基于實(shí)艇裝載與加速試驗(yàn)的魚雷裝載可靠度綜合評(píng)估

朱文振，劉清慧，唐世軒

(中國人民解放軍91388部隊(duì)92分隊(duì)，廣東 湛江 524022)

0 引言

裝載可靠度是魚雷可靠性的一項(xiàng)重要指標(biāo)，魚雷在發(fā)射前需在潛艇上經(jīng)歷長(zhǎng)時(shí)間的裝載任務(wù)，雖然在裝載狀態(tài)下魚雷非工作失效率也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于工作失效率，但由于裝載時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其工作時(shí)間，裝載環(huán)境對(duì)魚雷可靠性的影響不可忽視，因此，如何正確評(píng)估全雷裝載可靠度對(duì)于裝備戰(zhàn)斗力生成具有重要意義。

經(jīng)典可靠性評(píng)估方法具有試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)、樣雷數(shù)多、客觀真實(shí)等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于魚雷可靠性鑒定試驗(yàn)。裝載可靠度試驗(yàn)經(jīng)歷了經(jīng)典方法、Bayes方法、加速試驗(yàn)方法，解決了武器裝備裝載可靠性試驗(yàn)綜合評(píng)估技術(shù)難題。隨著魚雷可靠性水平的不斷提高，現(xiàn)代魚雷裝載時(shí)間要求越來越長(zhǎng)，單純采用一種可靠性評(píng)估方法難以在較短時(shí)間內(nèi)完成全雷裝載試驗(yàn)鑒定任務(wù)[1-3]。裝備可靠性鑒定試驗(yàn)可通過等效模擬環(huán)境應(yīng)力作用效果的加速試驗(yàn)，加速產(chǎn)品故障進(jìn)程，可有效縮短試驗(yàn)時(shí)間，彌補(bǔ)實(shí)際裝載獲取裝載可靠性信息的不足，已成為武器裝備可靠性試驗(yàn)鑒定常用的評(píng)估方法[4-6]。本文結(jié)合裝載可靠度各種方法的優(yōu)點(diǎn)和局限性，提出一種基于實(shí)艇裝載與加速試驗(yàn)相結(jié)合的魚雷裝載可靠度綜合評(píng)估方法，為解決魚雷可靠性試驗(yàn)鑒定工程問題提供技術(shù)途徑。

1 常用裝載可靠度評(píng)估方法

1.1 典型樣本裝載評(píng)估方法

在滿足使用方和研制方風(fēng)險(xiǎn)條件下，采用二項(xiàng)分布檢驗(yàn)方法設(shè)計(jì)裝載試驗(yàn)方案，按照裝載任務(wù)剖面和指標(biāo)時(shí)間要求，在作戰(zhàn)艦艇上裝載魚雷，統(tǒng)計(jì)發(fā)生責(zé)任故障數(shù)量，計(jì)算裝載可靠度置信下限[7]。該方法優(yōu)點(diǎn)滿足雙方風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，統(tǒng)計(jì)結(jié)果具有很高的置信度；缺點(diǎn)是魚雷數(shù)量較多，裝載時(shí)間較長(zhǎng)，對(duì)保障魚雷裝載的作戰(zhàn)平臺(tái)資源要求較高，難以滿足試驗(yàn)鑒定要求。

1.2 典型時(shí)間裝載評(píng)估方法

采用指數(shù)分布將魚雷裝載可靠度指標(biāo)轉(zhuǎn)換為平均故障間隔時(shí)間(MTBF)指標(biāo)，按照裝載任務(wù)剖面和試驗(yàn)時(shí)間要求，在作戰(zhàn)艦艇上裝載魚雷，統(tǒng)計(jì)發(fā)生責(zé)任故障的數(shù)量，計(jì)算裝載可靠度置信下限[8]。該方法優(yōu)點(diǎn)是統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)準(zhǔn)確，能夠反映魚雷實(shí)際裝載可靠性；缺點(diǎn)是當(dāng)裝載可靠性指標(biāo)要求較高時(shí)，試驗(yàn)要求魚雷數(shù)量多，裝載時(shí)間長(zhǎng)，用于艦艇裝載保障難度大，無法滿足試驗(yàn)鑒定需求。MTBF轉(zhuǎn)換的方式為：

(1)

式中，t0為魚雷裝載時(shí)間指標(biāo)，RL為魚雷裝載可靠度最低可接受值指標(biāo)。

1.3 實(shí)驗(yàn)室裝載評(píng)估方法

將魚雷裝載可靠度指標(biāo)轉(zhuǎn)換為MTBF指標(biāo)，采用定時(shí)截尾檢驗(yàn)方案，按照裝載任務(wù)剖面和試驗(yàn)時(shí)間要求，在實(shí)驗(yàn)室模擬魚雷裝載綜合應(yīng)力環(huán)境條件下對(duì)全雷進(jìn)行試驗(yàn)，統(tǒng)計(jì)發(fā)生責(zé)任故障數(shù)量，計(jì)算裝載可靠度置信下限[8]。該方法優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境條件可控，不需要作戰(zhàn)平臺(tái)保障資源；缺點(diǎn)是若裝載可靠性指標(biāo)要求較高，當(dāng)魚雷數(shù)量較少時(shí)裝載試驗(yàn)過長(zhǎng)，當(dāng)魚雷數(shù)量較多時(shí)裝載試驗(yàn)較長(zhǎng)。

1.4 基于Bayes裝載評(píng)估方法

Bayes理論是將統(tǒng)計(jì)模型中的參數(shù)作為隨機(jī)變量，利用各類先驗(yàn)信息確定這些參數(shù)的先驗(yàn)分布，由Bayes定理將先驗(yàn)信息和實(shí)艇裝載可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)綜合得到參數(shù)的后驗(yàn)分布，從而對(duì)參數(shù)進(jìn)行評(píng)估和檢驗(yàn)[3]。該方法優(yōu)點(diǎn)是可以利用先驗(yàn)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)評(píng)估，要求實(shí)際裝載試驗(yàn)信息可相應(yīng)減少，特別是若能夠提供足夠客觀的先驗(yàn)信息時(shí)，試驗(yàn)結(jié)果比較客觀；缺點(diǎn)是對(duì)驗(yàn)前的信息量要求較大，才能保證裝載試驗(yàn)評(píng)估的客觀性。

1.5 實(shí)驗(yàn)室加速裝載評(píng)估方法

將魚雷裝載可靠度指標(biāo)轉(zhuǎn)換為MTBF指標(biāo)，根據(jù)加速試驗(yàn)的原理，在實(shí)驗(yàn)室模擬增大魚雷裝載環(huán)境應(yīng)力量值，統(tǒng)計(jì)發(fā)生責(zé)任故障數(shù)量，計(jì)算裝載可靠度置信下限。該方法優(yōu)點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)室模擬環(huán)境條件可控，可大幅減少魚雷樣雷數(shù)或縮短裝載試驗(yàn)時(shí)間；缺點(diǎn)是加速系數(shù)與加速模型運(yùn)用、加速試驗(yàn)環(huán)境選擇、裝載實(shí)際環(huán)境應(yīng)力數(shù)據(jù)獲取等密切相關(guān)，加速系數(shù)大小難以準(zhǔn)確估計(jì)。

2 實(shí)艇裝載與加速試驗(yàn)相結(jié)合評(píng)估方法

2.1 裝載可靠度鑒定試驗(yàn)主要問題

隨著魚雷可靠性水平的不斷提高，現(xiàn)代魚雷裝載可靠度具有指標(biāo)要求高、裝載時(shí)間長(zhǎng)等特點(diǎn)，受裝備研制進(jìn)度、魚雷樣雷數(shù)量、試驗(yàn)保障資源等條件限制，裝載可靠度綜合評(píng)估需求與試驗(yàn)鑒定現(xiàn)實(shí)條件存在突出矛盾，主要表現(xiàn)為：一是典型樣本裝載評(píng)估方法是通過艦艇裝載規(guī)定魚雷數(shù)量進(jìn)行試驗(yàn)，符合魚雷裝載使用環(huán)境條件，試驗(yàn)結(jié)果可信度很高，受魚雷樣雷數(shù)量、潛艇保障資源等條件限制，難以保障多魚雷、長(zhǎng)時(shí)間的實(shí)艇裝載任務(wù)。二是經(jīng)典時(shí)間裝載評(píng)估方法是通過艦艇或?qū)嶒?yàn)室裝載魚雷規(guī)定時(shí)間進(jìn)行試驗(yàn)，符合或近似魚雷裝載使用環(huán)境條件，試驗(yàn)結(jié)果可信度較高，魚雷樣雷數(shù)量偏少時(shí)所需試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)，難以在較短時(shí)間內(nèi)完成裝載可靠度試驗(yàn)任務(wù)。三是基于Bayes裝載評(píng)估方法需要大量驗(yàn)前信息，受魚雷技術(shù)狀態(tài)難以固化、實(shí)艇裝載數(shù)據(jù)不多等影響，驗(yàn)前信息難以有效支撐裝載可靠度綜合評(píng)估。四是實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)可大幅縮短裝載可靠性試驗(yàn)時(shí)間，受試驗(yàn)安全因素影響，魚雷通常不能配置火工品進(jìn)行加速試驗(yàn)，需要實(shí)艇裝載試驗(yàn)信息進(jìn)行有效補(bǔ)充。

2.2 基于實(shí)艇裝載與加速試驗(yàn)相結(jié)合方法

2.2.1 裝載可靠度近似指數(shù)分布

現(xiàn)代魚雷系統(tǒng)、組部件絕大部分是電子產(chǎn)品，剔除了早期故障進(jìn)入偶然故障期后，電子產(chǎn)品其失效率為常數(shù)，服從指數(shù)分布。魚雷機(jī)械、機(jī)電產(chǎn)品壽命服從威布爾分布，剔除早期故障后進(jìn)入正常工作期，在未進(jìn)入損耗故障期前，故障率上升很緩慢，近似服從指數(shù)分布。魚雷有少量一次性使用的機(jī)械、橡膠產(chǎn)品，其壽命無法用指數(shù)分布描述，但這些部件屬于定期維護(hù)的可更換件，不影響魚雷總體可靠性按指數(shù)分布去考慮。因此，魚雷系統(tǒng)、組件、零部件壽命分布類型有所不同，但研究魚雷全雷裝載可靠性問題時(shí)，仍可按近似指數(shù)分布模型進(jìn)行處理。

2.2.2 基于實(shí)艇裝載與加速試驗(yàn)相結(jié)合方法

針對(duì)魚雷裝載可靠度試驗(yàn)鑒定所需裝載時(shí)間長(zhǎng)、魚雷數(shù)量多、驗(yàn)前信息少等客觀條件，采用指數(shù)分布模型將魚雷裝載可靠度指標(biāo)轉(zhuǎn)換為MTBF指標(biāo)，根據(jù)潛艇保障條件合理確定艇上裝載試驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)室開展加速裝載試驗(yàn)增加魚雷裝載可靠性信息，綜合運(yùn)用艇上實(shí)際裝載試驗(yàn)信息和魚雷加速裝載試驗(yàn)信息，對(duì)魚雷裝載可靠度進(jìn)行綜合評(píng)估。

2.3 加速試驗(yàn)方法

2.3.1 加速試驗(yàn)基本原理

根據(jù)加速試驗(yàn)的原理，當(dāng)環(huán)境應(yīng)力量值增加后，相應(yīng)的試驗(yàn)時(shí)間可以縮短，使對(duì)產(chǎn)品的失效率影響保持相當(dāng)，因此，利用加嚴(yán)的綜合環(huán)境應(yīng)力剖面進(jìn)行可靠性試驗(yàn)，可以在較短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到被試產(chǎn)品可靠性考核目的。加速試驗(yàn)基本原則是采用環(huán)境應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品缺陷的激發(fā)效能相等效進(jìn)行加速，即加速后的環(huán)境應(yīng)力剖面與加速前的環(huán)境應(yīng)力剖面對(duì)產(chǎn)品的失效率的影響是等效的，從而在不同的應(yīng)力水平下確保產(chǎn)品的失效機(jī)理保持不變[9-11]。

2.3.2 裝載環(huán)境應(yīng)力分析

魚雷裝載期間主要經(jīng)歷溫度、濕度、鹽霧、霉菌、振動(dòng)等各種環(huán)境因素的作用，由于魚雷具有良好的密封性，濕度對(duì)魚雷裝載可靠性影響較小，鹽霧、霉菌在裝載試驗(yàn)前已通過專項(xiàng)環(huán)境鑒定試驗(yàn)。為此，溫度、振動(dòng)兩種應(yīng)力是魚雷及其組部件在長(zhǎng)時(shí)間裝載條件下產(chǎn)生累積損傷的主要影響因素，裝載可靠度實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)主要采用溫度、振動(dòng)典型環(huán)境應(yīng)力，對(duì)魚雷電子產(chǎn)品以及所屬機(jī)械、機(jī)電產(chǎn)品和非金屬材料進(jìn)行考核[12]。

2.4 加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

2.4.1 恒溫加速模型

高溫可以加快構(gòu)成產(chǎn)品的原子或分子發(fā)生物理或化學(xué)反應(yīng)，促使產(chǎn)品提前失效。產(chǎn)品性能退化速率與激活能的指數(shù)成反比，當(dāng)溫度應(yīng)力加大時(shí)，產(chǎn)品內(nèi)部分子動(dòng)能的增加導(dǎo)致材料膨脹，其化學(xué)特性和物理特性發(fā)生變化，從而導(dǎo)致產(chǎn)品退化速度加快，使用壽命縮短[13-14]。因此，可通過升溫和降溫的方式增大溫差，從而縮短魚雷裝載試驗(yàn)所需時(shí)間。

當(dāng)溫度作為加速應(yīng)力時(shí)，加速試驗(yàn)通常采用Arrhenius模型：

ρ(T)=Ae-Ea/KT

(2)

式中，ρ(T)為反應(yīng)速率，是絕對(duì)溫度的函數(shù)；A為與溫度無關(guān)的常量；Ea為激活能，以eV為單位；K為波爾茲曼常數(shù)，8.617 358×10-5eV/K；T為絕對(duì)溫度。

對(duì)于服從指數(shù)分布的魚雷來說，其失效率與反應(yīng)速率成正比，溫度加速因子AF模型：

(3)

式中，Tu為額定條件下的絕對(duì)溫度，Tt為加速條件下的絕對(duì)溫度。對(duì)于有較多集成電路的魚雷裝備，Ea可選用0.9 eV。

2.4.2 溫度循環(huán)加速模型

溫度循環(huán)是造成產(chǎn)品耗損型故障的主要因素，使材料發(fā)生低周疲勞、接觸材料的脫離等。在不工作狀態(tài)下，溫度變化造成的系統(tǒng)耗損型故障模式主要體現(xiàn)在元器件的引腳或內(nèi)部引線斷開、焊盤松脫、膠合松脫、材料疲勞損傷等。溫度循環(huán)與高低溫的溫差有關(guān)，溫差增大會(huì)加快系統(tǒng)耗損型故障的發(fā)生[15-17]。因此，可通過升溫和降溫的方式增大溫差，從而縮短魚雷裝載試驗(yàn)所需時(shí)間。

描述熱疲勞失效與溫度循環(huán)應(yīng)力的關(guān)系可采用Coffin-Manson模型：

(4)

式中，N為熱循環(huán)次數(shù)，ΔT為溫變范圍；f為熱循環(huán)頻率，Tmax為最高絕對(duì)溫度，δ、β1、β2為材料參數(shù)。

綜合考慮溫變范圍、溫變率、最高溫度等因素，描述溫度循環(huán)對(duì)產(chǎn)品的影響可采用Norris-Landzberg模型：

(5)

式中，Nt為加速條件下的熱循環(huán)次數(shù)，Nu為額定條件下的熱循環(huán)次數(shù)；ΔTt為加速條件下的熱循環(huán)絕對(duì)溫度差，ΔTu為額定條件下的熱循環(huán)絕對(duì)溫度差；Δft為加速條件下的熱循環(huán)頻率，Δfu為額定條件下的熱循環(huán)頻率；Ttmax為加速條件下的熱循環(huán)中最高絕對(duì)溫度，Tumax為額定條件下的熱循環(huán)中最高絕對(duì)溫度。

2.4.3 振動(dòng)疲勞加速模型

振動(dòng)應(yīng)力對(duì)產(chǎn)品的可靠性影響主要是導(dǎo)致耗損型的故障，材料經(jīng)過若干次循環(huán)之后會(huì)發(fā)生斷裂。在不工作狀態(tài)下，振動(dòng)造成的系統(tǒng)耗損型故障模式主要體現(xiàn)為元器件引腳或內(nèi)部引線斷開、焊盤松脫、膠合松脫、結(jié)構(gòu)材料疲勞斷裂等。魚雷潛艇裝載屬于隨機(jī)振動(dòng)，振動(dòng)量值是總均方根值，提高振動(dòng)量值會(huì)加快系統(tǒng)耗損型故障發(fā)生[18]。因此，可通過增大輸入的振動(dòng)量值的方式，從而縮短魚雷裝載試驗(yàn)所需時(shí)間。

振動(dòng)會(huì)造成材料的高周疲勞損傷，描述材料經(jīng)受的振動(dòng)量值和振動(dòng)時(shí)間之間的關(guān)系可采用Miner法則，振動(dòng)應(yīng)力加速模型為：

(6)

式中，tt為加速條件下的振動(dòng)時(shí)間；tu為額定條件下的振動(dòng)時(shí)間；Wt為加速條件下的均方根值；Wu為額定條件下的均方根值；m為材料常數(shù)，對(duì)于隨機(jī)振動(dòng)，取4。

3 裝載可靠度試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

3.1 裝載平均故障間隔時(shí)間

根據(jù)魚雷裝載時(shí)間、最低可接受值指標(biāo)，將裝載可靠度指標(biāo)轉(zhuǎn)換為最低可接受的MTBF指標(biāo)，選擇GJB 899A-2009《可靠性鑒定和驗(yàn)收試驗(yàn)》中的定時(shí)截尾試驗(yàn)方案20-1、20-2，由式(1)計(jì)算裝載可靠度定時(shí)截尾試驗(yàn)方案，裝載故障數(shù)很小時(shí)的試驗(yàn)方案如表1所示。

表1 定時(shí)截尾試驗(yàn)方案

由表1可知，與無故障裝載可靠度試驗(yàn)時(shí)間相比，1個(gè)故障所需裝載試驗(yàn)時(shí)間增加近一倍，綜合魚雷研制進(jìn)度、試驗(yàn)費(fèi)用、保障條件等因素，在選擇裝載可靠度試驗(yàn)方案時(shí)，可盡量選擇無故障方案。

3.2 裝載可靠度試驗(yàn)方案

按照潛艇裝載魚雷時(shí)間盡量長(zhǎng)、數(shù)量盡可能多的基本原則[19]，通常需滿足實(shí)際裝載不小于1條魚雷、裝載時(shí)間不小于指標(biāo)的要求，以表1中試驗(yàn)方案1為例，確定裝載可靠度試驗(yàn)方案如表2所示。

表2 裝載可靠度試驗(yàn)方案

由表2可知，若考慮到可用于裝載試驗(yàn)的魚雷數(shù)量不多的實(shí)際情況，優(yōu)先選用實(shí)艇裝載魚雷2條或3條方案。

3.3 加速試驗(yàn)剖面設(shè)計(jì)

加速試驗(yàn)剖面設(shè)計(jì)主要包括加速應(yīng)力種類和加速應(yīng)力水平。在保證被試品主要故障模式和故障機(jī)理不發(fā)生改變的情況下，盡量選取高的加速應(yīng)力，以縮短試驗(yàn)時(shí)間，提高試驗(yàn)的費(fèi)效比。

3.3.1 高溫加速應(yīng)力

根據(jù)公式(3)溫度加速模型可知，選擇加速試驗(yàn)溫度越高，試驗(yàn)時(shí)間越短。為避免加速試驗(yàn)改變被試品的失效機(jī)理，但高溫不宜過高，假設(shè)選用加速試驗(yàn)高溫為60 ℃。

3.3.2 溫差和溫度變化率

由公式(5)溫度循環(huán)加速模型可知，選擇加速試驗(yàn)溫度循環(huán)中的溫差和溫變率越大，循環(huán)次數(shù)越少。為避免加速試驗(yàn)改變被試品的失效機(jī)理，低溫不宜過低，溫差和溫變率不宜過大。假設(shè)選用加速試驗(yàn)低溫為0 ℃，則溫差為60 ℃，溫變速率通常選用實(shí)驗(yàn)室最大值為5 ℃/min[20]。

3.3.3 振動(dòng)加速應(yīng)力

魚雷裝載期間，假設(shè)潛艇航行時(shí)振動(dòng)量值為0.20 Grms，拋錨停泊時(shí)振動(dòng)的量值為0.10 Grms，潛艇停泊時(shí)間約為潛艇航行時(shí)間的三倍。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)的振動(dòng)量值不超過能承受的環(huán)境功能振動(dòng)試驗(yàn)量值的一半，取值0.5 Grms。

4 裝載可靠度綜合評(píng)估

4.1 裝載可靠度數(shù)據(jù)來源

在潛載魚雷性能鑒定試驗(yàn)中，產(chǎn)生裝載可靠度信息主要包括戰(zhàn)雷實(shí)艇裝載和全雷加速試驗(yàn)兩類數(shù)據(jù)。

4.1.1 戰(zhàn)雷實(shí)艇裝載數(shù)據(jù)

戰(zhàn)雷實(shí)艇裝載試驗(yàn)?zāi)軌蚍从逞b載可靠度實(shí)際狀態(tài)，根據(jù)潛艇能夠保障裝載魚雷數(shù)量和裝載魚雷時(shí)間的客觀條件，在性能鑒定試驗(yàn)前期開展戰(zhàn)雷實(shí)艇裝載試驗(yàn)，記實(shí)艇裝載試驗(yàn)數(shù)據(jù)(T1，r1)，其中T1為魚雷潛艇裝載試驗(yàn)總時(shí)間，r1為魚雷潛艇裝載試驗(yàn)故障數(shù)。

4.1.2 全雷加速試驗(yàn)數(shù)據(jù)

加速試驗(yàn)信息是開展裝載可靠性評(píng)估數(shù)據(jù)不足的重要來源，針對(duì)潛艇保障魚雷裝載數(shù)量較少的實(shí)際情況，在完成實(shí)艇裝載的基礎(chǔ)上或性能鑒定試驗(yàn)后期開展全雷實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)，記加速等效試驗(yàn)數(shù)據(jù)(T2，r2)，其中T2為魚雷實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)總時(shí)間，r2為魚雷實(shí)驗(yàn)室加速試驗(yàn)故障數(shù)。

4.2 裝載故障判定方法

潛載魚雷裝載可靠度任務(wù)剖面：從魚雷戰(zhàn)雷裝填于潛艇并經(jīng)調(diào)試合格開始，至魚雷射前準(zhǔn)備不可逆動(dòng)作前或到達(dá)在規(guī)定裝載時(shí)間卸載后解除武裝為止。出現(xiàn)下列情況之一，判定發(fā)生裝載故障。

1)在潛艇裝載期間魚雷日常維護(hù)過程中，出現(xiàn)魚雷功能不正?；蛐阅軈?shù)不符合技術(shù)指標(biāo)要求；

2)在潛艇發(fā)射魚雷準(zhǔn)備過程中，因出現(xiàn)魚雷問題導(dǎo)致不能正常發(fā)射準(zhǔn)備程序或者不能正常發(fā)射魚雷；

3)從魚雷裝載期滿卸載返回技術(shù)陣地后全雷檢測(cè)過程中，出現(xiàn)魚雷功能不正?；蛐阅軈?shù)不符合技術(shù)指標(biāo)要求。

4.3 裝載可靠度綜合評(píng)估方法

魚雷裝載可靠度MTBF區(qū)間估計(jì)為：

(7)

式中，t0為使用方風(fēng)險(xiǎn)，β為置性水平。

魚雷裝載可靠度置信下限RL：

(8)

5 算例

假設(shè)魚雷裝載可靠度指標(biāo)為裝載時(shí)間為1年，最低可接受值為0.8，置信度為0.8，以表2中試驗(yàn)方案2為例，進(jìn)行魚雷裝載可靠度試驗(yàn)，即2條魚雷實(shí)艇裝載不少于1年時(shí)間，1條魚雷試驗(yàn)加速等效時(shí)間不少于45 684 h。

5.1 加速試驗(yàn)

在加速試驗(yàn)剖面的基礎(chǔ)上，按照加速試驗(yàn)?zāi)Ｐ停謩e確定加速試驗(yàn)循環(huán)數(shù)、高溫等效總持續(xù)時(shí)間、加速試驗(yàn)因子和加速振動(dòng)時(shí)間。

5.1.1 高溫等效總持續(xù)時(shí)間

參照GJB899A中的“潛艇艙內(nèi)設(shè)備工作可靠性綜合環(huán)境試驗(yàn)剖面”，選用低溫持續(xù)時(shí)間為8 h，高溫持續(xù)時(shí)間分別為14 h。參照低溫、高溫持續(xù)時(shí)間比例，魚雷實(shí)艇裝載45 684 h時(shí)，計(jì)算低溫5℃時(shí)恒溫持續(xù)時(shí)間為15 228 h，高溫35℃時(shí)恒溫持續(xù)時(shí)間為26 649 h。

假設(shè)魚雷裝載期間潛艇溫度5～30 ℃、加速試驗(yàn)剖面高溫60 ℃，由公式(3)計(jì)算加速因子和高溫加速試驗(yàn)等效持續(xù)時(shí)間，如表3所示。

表3 高溫加速等效實(shí)際裝載持續(xù)時(shí)間

5.1.2 加速試驗(yàn)循環(huán)數(shù)

根據(jù)潛艇溫差25 ℃、最高溫30 ℃以及加速試驗(yàn)溫變速率5 ℃/h、溫差60 ℃、最高溫60 ℃，由公式(5)計(jì)算溫度加速試驗(yàn)循環(huán)數(shù)約為57。

5.1.3 每循環(huán)試驗(yàn)時(shí)間

根據(jù)高溫加速等效實(shí)際裝載持續(xù)時(shí)間1 225.8 h、加速試驗(yàn)的循環(huán)數(shù)57，計(jì)算每循環(huán)加速剖面60 ℃溫度保持時(shí)間為21.5 h。假設(shè)加速試驗(yàn)0 ℃溫度保持時(shí)間1.5 h，則加速試驗(yàn)每個(gè)循環(huán)溫度總時(shí)間為23.0 h。

5.1.4 加速試驗(yàn)因子

根據(jù)加速試驗(yàn)的循環(huán)數(shù)57、每個(gè)循環(huán)溫度總時(shí)間23.0 h，得到加速試驗(yàn)總時(shí)間為1 311 h。根據(jù)等效加速試驗(yàn)時(shí)間45 684 h，計(jì)算加速試驗(yàn)因子為34.8。

5.1.5 加速振動(dòng)時(shí)間

根據(jù)潛艇航行時(shí)振動(dòng)量值0.20 Grms、拋錨停泊時(shí)振動(dòng)量值0.10 Grms，實(shí)驗(yàn)室振動(dòng)量值0.5 Grms，由公式(6)計(jì)算加速振動(dòng)等效時(shí)間為347.2 h，加速試驗(yàn)57個(gè)循環(huán)中每循環(huán)施加隨機(jī)振動(dòng)譜的時(shí)間為6.1 h。

5.2 裝載可靠度綜合評(píng)估

若2條戰(zhàn)雷位艇上各裝載13個(gè)月，1條魚雷在實(shí)驗(yàn)室加速58個(gè)循環(huán)，則艇上裝載試驗(yàn)數(shù)據(jù)(T1，r1)為(18 960，0)，加速等效試驗(yàn)數(shù)據(jù)(T2，r2)為(46 423，0)。

根據(jù)公式(7)可計(jì)算魚雷裝載可靠度MTBF為52 306小時(shí)。

根據(jù)公式(8)可計(jì)算魚雷裝載可靠度的置信下限為0.84，滿足最低可接受值0.8的指標(biāo)要求。

5.3 不同裝載試驗(yàn)方案對(duì)比分析

在使用方風(fēng)險(xiǎn)和研制方風(fēng)險(xiǎn)均為0.2的條件下，不同魚雷裝載可靠度試驗(yàn)方案所需試驗(yàn)總時(shí)間如下：

二項(xiàng)分布定數(shù)試驗(yàn)方案：在無故障條件下，至少需要8條魚雷裝載1年時(shí)間，試驗(yàn)總時(shí)間為70 080小時(shí)。

指數(shù)分布定時(shí)試驗(yàn)方案：在無故障條件下，試驗(yàn)總時(shí)間至少需要63 204小時(shí)。

實(shí)艇裝載+加速試驗(yàn)相結(jié)合試驗(yàn)方案：在無故障條件下，2條魚雷裝載1年時(shí)間，加速試驗(yàn)循環(huán)數(shù)為57、每個(gè)循環(huán)23小時(shí)，試驗(yàn)總時(shí)間為18 831小時(shí)。

通過對(duì)比分析三種試驗(yàn)方案，實(shí)艇裝載+加速試驗(yàn)相結(jié)合方案所需試驗(yàn)總時(shí)間遠(yuǎn)小于其它兩種試驗(yàn)方案。

6 結(jié)束語

本文針對(duì)經(jīng)典可靠性評(píng)估方法難以滿足新型魚雷裝載可靠性試驗(yàn)鑒定需求，應(yīng)用加速試驗(yàn)等效原理，通過分析了影響魚雷潛艇裝載環(huán)境應(yīng)力主要因素，運(yùn)用恒溫應(yīng)力、溫變循環(huán)、振動(dòng)疲勞加速模型，設(shè)計(jì)了裝載可靠度總體試驗(yàn)方案和加速試驗(yàn)剖面，確定了加速試驗(yàn)因子和加速振動(dòng)時(shí)間，形成了一種實(shí)際裝載與實(shí)驗(yàn)室加速相結(jié)合的潛載魚雷裝載可靠度試驗(yàn)綜合評(píng)估方法。該方法在保證試驗(yàn)評(píng)估結(jié)論可信的同時(shí)可大幅提高試驗(yàn)實(shí)效，解決了可在較短時(shí)間內(nèi)潛載魚雷裝載可靠度試驗(yàn)試驗(yàn)考核問題，不僅可推廣應(yīng)用至其他類型魚雷的可靠性試驗(yàn)鑒定中，還可在一定程度上指導(dǎo)魚雷可靠性的研制和設(shè)計(jì)。如何利用實(shí)測(cè)潛艇裝載環(huán)境數(shù)據(jù)完善加速試驗(yàn)應(yīng)力參數(shù)，有待進(jìn)一步研究。