杜永龙，李 强，陈 侃，展学磊

（西安机电信息技术研究所，陕西 西安710065）

0 引言

引信直列式爆炸序列一般采用冲击片雷管作为初级火工品，爆炸序列不用隔爆机构，初级火工品和其他传爆组件直接对正。这种引信的安全系统采用电子系统实现，因此又称为“电子安全系统”［1］。由于冲击片雷管是一种窄脉冲、大电流的发火形式，因此，其起爆部件实际是一种高压脉冲电路。由于直列式引信的安全系统和起爆部件均为全电子电路形式，为区别于机械安全起爆系统，本文将其称为电子安全起爆系统。电子安全起爆系统能够重复无损测试，通过统计研制阶段试验数据可以进行可靠性计算。

在可靠性计算方法上，传统的机械安全起爆系统通常按照成败型分析方法进行可靠性计算［2］。电子安全起爆系统由于具有无损测试的特点，因此用成败型分析方法不适合；但由于工作时间短，用无故障工作时间也不合适。因此，本文针对此问题，提出次数折合时间的电子安全起爆系统可靠性计算方法。

1 电子安全起爆系统与常用可靠性计算模型

1.1 电子安全起爆系统工作特点

传统引信的爆炸序列既有敏感火工品，也有钝感火工品，安全系统负责将二者隔离并适时解除隔离。直列式爆炸序列中没有敏感火工品，不需要隔离，或者理解为高能壁垒隔断杂散能量通往爆炸序列的通道。电子安全起爆系统起爆直列式爆炸序列，其工作原理是：通过环境信息的识别和逻辑判断，实现对组合保险件的控制，完成引信高压电容充电，相当于解除隔离。当识别到预定目标信号后触发高压开关工作，高压电容放电输出起爆能量起爆冲击片雷管。如果将冲击片雷管分解，高能壁垒件划入起爆部件，炸药划入爆炸序列，则电子安全起爆系统原理框图可画成图1的形式。

图1 直列式引信基本可靠性框图Fig.1 The block diagram of ESAD reliability

电子安全起爆系统由电子电路部件组成，在试验过程中可以进行无损检测：外加信号源模拟提供各种环境信息，通过监测电路的性能参数判断环境信息识别和逻辑判断功能；通过示波器外加高压探头监测高压电容充电电压幅值，判断引信是否处于正常待发状态；外界模拟给出目标信号，通过监测起爆输出电流判断其起爆可靠性。

1.2 指数分布和二项分布的可靠性计算模型

引信可靠性计算时按照试验数据的统计特征可以分为成败型可靠计算模型、指数寿命型可靠性计算模型、威布尔型可靠性计算模型及结构（应力-强度型）可靠性计算模型。实践数据证明，电子电路部件一般使用指数分布，一次性爆炸元件一般使用成败型分布（服从超几何分布，用二项分布近似）［3］。

使用二项分布计算可靠性时，往往以可靠度单侧置信下限RL作为度量可靠性的参数。直列式引信爆炸序列可以按照这种方法进行可靠性计算。具体方法是：统计试验数n、失败数F，在置信水平γ下，参照GJB376-87《火工品可靠性评估方法》中提到的计算公式（3）、（4）进行可靠度单侧置信下限的计算［6］。

1.3 环境因子和环境系数

进行可靠性计算时，由于各类试验条件不一致，必须将各类试验数据转化为引信实际工作环境下的等效试验数据，也就是必须确定各类试验环境转为实际工作环境的环境因子［3］。引信实际工作环境是飞行工作环境，飞行工作环境往往包括温度、电磁、力学等综合环境应力，定义飞行工作环境的环境因子为1，其他试验的环境因子是试验环境相对飞行环境的折合系数。试验环境包括实验室等地面良好环境、恶劣地面固定环境和剧烈地面移动环境［7］。

GJB299C-2006《电子设备可靠性预计手册》中定义了环境系数：不同环境类别的环境应力（除温度应力外）对元器件失效率影响的调整系数［7］。从概念来看，环境系数是取地面良好环境为1，环境系数是各试验环境相对地面良好环境的折合系数。而环境因子是取飞行环境为1，环境因子是各试验环境相对飞行工作环境的折合系数。可以看出环境系数和环境因子本质相同，表征形式有所区别。但是，环境系数是基于元器件的定义，环境因子是基于整机产品或单元部件的定义，二者不能等同处理。

通过环境因子可以将试验数据等效转换为飞行工作环境试验数据，但是目前还没有一个具体的确定方法，使得通过试验数据进行可靠性计算时存在困难。

2 次数折合时间的电子安全起爆系统可靠性计算方法

2.1 次数折合时间的可靠性计算方法原理

次数折合时间的可靠性计算方法原理主要是确定环境因子，将试验数据等效转换为飞行工作环境试验数据；由于电子安全起爆系统工作时间短，采用等效工作次数代替等效工作时间作为试验数据进行可靠性计算。

认为间断工作次数服从指数分布，定义MNBFL为平均故障间隔次数，Nμ为等效工作次数，建立以电子安全起爆系统工作次数为参数的指数分布模型：参照公式（1）和（2），以工作次数折合工作时间，得到电子安全起爆系统在有故障Z≠0 和无故障Z=0两种情形的MNBFL计算公式（5）和（6），同时由MNBFL可以推导出飞行工作可靠度单侧置信下限RL（飞行工作时工作1次），见公式（7）。

2.2 确定环境因子和工作时间

采用使用元器件中的最小环境因子作为电子安全起爆系统的环境因子。具体方法是首先在GJB299C-2006《电子设备可靠性预计手册》查到不同元器件的环境系数。其次从列表中用环境系数除以飞行工作环境的环境系数得到环境因子，分别得到不同元器件的地面良好环境的环境因子、恶劣地面固定环境的环境因子和剧烈地面移动环境的环境因子。最后以所用元器件的最小环境因子作为电子安全起爆系统的环境因子。

以电阻、二极管和电容构成的整机举例说明。如表1所示，从GJB299C-2006中分别得到片式膜电阻、固体钽电容和普通二极管三种元器件的环境系数，分别计算不同环境下的环境因子，取最小环境因子作为该环境下整机的环境因子。

表1 三种元器件构成的整机在不同试验环境下的环境系数-环境因子列表Tab.1 Machine composed of three kinds of components under different test environments environmental factors-environmental factors list

由于环境因子是将试验数据等效转换为飞行工作环境试验数据，用元器件中的最小环境因子转换后的试验数据是整机中的最弱情形下的转换数据，显然是一种保守等效方法。

工作时间是引信在试验环境中的无损检测时间，将试验环境下的工作分类，其中实验室测试、联试等归类到地面良好环境工作；将高温、低温、温度冲击、高湿、霉菌、盐雾、电磁等环境条件下的测试归类为恶劣地面固定环境工作；将振动、冲击、加速度等环境条件下的测试剧烈地面移动环境工作。统计各种试验环境下的无损检测时间作为工作时间进行收集。在得到某个试验环境的环境因子Ki后，统计到该环境下工作时间为ti时，等效工作时间转换为Ki·ti，则累计等效工作时间为∑NiKiti（N 代表不同试验环境）。

2.3 次数折合时间的可靠性计算步骤

电子安全起爆系统属于直列式引信的重要组成单元，实际工作时间短，特别是起爆部件属于高压脉冲功率单元，因此区别以往工作时间的试验数据收集方式，提出收集工作次数作为试验数据。通过次数计算电子安全起爆系统可靠性。具体步骤包括收集数据和折合计算。

1）数据收集。在试验时，引信按照任务流程进行了重复测试，电子安全起爆系统上电工作1次，即通过监测电路性能判断解保状态、起爆输出电流等技术指标判断其工作可靠性，如果满足各项监测指标，判定工作正常，即统计工作次数为1。

2）折合计算。以电子安全起爆系统按照任务流程上电工作完整时间为基准，对应的工作时间折合为工作次数。定义折合工作次数为mj，则累计折合工作次数为Kjmj。将累计工作次数、故障次数和置信度代入公式（5）～（7），计算得到无故障和有故障两种情形下的可靠度单侧置信下限。

可以看出，次数折合时间的可靠性计算方法实际上是在以环境系数确定环境因子，将累计等效工作时间折合为累计等效工作次数，再按照类推的工作次数指数模型计算得到电子安全起爆系统的可靠度单侧置信下限。

3 验证计算

3.1 试验数据的计算

以一种直列式引信为例，按照次数折合时间的方法对电子安全起爆系统可靠性进行计算。整个研制过程中，去掉爆炸序列的直列式引信即电子安全起爆系统，能够进行重复测试，完成各项性能、环境、可靠性增长试验和飞行工作试验。由于可靠性增长试验条件苛刻，加载综合环境应力、试验环境与飞行工作环境近似，所以将可靠性增长试验和飞行试验的数据归入飞行工作环境试验。

将实验室性能测试、车间联试归入地面良好环境试验，参照GJB299C-2006《电子设备可靠性预计手册》，按照表1形式得到电子安全起爆系统所用元器件的所有环境因子。取元器件最小环境因子0.07作为电子安全起爆系统的环境因子；将环境试验中的气候试验项目归入恶劣地面固定环境试验，取所用元器件的最小环境因子0.2作为恶劣地面固定环境的环境因子；将环境试验中的力学试验项目归入剧烈地面移动环境试验，取所用元器件的最小环境因子0.43作为剧烈地面移动环境的环境因子。统计各试验环境的试验时间和数量，建立电子安全起爆系统试验数据收集表（表2）。

表2 电子安全起爆系统试验数据收集表Tab.2 The collection form of ESAD test data

3.2 可靠性计算比较

取置信度为0.8，通过累计折合时间，按照公式（6）计算得到电子安全起爆系统平均故障间隔次数MNBFL为429次，以飞行工作1次计算，按照公式（7）得到飞行工作可靠度置信下限RL为0.997 7。

如果将无故障工作次数增加1倍即累计折合次数增加1倍，计算得到飞行工作可靠度置信下限为0.998 8。比较可以看出，无故障工作次数增加，可靠性提高，证明方法有效。

4 结论

本文提出了次数折合时间的电子安全起爆系统可靠性计算方法。以环境系数确定环境因子，将累计等效工作时间折合为累计等效工作次数，再按照类推的工作次数指数模型计算得到电子安全起爆系统的可靠度单侧置信下限。如果将无故障工作次数增加1倍即累计折合次数增加1倍，计算得到飞行工作可靠度增大。通过比较可以看出，无故障工作次数增加，可靠性提高，证明方法有效。计算方法的充分性有待进一步积累数据。

［1］张龙山.引信技术概论［Z］.西安：西安机电信息技术研究所，2012.

［2］周平，牟洪刚，刘勇，等.机电引信串联和并联模型可靠性评估方法［J］.探测与控制学报，2009，31（6）：51-54.

［3］蔡骏.电子设备可靠性评估方法应用研究［J］.可靠性工程管理，2010，28（2）：39-42.

［4］张龙山.以成功率表述引信可靠性指标［J］.探测与控制学报，2013，35（6）：1-7.

［5］刘春和.武器装备可靠性评定方法［Z］.北京：中国宇航出版社，2010.

［6］GJB376-87火工品可靠性评估方法［S］.北京：国防科工委，1987.

［7］GJB299C-2006 电子设备可靠性预计手册［S］.北京：国防科工委，2006.