环境力对引信安全系统可靠性的影响分析_焦国太

环境力对引信安全系统可靠性的影响分析

焦国太

(华北工学院)

【摘　要】　安全性与作用可靠性是引信的两项重要技术指标。引信的工作过程和工作环境比

较特殊,不同于一般的机电产品。在一般机电产品的安全可靠性建模过程中,环境因素不被考虑,但对于引信而言,其可靠性与环境力却有着密切关系。笔者根据引信工作的特殊性,对环境力及其作用时间的安全可靠度及作用可靠度进行了计算。

【关键词】　环境力　安全　可靠性　引信

1　引　言

引信是直接或间接感觉目标信息,并按目标信息或预定指令,适时而可靠地起爆弹丸或特定战斗部,使其发挥最佳效果的一种终端控制装置。引信相当于弹药系统中的大脑,对于发挥弹丸或特定战斗部的威力起关键作用。安全性与作用可靠性是引信的两项重要指标,安全性能不好的引信会导致战斗部提前爆炸,这样就可能产生,不但没有杀伤敌人,反而会造成自己部队的伤亡。通常对引信安全性的要求比对其作用可靠性的要求要严格得多,一般情况下,要求引信在发射周期前安全系统失效概率不能大于10-6

,而引信的作用可靠性失效概率一般只在10-2左右。可见,对引信的安全系统的要求是非常高的。引信的安全性主要由引信安全系统来保证,其关键取决于引信安全系统的安全性。安全系统对于保证引信的平时、膛内和炮口安全起着重要作用,是引信系统中最重要的分系统。引信的工作过程和工作环境比较特殊,不同于一般的机电产品。一般的机电产品多在地面或室内环境下工作,工作过程中所受环境力影响不大,而引信从出厂到目标区爆炸这一过程中要受到许多环境因素的影响,在这些环境因素中,环境力无疑是最主要的因素,它对引信的安全性和作用可靠性影响很大。一方面在平时勤务处理过程中,环境力会对引信的安全性造成危害,另一方面,引信还要利用发射时的环境力来解除保险。因此,在进行引信可靠性设计时必须考虑环境力这一因素。根据引信所处环境的特殊性,可以将环境力及其作用时间作为系统的一个假想部件来考虑,以解决以往建立引信可靠性模型时不考虑环境因素的缺陷。2　引信安全系统及环境力概念

引信安全系统主要由隔爆机构及其保险机构组成。建立引信安全系统的可靠性模型和数学模型,首先要明确系统功能和各部件功能之间的关系,其次要对各种零部件进行失效模式及其影响分析,分析零部件的各种失效模式及其对安全系统的安全可靠性和作用可靠性的影响,第9卷第5期1999年10月 中国安全科学学报China Safety Science Jour nal V ol.9N o.5O ct .1999 副教授

从而确定部件在系统中的逻辑关系。引信安全系统失效,是指隔爆系统不正常解除隔爆或隔爆不可靠以及保险机构未能解除保险,而环境力的大小和作用时间,则是指决定引信保险机构能否解除保险的决定性因素。由此可见,环境力对于引信安全系统有着重大影响。当然,环境力及其作用时间的安全可靠度和作用可靠度,也是与保险机构中的保险器的性能参数密切相关的。

3

　环境力及其作用时间的安全可靠度及作用可靠度计算

图1　X L 与X s 关系图

3.1　环境力的安全可靠度计算

环境力的安全可靠度,是指作用于保险

零件上的环境力不能使保险零件克服保险器

抗力而解除保险的概率。

保险机构是引信中重要的必不可少的机

构之一。它的作用有两个:其一是保证被保险

零件或机构在平时、膛内和在炮口附近的安

全;其二是在适当时机释放被保险零件,使引

信处于待发状态。平时作用于保险零件上的

环境力和在解除保险位置时保险器(弹性件)的抗力均为随机变量,都服从一定的统计规

律分布。为了保证保险机构的平时安全性的要求,在解除保险位置时的保险器抗力X s 必须大于环境力沿解除保险方向的分量X L (或者说X L 必须小于X s ),但由于X L 和X s 都不是一个确定值,假定X L 和X s 均服从正态分布,它们之间应存在如图1

所示的关系。

图2　干涉区域放大图

图1中所示X L 和X s 的概率密度函数

f (X L )和f (X s )两条曲线出现部分交叉和重

叠,亦即出现干涉现象。在这种情况下,有

可能出现抗力小于环境力的情况,但可通

过对保险器的可靠性设计以及工艺控制,

把这种不安全的概率限制在允许的范围

内。平时作用于保险零件上的力而小于保

险器在解除保险位置时的抗力的概率,即

为平时环境力的安全可靠度,当环境力X L

小于保险器在解除保险位置时的抗力X s

时,保险机构是安全的。为了计算平时环境

力的安全可靠度。将图1中干涉区域(阴影部分)的图形放大,如图2所示。

设作用于保险零件上的环境力为X L ,保险器在解除保险位置时的抗力为X s ,当X L

P (X s -dX s /2

・75・第五期 焦国太:环境力对引信安全系统可靠性的影响分析

P [X L

S 0f (X L )dX L

现在P (X s -dX s /2

d R L A =f (X S )dX S

∫X S 0f (X L )d X L 对所有可能取值的抗力X s 求积分,得到:R L A =∫+∞

0[f (X S )dX S ∫X S 0[f (X L )d X L ]

=∫+∞0 [f (X S ) ∫X S 0f (X L )dX L ] dX S

3.2　环境力的作用可靠度计算

环境力的作用可靠度指作用于保险零件是的环境力能够使保险零件克服保险器抗力而解除保险的概率。

在膛内或弹丸发射以后的其它时期,引信安全系统需要利用环境力来解除保险使引信开始工作,这是要求作用于保险零件是的环境力XL 要大于保险器解除保险位置时的抗力X s ,但在膛内任一时刻环境力X L 和抗力X s 也都是随机变量,服从一定的统计规律分布,因此,可以用与计算环境力的安全可靠度同样的方法来求得环境力的作用可靠度R LZ 。

设环境力X L 的分布密度函数为f (X L ),保险器抗力的分布密度函数为f (X s ),则:

R L Z =∫+∞0[f (X L ) ∫X

S 0f (X L )d X L ] dX L

3.3　环境力的作用时间的安全可靠度

环境力的作用时间的安全可靠度,指作用于保险零件上的环境力的作用时间小于保险零件解除保险所需时间的概率。环境力的作用时间的作用可靠度指作用于保险零件上的环境力的作用时间大于保险零件解除保险所需时间的概率。

对引信而言,其保险机构解除保险与否,取决于两个因素:环境力大小和作用时间。要保证保险机构的平时安全性,则环境力及其作用时间只要有一个安全就可以了,要保证膛内保险机构的只要可靠性,则需要环境力及其作用时间同时作用可靠才行。

设环境力作用时间为T,保险机构解除保险所需时间为t ,则T 和t 均为随机变量,且都服从一定的统计规律分布。

设作用时间T 的分布密度函数为f (T ),t 的分布密度函数为f (t ),由用与前述相同的方法可以得到环境力的作用时间T 的安全可靠度为:

R TA =P (T

∫+∞0[f (t ) ∫t

0f (T )dT ] dt 作用时间t 的作用可靠度为:

R TZ =P (T >t )=∫+∞0[f (T ) ∫T 0f (t )dt ] dT 由以上两式可以看出,d 平时情况下,只要T t 是保险机构可靠解除保险的必要条件。

・76・中国安全科学学报China Safety Science Journal 第九卷1999年