基于寿命剖面的鱼雷环境条件分析及可靠性试验剖面制定.pdf

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1、2012 年 12 月 强 度 与 环 境 Dec.2012 第 39 卷第 6 期 STRUCTURE&ENVIRONMENT ENGINEERING Vol.39,No.6 基于寿命剖面的鱼雷环境条件分析及可靠性试验剖面制定 李星1 陈欢2 朱曦全1 曹威2（1 北京强度环境研究所 可靠性与环境工程技术重点实验室，北京 100076；2 中船重工第七五研究所，西安 710075）摘要：本文基于鱼雷的寿命剖面，系统分析了鱼雷在全寿命周期内的贮存及使用环境条件，研究制定了鱼雷的可靠性试验剖面，为鱼雷产品的可靠性试验提供了基础，也为鱼雷的可靠性试验剖面制定提供了方法。关键词：鱼雷；寿命剖面；环境

2、条件分析；可靠性试验 中图分类号：TJ630.89 文献标识码：A 文章编号：1006-3919(2012)06-0042-06 Environment condition analysis and reliability testing profile designing of torpedo based on life profile LI Xing1 CHEN Huan2 ZHU Xiquan1 CAO Wei2（1 Science and Technology on Reliability and Environment Engineering Laboratory,Beijing I

3、nstitute of Structure and Environment Engineering,Beijing 100076,China；2 CSIC the 705th Research Institute,Xian 710075,China）Abstract：According of torpedos life profile,also the storage and the use environment of torpedos life profile,reliability testing profile designing of torpedo is researched in

4、 this paper,it provides a basic for torpedo products reliability testing.This paper provided a reference method for torpedos reliability testing profile designing.Key words：torpedo;life profile;environment condition analysis;reliability testing 0 引言 随着鱼雷武器型号对产品可靠性的重视和提高，可靠性试验逐渐成为鱼雷研制过程中的重要环节，一方面，用户对

5、鱼雷武器产品提出了越来越高的可靠性指标要求，另一方面，研制单 收稿日期：2012-06-10；修回日期：2012-10-12 作者简介：李星（1982），男，研究生，工程师，研究方向：可靠性试验技术；（100076）北京 9200 信箱 72 分箱.第39卷第6期 李星等 基于寿命剖面的鱼雷环境条件分析及可靠性试验剖面制定 43 位也发现通过可靠性试验可以发现产品许多设计及工艺薄弱环节，从而减少外场试验的产品故障率，因此，在鱼雷武器型号的研制阶段，一般要求开展可靠性试验。在开展鱼雷产品的可靠性试验时，可靠性试验剖面的制定是一项关键技术，现行的鱼雷行业可靠性试验标准主要有 GJB899A-200

6、9可靠性鉴定和验收试验和 GJBz20391-1997鱼雷可靠性鉴定与验收试验方法等。但是，出于对标准的理解不同，各型号在制定可靠性试验剖面时的方法不尽相同，得到的可靠性试验方案也差异较大。本文根据鱼雷产品的特点，结合现行的各种标准，研究分析了鱼雷在寿命剖面和任务剖面的典型环境条件，得到了适合鱼雷产品的可靠性试验剖面。1 鱼雷的典型寿命（任务）剖面及其环境条件分析 1.1 鱼雷的典型寿命剖面和任务剖面 鱼雷全寿命周期是指从产品交付验收到寿命终结的全过程，其典型寿命剖面如图 1 所示，寿命剖面主要包括贮存阶段、装载阶段和实航阶段。鱼雷任务剖面分装载任务剖面和实航工作任务剖面，典型的装载任务剖面如

7、图 2 所示，典型的实航工作任务剖面如图 3 所示。寿命剖面是环境条件分析的基础，应根据鱼雷寿命剖面的各个阶段，分析产品可能经受的主要环境应力及其大小，为鱼雷可靠性试验剖面制定提供基础。运输仓库贮存、维护转运技术阵地存放、保养、维修、训练技术准备运输吊装平台装载射前自检作战值班训练寿命终结回收生产厂寿命终结交付验收贮存阶段装载阶段实航阶段维修维修不能维修卸载发射沉雷 图 1 鱼雷典型寿命剖面 图 2 鱼雷典型装载任务剖面 图 3 鱼雷典型实航工作任务剖面 一般，鱼雷型号研制过程中针对寿命剖面的各个阶段会提出相应的可靠性定量指标，这些指标主要包括平均故障间隔贮存时间、装载可靠度和实航工作可靠度。

8、平均故障间隔贮存时间是指在规定的贮存条件下鱼雷从开始贮存到发生故障，或连续两次故障间隔时间的平均值；装44 强 度 与 环 境 2012年 载可靠度是指鱼雷在规定的装载条件和装载时间内，保证规定功能的概率；实航工作可靠度是指鱼雷在规定的实航条件和实航次数内，完成规定功能的概率。由于任务剖面决定了鱼雷产品使用的主要环境应力，且鱼雷实航工作任务剖面的环境条件相对恶劣，因此在型号研制过程中，实航工作可靠度是试验考核的重点，实航工作可靠度指标和环境应力条件是制定鱼雷可靠性试验的主要依据。但是，由于鱼雷贮存时间和装载时间一般较长，因此在制定可靠性试验剖面时应考虑鱼雷的贮存环境条件和装载环境条件，综合制定

9、鱼雷的可靠性试验剖面。1.2 鱼雷寿命剖面内的环境条件分析 1.2.1 贮存阶段 1）运输：主要考虑运输振动应力，运输时间依据产品的运输里程和速度定，运输振动条件的频率一般不超过 500Hz，典型的鱼雷运输振动谱见图 4；2）仓库贮存和维护：鱼雷仓库贮存在整个寿命剖面中所占的时间比例较大，仓库贮存环境应力主要应考虑温度和湿度。根据 GJB2166-1994鱼雷贮存要求，鱼雷仓库贮存环境条件除特殊要求外，一般应满足表 1所示的条件。3）转运：主要环境为转运带来的振动应力。一般，由于转运的时间短且振动量级和运输相比相差不大，因此可以不考虑其对产品寿命的影响。4）技术阵地：主要考虑陆上技术阵地搁置所

10、经历的温度和湿度应力，产品技术阵地的温湿度条件一般可由产品的使用保管环境条件规定得到。5）技术准备：由于其在整个任务剖面中所占的时间短，因此此阶段中的环境条件对产品的影响可以不考虑。6）运输吊装：主要考虑吊装带来的小量级冲击应力。由于没有实测冲击量值，因此可以采用环境试验的冲击谱，并将冲击量级适当减少。1.2.2 装载阶段 1）武器平台装载：环境条件主要应考虑鱼雷在武器平台上装载的温度、湿度和振动应力，由于鱼雷有备雷架储存、发射管储存等储存形式，因此各环境应力应考虑在各储存形式中可能经受的最大应力条件；2）射前自检：环境条件主要应考虑温度、湿度、振动和电应力，其中，温度、湿度和振动应力应依据装

11、载平台的环境条件得到。图 4 鱼雷典型运输振动条件 表 1 仓库贮存温湿度环境 库房类别 温度（）相对湿度（%）鱼雷总体库 530 4070 战雷头库 火工品库 1525 4070 机-电仪表库 电子仪表库 825（昼夜温差不超过 5）4060 动力燃料库 专用工具、备件库综合器材库 530 4070 第39卷第6期 李星等 基于寿命剖面的鱼雷环境条件分析及可靠性试验剖面制定 45 3）实航工作阶段：实航工作阶段的环境条件主要应考虑温度、湿度、振动和电应力等，这一阶段的综合环境应力是鱼雷可靠性试验考虑的重点。2 鱼雷的可靠性试验剖面制定 2.1 可靠性试验的考核指标 鱼雷的任务过程指从鱼雷的检

12、查、通电到航行终结等历经的主要事件。一般，可靠性试验考核鱼雷的任务可靠度，任务可靠度主要指鱼雷的实航工作可靠度。同时，在制定鱼雷的可靠性试验条件时应兼顾考虑鱼雷仓库贮存和陆上技术阵地贮存对产品任务可靠度的影响，在可靠性试验剖面里要加入这两种贮存环境条件对产品的考核。2.2 产品的使用环境条件 产品的使用环境条件一般可以根据产品的使用保管环境条件技术文件得到，例如某产品的使用环境条件为：1）舱室温度：050；2）工作温度：低温-2，高温 40；3）贮存温度：低温-40，高温 60；4）相对湿度：95%。本文依据以上使用环境条件为基础，开展鱼雷的可靠性试验剖面设计和分析工作，由于可靠性试验一般采用

13、温度、湿度、振动和电应力的综合环境条件，因此，制定可靠性试验剖面的关键是对上述环境条件的分析和制定。2.3 温度环境条件分析和制定 2.3.1 温度环境条件分析 鱼雷的试验环境温度分为工作温度和贮存温度，任务时间内经受的是工作温度的考核，鱼雷仓库贮存和陆上技术阵地贮存经受的是贮存温度的考核。根据鱼雷的使用条件，鱼雷工作任务包括装载平台上工作和实航工作，装载平台上工作执行平台的温度环境，实航工作执行实航任务的温度环境。另外，还应进行鱼雷贮存温度的覆盖性分析，使可靠性试验的贮存温度条件能够覆盖产品全寿命周期所经历的全部温度。2.3.2 温度环境条件制定 根据 GJB 899A2009，可靠性试验采

14、用温度施加方式为低温和高温循环，温度剖面为低温工作和高温工作循环。但是，由于鱼雷产品在实航任务前都要经历仓库贮存、陆上技术阵地贮存、平台贮存等诸多贮存环节中的一个或多个，因此，为了有效考核贮存环境对产品的影响，在每个循环中的工作温度前产品要经受贮存温度的考核，贮存主要考核产品的环境适应性，因此在可靠性试验剖面里可不考虑贮存温度的长时间作用，仅需冷透和热透。因此，一个完整可靠性试验剖面的温度条件包括低温贮存、低温工作、高温贮存和高温工作四个温度段。低温贮存的冷透时间和高温贮存的热透时间应依据产品的温度测定结果确定。低温工作的施加时间包括产品冷透时间和产品低温下的工作时间，高温工作的施加时间包括产

15、品热透时间和产品高温下的工作时间。一般，可靠性试验剖面的低温和高温工作时间各占总工作时间的 1/2，温变率可取为（510）/min。2.4 湿度环境条件分析和制定 鱼雷工房内全雷分段后以及舱段状态下进行技术准备时舱内设备可能会经受湿度应力，因此可靠性试验时要考虑湿度对产品的影响。46 强 度 与 环 境 2012年 湿度对产品的影响主要是结合高温一起施加在产品上的，因此，在温度剖面的高温贮存阶 段和高温工作阶段要施加相应的湿度应力。另外，考虑到鱼雷的使用环境条件中的相对湿度是针对全雷的条件，由于鱼雷的舱段密封性较好，因此全雷的相对湿度条件并不适合于舱内设备，即舱内设备的湿度应力可以在全雷的指标

16、上适当降低。而且，对舱内设备在湿度应力施加后可根据产品实际情况进行除湿。综合温度和湿度的应力条件，可以得到某产品的温湿度施加时序见表 2。2.5 振动环境条件分析和制定 鱼雷产品在任务剖面时间内经受的振动主要包括平台检查阶段的振动和实航阶段的振动。其中，平台检查阶段的振动一般可以依据相关的标准制定，例如，可以依据 GJB899A 中有关艇载设备的振动条件制定艇载鱼雷的振动条件。GJB 899A2009 中关于艇载设备的振动应力条件为：振动应力每次施加 3h，在 3h 内，先施加 10min 的战斗损伤频谱，然后在余下的时间里时间运输随机频谱，每振动 20min 停振10min，并 以 此 重

17、复 进 行，GJB899A2009 中的振动条件见图 5。依据产品的实际使用情况，可以认为运输带来的随机振动是连续不间断的，因此，对振动应力的施加可以先施加 10min 的正弦振动，余下的时间再施加连续的随机振动。实航工作振动应力应根据实测数据制定，如没有实测数据，可以根据类似成熟型号的实航振动条件制定，也可以根据相关的标准制定。一般，标准中推荐的实航振动应力的最高频率在500Hz 以内，5002000Hz 频段内的能量忽略不计，然而，根据有效的实测数据表明，5002000Hz表 2 试验剖面中温度和湿度应力的施加程序 温度阶段 温度值 温变率 持续时间 湿度施加要求（相对湿度）冷浸-40-T

18、a 不控制 低温贮存 转温度-+5/min7.6min 不控制 冷浸-2-Tb 不控制 低温保持-2-t1 不控制 低温工作 转温度-+5/min12.4min 不控制 热浸 60-Tc 80%RH 高温保持 60-30min 除湿 高温贮存 转温度-5/min2min 不控制 热浸 50-Td 不控制 高温保持 50-t2 80%RH 转温度 40-5/min2min 80%RH 高温保持 40-t3 80%RH 高温保持 40-30min 除湿 高温工作 转低温-5/min16min 不控制 注：Ta、Tb、Tc、Td分别为低温贮存、低温工作、高温贮存和高温工作的冷、热透时间 图 5 艇载

19、设备振动频谱 第39卷第6期 李星等 基于寿命剖面的鱼雷环境条件分析及可靠性试验剖面制定 47 频段内的能量不能忽视，而且在某些条件下此频段的能量较高。另外，鱼雷各舱段的应力环境条件一般不一样，因此，应尽量根据不同舱段制定各舱段产品的振动应力条件。2.6 电应力分析和制定 在任务时间内，鱼雷需经历通电检查、供电转换、发射和航行等一系列事件，任务时间内的电应力是产品经受的重要环境应力，可靠性试验中的电应力施加应依据产品的任务过程制定，产品通电检查准备阶段的电应力施加时间可以依据产品的通电检查流程确定，鱼雷发射后实航工作阶段的电应力施加时间依据产品的实航任务时间确定。为模拟鱼雷产品在电应力变化时的

20、工作状态，试验中可以对供电电压进行拉偏，其偏离值为被试产品任务书中规定的上限电压和下限电压。根据 GJB 899A-2009 的规定要求，产品处于标准电压下工作时间占总通电时间的 50%，产品处于最高电压与最低电压下工作时间各占通电时间的 25%。同时，在试验过程中的每次连续通电前，对产品通断电各两次，以考核产品在各温度条件下的启动能力。为有效检测出产品故障，需要在低温工作结束前和高温工作结束前通电测试，另外加上低温工作和高温工作连续通电前的两次测试，一个循环至少应进行 4 次测试，每次测试时间根据产品实际需要的测试时间制定。3 试验剖面 根据鱼雷的可靠性试验环境条件分析可以得到温度、湿度、振

21、动及电应力的综合环境可靠性试验剖面，典型的鱼雷可靠性试验剖面如图 6 所示。4 结束语 本文分析了鱼雷产品在寿命剖面和任务剖面内的典型环境应力条件，研究了鱼雷的可靠性试验剖面制定方法，制定了某鱼雷的可靠性试验剖面。本文的鱼雷可靠性试验环境条件分析及可靠性试验剖面制定方法可以为类似型号鱼雷的可靠性试验方案制定提供方法借鉴作用。参考文献 1 中国人民解放军总装备部.GJB 899A2009 可靠性鉴定和验收试验S.2 GJBz 203911997 鱼雷可靠性鉴定与验收试验方法S.3 国防科学技术工业委员会.GJB 531A1996 鱼雷通用规范S.4 国防科学技术工业委员会.GJB 21661994 鱼雷贮存要求S.5 HJB 291989 附录 D 管状重型鱼雷振动要求S.（编辑 庞勤）+10%-10%3416t1525/min-40,Ta-2,Tb50,Td5/min7.6min80%RHttt通断电2次60,Tc+30min5/min2min5/min12.4min5/min16min80%RH30min5/min2min40通断电2次30min去湿去湿30min运输实航运输实航工作时间工作时间图 6 鱼雷产品典型可靠性试验剖面图