航宇救生装备有限公司马芳云高工：某型电子程控器可靠性仿真分析与优化设计
文摘
科技
2024-10-08 09:40
陕西
文章亮点：随着人们对电子产品可靠性的要求越来越高，利用失效物理方法识别产品潜在的薄弱点在产品设计中备受关注。基于失效物理理论，采用可靠性仿真分析方法，对电子程控器进行可靠性分析。通过建立电子程控器数字样机模型，开展相应的应力分析与故障预计，评估电子程控器可靠性指标平均首发故障时间（MTTFF），并根据仿真分析发现的薄弱环节进行优化设计。结果表明：可靠性仿真结果与理论计算结果相差较小，可以作为型号可靠性指标评估的依据，减少采用物理样机进行可靠性试验的周期和费用；优化改进后的电子程控器其可靠性得到较大提升。本文研究可为后续型号可靠性评估与设计提供理论参考。
研究背景：某型电子程控器与火箭弹射座椅配套使用，是火箭弹射座椅与飞行员分离及射出救生伞的电子控制装置，它能感受人椅系统弹射出舱瞬间来自飞机的静压和总压参数、弹射后人椅所在高度的静压值，根据不同的速度与高度，选择相应的工作状态，输出电能，使人椅分离，弹出救生伞，帮助飞行员成功获救。随着电子程控器功能越来越复杂，对其可靠性的要求也越来越高，研制周期越来越短，传统的依据GJB/Z299C、MIL-HDBK-217F等标准进行可靠性预计及物理样机试验的方法已不能满足电子程控器高可靠性的需求，因为统计计算方法均是基于指数分布和恒定失效率假设，未考虑产品制造过程和使用条件等的不确定性影响，可靠性预计结果常与实际偏差较大，对方案的决策产生不利影响。基于故障物理的可靠性仿真方法为解决上述问题提供了新的有效途径。可靠性仿真方法通过产品数字样机和故障物理模型，对影响产品可靠性的热、振动、电等环境因素进行综合仿真分析，预测产品的首发故障时间（TTF），识别产品在可靠性设计中的薄弱环节，如潜在故障位置、故障原因等信息，从而改进产品设计，提升其可靠性水平。
20世纪80年代美国马里兰大学最先提出了基于可靠性仿真的可靠性指标评估技术，之后在美国的航空航天装备研究中得到广泛应用。2011 年，美国发布了ANSI/VITA 51.2《失效物理可靠性预计》，用于指导基于失效物理模型的可靠性仿真寿命预测。随着失效物理分析方法研究的兴起与发展，基于可靠性仿真方法进行寿命预测已成为电子系统可靠性预测的必然趋势。目前国内利用可靠性仿真方法来进行可靠性评估的研究仍处于起步阶段，部分高校正在进行相关理论研究，并逐步开展工程化应用，同时配套的可靠性仿真软件也应运而生，这也为可靠性仿真方法的工程应用提供了可能。虽然可靠性仿真技术理论较为成熟，但不同产品的模型简化、参数选取等工程实践各不相同，必须针对具体的产品进行进一步地研究和探讨。
电子程控器作为复杂的航空电子设备，目前的可靠性分析评估都是在设计阶段的后期完成物理样机后通过可靠性试验进行评估，一旦试验过程中发现问题，就必须重新进行设计改进，导致设计的反复和研制周期的不确定性。本文采用可靠性仿真方法对某型电子程控器进行可靠性建模与评估，主要探究热振建模过程中此类产品的模型简化要求、可靠性评估中参数的设置要求，同时将可靠性仿真评估结果与理论计算结果进行对比分析，以期为型号产品的工程化应用提供一套可行的技术途径。
结论：可靠性仿真的结果与理论计算结果相差较小，可以作为型号可靠性指标评估的依据，减少采用物理样机进行可靠性试验的周期和费用；同时优化改进对提高电子程控器的可靠性设计效果显著，可为后续型号可靠性评估与设计提供理论参考。
引用格式：马芳云, 孙茜, 雷华金. 某型电子程控器可靠性仿真分析与优化设计[J]. 航空工程进展, 2024, 15(4): 64-73. MA Fangyun, SUN Xi, LEI Huajin. Reliability simulation analysis and optimization design of the electronic control proceeding controller[J]. Advances in Aeronautical Science and Engineering, 2024, 15(4): 64-73. (in Chinese)
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