11 环境因子在某型无人直升机可靠性试验中的应用-徐艳楠(6)

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1、第二十八届（2012年）全国直升机年会论文环境因子在某型无人直升机可靠性试验中的应用徐艳楠宋军唐军军刘达（总参六十所，南京，210016）摘要：环境因子是可靠性评估中的一个重要参数,其相关问题的研究一直为可靠性工程所关注。本文提出了基于反应论模型的环境因子计算方法，并以某型无人直升机的舱内电气设备和传动部位电气设备的可靠性振动试验为例，对环境因子以及等效任务数的计算进行了工程应用。关键词：环境因子;反应论模型;等效任务数1概述1.1环境因子概念的提出环境因子的工程目前已广泛应用于航空、航天、电子、导弹、火工

2、品等诸多领域，应用主要集中于可靠性评估和可靠性试验，涉及不同环境下试验信息的折算与综合问题。其中一类问题是，在飞行环境下工作一小时相当于地面实验室环境下工作多少小时，在飞行环境中运转一次相当于地面环境下运转多少次等。这些都是不同环境下的信息折算问题，随之而来的是不同环境下的信息综合问题。它们的解决都取决于环境因子的确定。另一类问题是高可靠产品的验收问题和鉴定问题。其环境试验条件往往比使用环境条件严格，否则验收试验的试验量或试验件数将非常大。要解决这类问题仍是确定考核环境的环境因子。另外，在可靠性预计、分配和

3、加速寿命试验的研究中，也离不开环境因子。1.2环境因子研究的基本假设为了利用环境因子实现不同环境下试验数据的等效折算与综合，环境因子研究通常基于以下三个基本假设：1.失效机理一致性假设:在不同的应力水平S1,S2,…,Sk下，产品的失效机理保持不变。该假设是进行环境因子研究的前提条件。只有在失效机理保持一致性的情况下，才能进行不同应力水平下试验信息的等效折算与综合，否则环境因子将随产品可靠性的变化而变化，无法在工程实际中应用，也就失去了研究的意义。通常情况下，产品研制试验的失效机理满足该假定，必要时须通过失

4、效机理漂移辨识予以确认。2.分布同族性假设：在不同的应力水平S1,S2,…,Sk下，产品的寿命服从同一形式的分布。该假定最早由Pieruschka提出，它表明不同应力水平下的寿命数据的分布形式相同，只是在分布参数上存在差异。目前已证明在线性累积损伤条件下的寿命分布同族性。寿命分布同族性可以通过分布拟合来检验。3.Nelson假设：产品的残存寿命仅依赖于已累积的失效和当前的应力，而与累积方式无关。这一假定是Nelson提出的，它实际上是将累积失效概率作为环境对产品损伤作用的外在表现，认为在不同环境下只要产品的

5、累积失效概率相同，则产品中累积的损伤是相同的，即在不同应力水平下的作用，不同时间的效果相当。该假定具有明显的物理意义，被称为Nelson假设。Nelson假设的数学含义：若产品在应力Si作用时间ti内的累积失效概率Fi(ti)与产品在应力sj作用某一时间(记为tij)内的累积失效概率Fj(tij)相等，即Fi(ti)=Fj(tij512)，则损伤累积相同。这一原理可以作为对不同环境下的寿命数据进行等效折算的依据。1.3环境因子的定义定义1若可靠度值为R时，产品在应力Si和Sj下的可靠寿命分别为tR,i,tR

6、,j，则应力Si对应力Sj的环境因子为：(1-1)由定义1可知，环境因子可以与所选的可靠度值R有关。但是，为了使环境因子能实际用于工程实践，自然要求环境因子是与R无关的常数；否则，随着产品工作时间的延长及R的改变，环境因子就会发生变化，这样就失去了工程应用的实际价值。为了满足环境因子与R无关的要求，至少需要产品在Si和Sj下的失效机理不变，即失效机理不变是保证环境因子是与R无关的常数的必要条件。基于Nelson假设，可以得到环境因子的另一种定义。定义2若Fi(t),Fj(t)分别表示产品在应力Si和Sj作用

7、下的累积失效概率，且存在关系Fi(ti)=Fj(tj)，则应力Si对应力Sj的环境因子为：(1-2)根据定义2与定义1所得计算结果是一致的。2基于反应论模型的方法的应用实例2.1环境因子计算模型指数分布在单应力情况下，环境因子的表达式为(2-1)式中：β1为待定的模型参数；S为单因素环境应力（如温度、电压或振动等），对于温度应力，φ(S)=1/S；对于电应力或振动应力，φ(S)=ln(S)。则arms为随机振动的加速度均方根值，假定振动试验1的随机振动量级为arms1，振动试验2的随机振动量级为arms2，

8、β1=m,，φ(S1)=ln(S1)=ln(arms1)，φ(S2)=ln(S2)=ln(arms2)，可以由式（2-1）推导出（2-2），推导过程如下：(2-2)模型参数m512与产品的材料特性和工程设计有关。考虑某型无人直升机上高价值系统的分系统A、B，其中分系统A为机舱内部电气设备，分系统B为传动系统电气设备，根据分系统A和B的材料特性和工程设计，分系统A的模型参数m取2，分系统B的模型参数取3。因此，分系