周健 郝宗敏

摘要：本文介绍了直升机整机、系统和设备三个层次在不同的研制阶段采取相应的可靠性预计方法，确立了直升机各层次可靠性预计的一般流程以及各层次之间的关联性，提出在各层次进行基本可靠性预计的注意事项，并结合案例说明了所选取方法、分析流程等的可行性。

Abstract： This paper introduces the three levels of helicopters， systems and equipment to adopt corresponding reliability prediction methods in different development stages， and establishes the general process of reliability prediction at all levels of the helicopter and the correlation between the various levels， puts forwards the precautions for basic reliability prediction at each level， and explains the feasibility of the selected method and analysis process in combination with the case.

关键词：直升机；基本可靠性预计

Key words： helicopter；basic reliability prediction

中图分类号：V275.1 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）29-0250-03

0 引言

可靠性预计是用于评估所设计产品是否符合规定可靠性要求的一种方法，是为了估计由于产品不可靠导致的对维修与后勤保障的要求。

通过可靠性预计可以及时发现直升机产品、系统和整机设计能否满足可靠度指标的要求，如不能满足必须进行设计更改。在不同产品层次和不同研制阶段，所采用的预计方法也有不同，目前，电子设备级最常用的可靠性预计方法有：元器件计数法、元器件应力分析法[1]；非电子设备可采用相似产品法和统计数据（如NPRD）预计；系统级和整机级可靠性预计由设备失效率进行预计，在缺乏具体数据时可采用相似产品法。

1 直升机基本可靠性预计的一般流程

可靠性预计是自下而上的归纳综合过程，下一层次产品的可靠性预计值可作为上一层次产品可靠性预计的输入。因此，直升机可靠性预计应从设备级预计，逐层传递到整机可靠性预计，最终确定直升机可靠性预计结果。

1.1 各层级基本可靠性预计流程

分别获取直升机、系统或设备的方案设计报告；设备级预计需列出各设备的元器件清单及相应参数，采用相关的方法和故障率数据进行预计，系统级预计需要列出系统中的设备组成清单以及各设备的可靠性预计值，整机级预计需要列出直升机各系统组成以及各系统的可靠性预计值；随后按串联可靠性模型将各组成的失效率直接相加得到相应层次的失效率，将该失效率转换成设备的平均故障间隔时间/飞行时间；再对可靠性薄弱环节进行分析，提出设计改进建议；最后形成基本可靠性预计报告。基本流程如图1所示。

1.2 直升机各层次基本可靠性预计的方法

基本可靠性预计不仅是评估可靠性指标的符合性，还可以作为设计手段，为设计方案的决策提供依据。在方案决策前完成预计，提供完整的数据支撑。同时，还可以及时发现设计的薄弱环节，提出设计改进建议。因此，可靠性预计工作应与设计同步开展，及时有效的进行。而为达到开展可靠性预计工作的及时性，应在与设计同步在不同的设计阶段和各个层次上采取相应的预计方法，并随着设计工作的深入而不断地细化迭代。

2 设备级基本可靠性预计

确定设备中的元器件、零部件信息，设备的工作环境类别、环境温度。根据需要选择元器件计数法或元器件应力分析法或相似法预计元器件、零部件的失效率，按串联可靠性模型将各元器件、零部件的失效率直接相加得到设备的失效率，将该失效率转换成设备的平均故障间隔时间，并对预计结果进行分析且给出结论。

2.1 电子设备可靠性预计

2.1.1 元器件计数法

元器件计数法使用与方案设计阶段，在预计中需列出所有元器件的种类和数量、元器件的质量等级以及设备的工作环境，采用GJB/Z 299C-2006和MIL-HDBK-217F提供的数据和方法进行预计。

例如：某直升机上一个电子设备的组成为：120个片式膜电阻器、35个瓷介电容器、3个簧片继电器和21个普通硅二极管；各器件质量等级均为B1且为国产器件。计算该设备的基本可靠性预计过程如下：

根据设备的工作环境类别（ARW）、元器件的种类（片式膜电阻器、瓷介电容器、簧片继电器和普通硅二极管）、质量等级（B2），查GJB/Z299C-2006失效率，确定各元器件的通用失效率λ1、λ2、λ3、λ4分别为：λ1=0.0055（10-6/h），λ2=0.0188（10-6/h），λ3=0.2438（10-6/h），λ4=0.0194（10-6/h）；元器件的質量系数分别为：πQ1=1.0，πQ2=1.0，πQ3=1.0，πQ4=1.0。最后根据元器件数量，计算出设备基本可靠性指标如下：

2.2.2 故障率统计数据预计

在非电设备的详细设计阶段，设备的组成已经清楚，这时，可利用这些零部件的基本故障率数据（如试验和外场使用中统计得到的数据、故障率数据集-NPRD《非电子零部件可靠性数据》等）进行预计。按串联可靠性模型，将元器件的故障率预计结果直接相加得到非电设备的基本可靠性。

3 系统级基本可靠性预计

由于系统中各设备工作时间不同，因此在系统级可靠性预计时需要统一，确定设备的工作时间和直升机任务飞行时间，计算设备的运行比。将设备的基本可靠性预计值平均故障间隔时间（MTBF）转换为平均故障间隔飞行时间（MFHBF）。之后再根据设备的MFHBF预计系统的MFHBF，并对预计结果进行分析且给出结论。

例如：某直升机燃油供油系统由5个设备组成，对应的各设备失效率为：λ1=0.6×10-3，λ2=1.0×10-3，λ3=0.3×10-3，λ4=0.2×10-3，λ5=1.5×10-3。直升机飞行时间为4h，在此飞行任务中各设备的工作时间分别为4h、4h、2h、1h、1h。系统可靠性预计计算过程如下：

①计算设备的运行比：

b1=b2=4/4=1.0 b3=2/4=0.5 b4=b5=1/4=0.25

②计算系统的MFHBF：MFHBFS=1/（λ1b1+λ2b2+λ3b3+λ4b4+λ5b5）=459.77Fh。

4 整机级基本可靠性预计

整机基本可靠性预计在方案阶段一般采用相似法，根据相似机种、相似系统的可靠性值进行整机的初步基本可靠性预计。随着设计的深入，根据各系统的可靠性预计值（MFHBF）再进行整机的预计。预计基本可靠性时，把组成直升机的各系统按串联模型进行计算。

5 工程应用中直升机可靠性预计的注意事项

5.1 薄弱环节分析

新成品从研制开始直至成熟期前都在可靠性增长的过程中，无论可靠性预计值是否达到要求，均应根据可靠性预计的情况，分析设备的可靠性薄弱环节，并针对薄弱环节采取必要的设计或工艺改进措施（一般不应更改外部接口），进行可靠性增长，对增长措施应进行详细分析说明。

5.2 基本可靠性与任务可靠性的权衡

基本可靠性的增长不能以牺牲任务可靠性为代价来实现。对于无法通过设计消除的固有可靠性薄弱环节，应详细说明在制造中应采取何种严格的质量控制措施。

5.3 预计时间的一致性

在系统和整机基本可靠性預计时，必须保持时间的一致性，即确认系统中各设备运行比统一到飞行时间进行计算。

6 结束语

本文从直升机研制的工程实际出发，研究总结了在各层级常用的几种基本可靠性预计方法，针对直升机特点提出了各方法的选取原则，并给出了直升机基本可靠性指标预计的一般流程和具体步骤。通过实际案例证明本文提出的可靠性预计方法、选取原则和操作流程简便易行，可以推广相关工程应用中。

参考文件：

[1]李晓敏，韦闽峰，邱靖宇，朱晓蕾.电子设备可靠性预计研究.

[2]王远达，宋笔锋.系统可靠性预计方法综述.

[3]曾声奎等编著.系统可靠性设计分析教程[M].北京航空航天大学出版社，2001.