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FTA在某空空导弹引爆控制安全性分析中的应用

2017-06-10侯旷怡++高飞++刘俊学

科技创新与应用 2017年16期
关键词:空空导弹安全性

侯旷怡++高飞++刘俊学

摘 要:简要介绍故障树分析方法,分析空空导弹引爆控制的危险因素,绘制引爆控制功能框图,以战斗部意外引爆为顶事件建立故障树,求出相应的最小割集,得到战斗部意外引爆的原因或原因组合,计算基本事件结构重要度系数并排序,对如何确保空空导弹在运输、贮存和使用过程中的安全,提出了可行性建议,为后续空空导弹的引爆安全性设计提供了理论依据。

关键词:空空导弹;引爆控制;故障树;安全性

1 引言

空空导弹引爆控制系统主要包括引信、安全和解除保险装置和战斗部。引爆控制过程主要是导弹发射后,安全和解除保险装置解除保险,引爆时,引信输出引爆信号给安保,由安保引爆战斗部,达到毁伤目标的目的。

本文旨在方案阶段采用故障树分析对战斗部引爆控制设计进行研究,以战斗部意外引爆为顶事件建立故障树,确定造成战斗部意外引爆顶事件的所有底事件最小割集,计算基本事件结构重要度系数并排序,为后续型号导弹引爆安全性设计提供参考。

1 故障树分析法

1.1 概述

故障树分析(Fault Tree Analysis,以下简称FTA)是美国人沃森(H.A.Watson)在1961年研究民兵导弹的发射控制系统的安全性评价时,首次提出并应用的一种分析方法[1]。

近年来FTA发展迅速,其理论日趋完善,应用领域也逐渐扩展;现在国际上已公认FTA是可靠性、安全性分析的一种简单有效的方法[2]。

从1978年起,我国开始了FTA的研究和运用工作,在GJB450《装备研制与生产的可靠性通用大纲》的“可靠性定性要求”一节提出了应用FTA方法的任务。1989年发布了GJB768.1《建造故障树的基本规则和方法》、GJB768.2《故障树表述》和GJB768.3《正规故障树定性分析》。FTA作为一种有效的设计工具和管理工具,目前已在我国核能、航天、航空、航海、机械、电子、冶金、石油、化工、电力、轻工等几乎所有工业领域内取得初步成果[3]。

建立故障树的实质是找出系统故障和导致故障诸因素之间的逻辑关系并将这种关系用特定的图形——故障树表示出来:故障树图中要采用一定的符号来表示各单元间的逻辑关系,这为后面的系统结构函数的构建打下一定的基础。逻辑门描述了事件之间的逻辑因果关系,即逻辑门按照因果关系将所有有关事件联系起来,它包括“与门”、“或门”、“非门”和一些特殊门。一个门可以有一个或者多个输入事件,但是只能有一个输出事件[2]。

1.2 故障树分析的一般步骤

故障树的主要步骤可以分为选择顶事件、建立故障树、对故障树进行分析、采取措施改进系统性能等几个步骤[4]。

2 空空导弹引爆控制故障树的建立

导弹系统结构复杂,本文建立故障树的基本假设为,不考虑电磁环境,不考虑接线及接插件故障,除雷管外不考虑火工品、换药自身缺陷及环境影响,各单元按照预定功能可靠作用。

根据引信、安全和解除保险机构设计方案,为简化分析,建树时暂时不考虑引爆控制功能中的部分辅助功能,得出简化引爆控制功能框图,如图2。

根据基本假设及附图2,建立战斗部意外引爆故障树,见图3,各事件明细见表1。

故障树定性分析

故障树定性分析的主要任务是计算故障树的最小割集和底事件的结构重要度系数并排序。最小割集表示系统的一种失效模式,系统的全部最小割集就构成系统的故障谱[5]。结构重要度是指事件在系统中所处位置的重要程度,它与事件本身的概率无关,仅与该时间在系统中所处的位置有关[6]。

根据上述建立的故障树,利用布尔代数法可以求出故障树函数和最小割集。故障树函数为:

3 结束语

FTA是对复杂系统安全性、可靠性进行分析的一种重要工程方法。它不仅可定性地找出造成系统故障的各种硬件、软件、环境和人为等方面因素,还可定量预测系统故障发生的概率及各个因素或故障模式对系统故障的影响重要程度[7]。

空空导弹引爆控制系统是一个复杂系统,它在导弹毁伤目标过程中的正常运行不仅与各元、部件自身的性能及相互配合有关,还有来自外界环境信息的作用相关。通过上述故障树分析,可以得出以下结论:

根据故障树定性分析得到导致顶事件战斗部意外引爆发生的6种最基本的组合情况,经过验证,符合实际可能出现事故的情况,这为事故的预防及进行底事件的共因分析工作提供了依据。

根据基本事件结构重要度的次序可知:基本事件X3(隔爆失效)对顶事件影响最大,其次为基本事件X1(执行级故障意外输出引爆电能)和X2(电雷管意外爆炸),二者对顶事件影响相同,其次为基本事件X6(惯性保险失效),而最不敏感的基本事件为X4(火药拔销器保险失效)和X5(电子定时器意外输出解保电能),二者对顶事件的影响也相同。这为系统提高安全性选用部件及改进系统结构提供了依据,若需要降低顶事件发生射概率时,可以优先考虑降低基本事件X3(隔爆失效)的概率。

参考文献

[1]曹锡江,窦汝春,王少龙,等.基于FTA的导弹定量安全评价方法研究[J].战术导弹控制技术,2005,1,81-83.

[2]刘佳佳,谷良贤.FTA法在导弹武器系统分析中的应用[J].计算机仿真,2008,25(3):21-24.

[3]吴进煌.航空导弹发动机意外点火故障树分析[J].海军航空工程学院学报,2006,21(6):653-656.

[4]孙东平,姚奕,马瑞萍.故障树分析法及其在导弹故障近似计算中的应用[J].装备环境工程,2006,3(2):64-67.

[5]马瑞萍,尹晓飞,焦纲领.某型导弹控制系统故障树分析[J].四川兵工学报,2008,29(5):3-5.

[6]徐亨成,张建国.基于BDD技术下的故障树重要度分析[J].电子机械工程,2003,19(6):1-3.

[7]高培旺,马晓青.防空导弹飞行中其安全系统失效的故障树分析[J].弹箭与制导学报,2001,21(1):59-62.

作者簡介:侯旷怡(1987-),男,汉族,河南省洛阳市,工程师,硕士研究生,研究方向:战斗部设计。

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