu)闇蕜t進行摸底試驗，進而確定最高試驗溫度[28]。應(yīng)力水平一般不少于4個。第三步，確定試驗方法。由于序進應(yīng)力加速壽命試驗的理論尚不成熟，所以引信的加速壽命試驗一般選擇步進應(yīng)力加速壽命和恒定應(yīng)力加速壽命試驗。試驗者可根據(jù)前面提到的兩者的特點進行選擇。第四步，進行試驗并記錄試驗結(jié)果。進行試驗前應(yīng)首先確定試驗樣本量。根據(jù)GJB 5103—2004《彈藥元件加速壽命試驗方法》，確定引信加速壽命試驗樣本量的方法為：試驗樣本量由三部分組成——初始性能檢測樣本容量、加速壽命試驗樣本容量和備份樣本容量。其中，初始性能檢測樣本容量為30發(fā)；加速壽命試驗樣本容量為各應(yīng)力水平下各次性能檢測樣本容量之和。每一應(yīng)力水平下的每次性能檢測樣本容量相同，一般不少于10發(fā)；備份樣本容量為加速壽命試驗樣本容量的10%[34]。第五步，試驗數(shù)據(jù)處理及貯存壽命預測。處理實驗數(shù)據(jù)時一般有如下假設(shè)[18]：在溫度變化條件下，引信貯存壽命服從二參數(shù)的威布爾分布；各個溫度應(yīng)力水平下試驗，引信的失效機理不變；在不同的應(yīng)力水平ei下，引信有不同的特征壽命Zi，Zi與ei符合阿侖尼烏斯模型；產(chǎn)品的剩余貯存壽命僅僅依賴于當時已累積失效部分和當時的應(yīng)力水平，與累積方式無關(guān)[35]。筆者閱讀了大量文獻發(fā)現(xiàn)，雖然不同文獻中試驗結(jié)果的處理方法多種多樣，但大都是以上述四點假設(shè)為前提的。

引信的加速壽命試驗是近年來的研究熱點。在加速壽命試驗模型方面，國外早在19世紀60年代就開始了單應(yīng)力加速模型的研究，比如關(guān)于溫度應(yīng)力的阿侖尼烏斯溫度型和艾琳模型等[36]。1967年，美羅姆航展中心首次給出了加速壽命試驗的定義[37]，引起了世界各國可靠性試驗研究領(lǐng)域的關(guān)注。1980年Nelson W B提出了著名的尼爾森原理。據(jù)此，產(chǎn)品在不同加速應(yīng)力水平下的試驗時間可以互相折算，使步進應(yīng)力試驗的統(tǒng)計分析取得最大突破[38]。該原理在引信的加速壽命試驗中應(yīng)用甚廣。上世紀70年代初，加速壽命試驗技術(shù)引入國內(nèi)，立即引起了我國引信貯存壽命研究者的重視。上世紀80年代初，董少峰將加速壽命試驗應(yīng)用到機械引信的可靠性研究中[2]。上世紀90年代，趙河明對引信電子零部件的加速壽命試驗方法進行了研究，得到了引信電子零部件長貯失效服從威布爾分布規(guī)律、單環(huán)境應(yīng)力與雙環(huán)境應(yīng)力下分別滿足阿侖尼烏斯和廣義艾林模型等結(jié)論[39]。2004年，我國頒布了GJB 5103—2004《彈藥元件加速壽命試驗方法》。自此，彈藥元件的加速壽命試驗實施方法有了統(tǒng)一的標準。文獻[40]將加速壽命試驗原理應(yīng)用于評估引信中磁流變液解除保險機構(gòu)的貯存壽命，得出引信磁流變液解除保險機構(gòu)的可靠貯存壽命為15.2a的結(jié)論。這是加速壽命試驗原理在新型引信中應(yīng)用的成功嘗試。在加速壽命試驗的數(shù)據(jù)處理方面，我國的茆詩松、王玲玲、費鶴良等，針對加速壽命試驗的各種應(yīng)力施加方式、產(chǎn)品服從的不同壽命分布以及考慮競爭失效等不同條件，進行了深入研究，取得了很多研究成果[32]。

2.2 火工品的加速壽命試驗

與其他產(chǎn)品類似，若想盡快確定火工品的貯存壽命，需對火工品進行加速壽命試驗。造成火工品失效的原因主要是貯存環(huán)境的溫度和濕度。與引信相同，火工品在生產(chǎn)和存放過程中會嚴格控制濕度。因此，仍選擇溫度作為火工品的加速壽命試驗應(yīng)力[41]。與引信和彈藥相比，火工品的加速壽命試驗方法除了常見的步進應(yīng)力加速壽命試驗和恒定應(yīng)力加速壽命試驗外，還有其特有的71 ℃試驗法。71 ℃試驗法是一種截尾壽命試驗法，它采用修正的阿倫尼烏斯方程，由高溫下(71 ℃)的試驗時間推測出常溫下的貯存壽命[42]?；鸸て返暮愣☉?yīng)力加速壽命試驗是在恒定濕度環(huán)境下，將幾組樣品放在高于正常貯存環(huán)境的溫度下進行的。試驗應(yīng)力水平一般不少于4個，且在最高試驗應(yīng)力和最低試驗應(yīng)力之間應(yīng)確保火工品的失效機理不變。試驗溫度一般不超過363 K且不低于323 K。每一溫度應(yīng)力水平下試驗樣品為175～210發(fā)。將樣品放在恒溫箱中開始試驗。在試驗過程中定期對樣本進行測試，當70%的樣品失效時應(yīng)停止試驗，將此時間作為該組樣品的試驗壽命。最后，對試驗結(jié)果進行數(shù)據(jù)處理，推測火工品正常貯存環(huán)境下的貯存壽命。文獻[43]給出一種較為簡便的火工品貯存壽命預測方法：以經(jīng)典的阿侖尼烏斯方程作為火工品貯存壽命與溫度之間關(guān)系的數(shù)學模型，即lnt=A+B/T，其中：t為貯存壽命(h)；T為試驗溫度(K)；A、B為待定常數(shù)。通過實驗數(shù)據(jù)可得出A和B的估計值，進而可得出火工品在常溫下的貯存壽命。對于火工品的步進應(yīng)力加速壽命試驗，其試驗步驟與引信的步進應(yīng)力加速壽命試驗相似，可參照實施，在此不再贅述。

國外對加速壽命試驗的研究較早，火工品的加速壽命試驗理論也比較完善。由于71 ℃試驗法和恒定溫度加速壽命試驗法所需的樣本較多，所以2005年美國航天航空工業(yè)協(xié)會發(fā)布了新的火工品加速壽命試驗法[44]。該方法通過對加速貯存試驗后的火工品進行感度試驗，再進行一致性檢驗，可利用較少的樣品評估出火工品的貯存壽命。在國內(nèi)，對火工品的加速壽命試驗也在不斷研究，并取得了不少成果。1996年，軍械技術(shù)研究所對某底火進行了步進應(yīng)力加速壽命試驗，經(jīng)過240 d的試驗，得到了在置信度為90%的情況下該底火的貯存壽命可達25a的結(jié)論[45]。2004年，祝逢春[46]提出了一套火工系統(tǒng)貯存壽命評定方法，并利用Matlab等軟件編寫了計算程序，對一種火工系統(tǒng)貯存壽命進行了評定，最后評估出該系統(tǒng)貯存壽命為12a。2010年，他針對某些出廠可靠性低的彈藥類產(chǎn)品利用一般的擬合方法得出的可靠度函數(shù)精度不高的問題，提出了一種確定彈藥類產(chǎn)品貯存可靠度函數(shù)的新方法[47]，該方法既解決了可靠性低的彈藥類產(chǎn)品可靠度函數(shù)擬合不理想的問題，又可用于高可靠性彈藥類產(chǎn)品，且擬合函數(shù)效果更好。隨著理論的發(fā)展，火工品的加速壽命試驗方法也在不斷創(chuàng)新。2009年，趙婉[48]提出了一種基于活化能的火工品加速壽命試驗優(yōu)化方法，為確定火工品加速壽命試驗的截尾時間提供了新思路。2012年，她又提出了一種基于加速老化試驗性能退化數(shù)據(jù)評價火工品儲存可靠性的方法，并將該方法用于某爆炸螺栓的長貯壽命評估。結(jié)果表明，該爆炸螺栓常溫下滿足可靠度為0.999的貯存壽命約為10a，為評價類似產(chǎn)品的貯存可靠性提供了一個新的思路[49]。2013年，張曉民等[50]同時考慮溫度和濕度對某導彈火工品進行了加速壽命試驗，相比只考慮溫度應(yīng)力的單因素加速壽命試驗，雙因素加速壽命試驗操作和結(jié)果處理更復雜，但是試驗結(jié)論會更可靠。

2.3 彈藥的加速壽命試驗

引信和底火是彈藥系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，易受環(huán)境因素的影響而失效，兩者決定了彈藥的可靠貯存壽命。引信和底火均是由電子元件、火帽、雷管等串聯(lián)而成，研究表明其貯存壽命服從雙參數(shù)的威布爾分布[4]。如今彈藥更新?lián)Q代速度日益加快，自然環(huán)境長貯試驗難以滿足快速預測彈藥貯存壽命的要求。而彈藥的加速壽命試驗能夠很好地解決彈藥更新速度快與貯存壽命試驗周期長之間的矛盾。彈藥的加速壽命試驗是在不改變彈藥元件失效機理的前提下，增大環(huán)境應(yīng)力，從而得到彈藥的失效時間，再根據(jù)其貯存壽命服從威布爾分布，根據(jù)試驗數(shù)據(jù)得出其壽命模型，最后預測彈藥在自然貯存環(huán)境下的貯存壽命[51]。

進行彈藥的加速壽命試驗前應(yīng)確定試驗應(yīng)力以及試驗方案。與引信相同，影響彈藥貯存壽命的環(huán)境因素也主要是溫度和濕度。一般情況下，彈藥出廠后都是經(jīng)過嚴格的密封包裝存放于倉庫中，透溫不透濕，因此試驗應(yīng)力經(jīng)常選擇溫度應(yīng)力。試驗應(yīng)力大小的選擇原則是既要保證彈藥的加速失效又要考慮彈藥系統(tǒng)中火工品的熱安定性。根據(jù)經(jīng)驗，試驗應(yīng)力通常選擇為50～80 ℃，應(yīng)力水平一般取3～5個。相比于其他兩種加速壽命試驗，步進應(yīng)力加速壽命試驗所需樣本數(shù)最少，出于試驗的經(jīng)濟性和實驗數(shù)據(jù)處理的簡便性，彈藥的加速壽命試驗宜選擇步進應(yīng)力加速壽命試驗法。進行試驗時，一般將相對濕度保持在65%，把一定數(shù)量的樣品放置于溫度為S1的環(huán)境下，經(jīng)過一段時間t1后，將環(huán)境溫度升高到S2，把未失效的樣品放置于該環(huán)境中進行試驗，經(jīng)過一段時間t2后，再將試驗溫度升高……如此繼續(xù)下去，直到預定的時間或有一定量的樣品失效為止。最后，進行試驗數(shù)據(jù)的處理和彈藥貯存壽命的預測。根據(jù)試驗數(shù)據(jù)進行參數(shù)估計，得出彈藥貯存壽命的確切模型，進而預測出自然環(huán)境下彈藥的貯存壽命。值得注意的是，彈藥是一個復雜的系統(tǒng)，試驗過程中可能出現(xiàn)“倒掛”數(shù)據(jù)，即試驗時間短的彈藥比試驗時間長的彈藥失效數(shù)目多，出現(xiàn)這種情況時可用貝葉斯理論進行修正[52]。

在國外，彈藥的加速壽命試驗已開展了數(shù)十年。美國的“民兵導彈貯存計劃”可為導彈提供48個月的使用壽命預報[19]。美國軍用標準規(guī)定固體火箭發(fā)動機在其規(guī)定的極限高、低溫下分別貯存6個月，若靜止試驗的工作性能符合要求，則其最低貯存壽命為5a[4]。此外，美國還對電子元器件的加速壽命試驗做了大量工作，積累了大量理論和實踐經(jīng)驗。俄羅斯的加速壽命試驗處于世界領(lǐng)先水平，其不僅可以用于零部件和材料方面，還可用于設(shè)備和系統(tǒng)級別。俄羅斯曾對C-300防空導彈進行加速壽命試驗，得到六個月的試驗壽命相當于正常情況下十年壽命的結(jié)論[19]。自從加速壽命試驗的思想引入國內(nèi)，我國對彈箭貯存壽命的評價、預測也做了大量研究工作。20世紀初，羅天元從環(huán)境試驗的角度論述了建立彈箭貯存壽命評價技術(shù)的必要性，并提出了建立彈箭貯存壽命評價技術(shù)需開展的研究工作、研究內(nèi)容和實施途徑。軍械技術(shù)研究所的鄭波等人曾對某新型彈藥進行了恒濕步溫加速壽命試驗，得到了該彈藥在溫度為15 ℃以及22.5 ℃時的可靠儲存壽命分別為23a和18a的結(jié)論[53]。

近年來，彈藥的加速壽命試驗應(yīng)用范圍不斷擴展，已應(yīng)用到一些水中兵器[54]和信息化彈藥[55]的貯存壽命研究中。彈藥的加速壽命試驗數(shù)據(jù)處理方法也在不斷完善。盧秋紅等[56]用極大似然法估計分布參數(shù)，提出了一種新的彈藥步進應(yīng)力加速壽命試驗數(shù)據(jù)處理方法，并通過實例驗證了該方法的可行性。文獻[57]針對彈藥的步進應(yīng)力加速壽命試驗數(shù)據(jù)處理中異常數(shù)據(jù)處理和彈藥長貯壽命分布參數(shù)估計的問題，以貝葉斯理論為基礎(chǔ)提出了一種新的試驗數(shù)據(jù)處理方法，并通過實例說明了其可行性。

3 彈藥類產(chǎn)品兩種標準貯存壽命試驗方法對比

表1對比了彈藥類產(chǎn)品的自然環(huán)境長貯試驗和加速壽命試驗。

由表1可知，兩種方法各有優(yōu)缺點，適用的場合不同，因此試驗者需根據(jù)試驗對象的實際情況進行選擇。自然環(huán)境貯存試驗的最大優(yōu)點就是試驗環(huán)境接近產(chǎn)品的貯存環(huán)境，因此，得到的試驗結(jié)果真實可靠。但是，為了得到試驗結(jié)果要經(jīng)過漫長的等待，已經(jīng)不太適應(yīng)新型彈藥研發(fā)速度快的現(xiàn)狀。目前，很多國家進行過彈藥類產(chǎn)品的自然環(huán)境貯存試驗，積累了一定經(jīng)驗和試驗數(shù)據(jù)。因此，比較有效的方法是將新研制的產(chǎn)品與進行過自然環(huán)境貯存試驗的類似產(chǎn)品進行比較，以此來粗略估計出新產(chǎn)品的貯存壽命。這種方法稱為相似產(chǎn)品法。此外，若已知某產(chǎn)品一元器件的貯存壽命，而該元器件為某新產(chǎn)品中的薄弱環(huán)節(jié)，則可根據(jù)相似產(chǎn)品法的原理估計出該產(chǎn)品的貯存壽命。此方法稱為薄弱環(huán)節(jié)法，可將其看作是相似產(chǎn)品法的一個特例[58]。相對于自然環(huán)境貯存試驗，近年來加速壽命試驗成為研究熱門，理論也取得了長足發(fā)展。通過加速壽命試驗，可以在較短的時間內(nèi)得到產(chǎn)品的貯存壽命。因此，在產(chǎn)品研發(fā)周期逐漸縮短的今天，加速壽命試驗受到了研究人員的親睞。

4 結(jié)論

本文綜述了國內(nèi)外彈藥類產(chǎn)品貯存壽命的試驗方法、試驗步驟和發(fā)展現(xiàn)狀，并對彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗方法進行了系統(tǒng)分析。彈藥類產(chǎn)品貯存壽命試驗方法包括自然環(huán)境長貯試驗法和加速壽命試驗法。自然環(huán)境長貯試驗可得到較為準確的產(chǎn)品貯存壽命，但是需要長時間的跟蹤測試，人力物力投入大。因此，該方法一般用于預測典型且有代表性彈藥類產(chǎn)品的可靠貯存壽命。這樣就可以根據(jù)相似產(chǎn)品法的思想，通過典型彈藥類產(chǎn)品來評估其相似產(chǎn)品的貯存壽命。引信和火工品是彈藥系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，若已有彈藥系統(tǒng)中引信或某些火工品自然環(huán)境長貯試驗數(shù)據(jù)，則可根據(jù)薄弱環(huán)節(jié)法的思想推測出該彈藥的貯存壽命?？梢?，積累一定的彈藥類產(chǎn)品自然環(huán)境長貯試驗數(shù)據(jù)對評估新型彈藥類產(chǎn)品的貯存壽命很有意義。加速壽命試驗的出現(xiàn)是為了適應(yīng)當今產(chǎn)品更新?lián)Q代迅速的大背景。它能較快的得到彈藥類產(chǎn)品的貯存壽命，因此得到了廣泛的應(yīng)用，但是理論基礎(chǔ)不足、試驗結(jié)果缺乏可靠性是其一大缺點。自然環(huán)境長貯試驗與加速壽命試驗的有機結(jié)合是國外成功預測彈藥類產(chǎn)品可靠貯存壽命的有益經(jīng)驗。有時，將兩種試驗方法結(jié)合起來，再應(yīng)用相似產(chǎn)品法的思想可預測出某些復雜產(chǎn)品的可靠貯存壽命。我國的自然環(huán)境長貯試驗起步較晚，如今僅積累了近半個世紀的試驗數(shù)據(jù)。而且對加速壽命試驗研究力度不夠，缺乏對理論的深入研究。所以，加速壽命試驗在實際應(yīng)用中還有很多不足。目前，產(chǎn)品失效機理研究、數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析和實驗結(jié)果驗證是加速壽命試驗法在工程應(yīng)用中亟待優(yōu)化解決的問題。建議應(yīng)在持續(xù)開展彈藥類產(chǎn)品自然環(huán)境長貯壽命試驗的同時，進一步加強對加速壽命試驗的理論研究。