張百勇 劉 凱 孫 炯 傅 健

(1.海軍工程大學兵器工程系 武漢 430033)(2.海軍工程大學科研部 武漢 430033)(3.海軍工程大學軍事裝備學 武漢 430033)

國內(nèi)外武器裝備延壽技術(shù)概論*

張百勇1劉 凱2孫 炯2傅 健3

(1.海軍工程大學兵器工程系 武漢 430033)(2.海軍工程大學科研部 武漢 430033)(3.海軍工程大學軍事裝備學 武漢 430033)

論文針對武器裝備到壽后存在的問題,闡述了延壽的概念及意義,分析了國內(nèi)外延壽工作概況及延壽方法,系統(tǒng)科學地總結(jié)了武器裝備延壽的主要技術(shù)途徑。通過開展延壽工作一定程度上延長了武器裝備的使用壽命,具有極大現(xiàn)實意義和軍事經(jīng)濟效益。

武器裝備; 延壽; 技術(shù)更新; 維修

Class Number E920

1 引言

延壽是指武器裝備到達規(guī)定使用壽命時,以可靠性理論為基礎(chǔ),綜合評估其戰(zhàn)技性能指標,充分發(fā)掘其潛能,針對影響武器裝備貯存和使用壽命的薄弱環(huán)節(jié)采用更換、修理和保障等技術(shù)手段[1],以恢復(fù)或提高其完好性和作戰(zhàn)性能,并進行試驗驗證,確保武器裝備在全壽命周期內(nèi)能夠達到正常作戰(zhàn)使用要求的一系列活動。

2 武器裝備到壽后存在的問題

武器裝備到壽后,其技術(shù)狀態(tài)不穩(wěn)定,可靠性和部分戰(zhàn)技性能指標下降,不能滿足部隊作戰(zhàn)使用要求。主要存在以下問題:

1) 武器裝備到壽后元器件老化、故障增多,導(dǎo)致武器裝備總體性能下降[2]。

2) 部分配套件達到使用壽命,將導(dǎo)致武器裝備繼續(xù)使用存在安全隱患[3]。

3 武器裝備延壽的意義

武器裝備隨著使用年限的增加,使用壽命的迫近,故障不斷增多,可靠性指標出現(xiàn)下滑趨勢[4],為保證武器裝備能夠繼續(xù)正常使用,開展延壽工作有重要現(xiàn)實意義和軍事經(jīng)濟效益。

1) 是新時期武器裝備建設(shè)和發(fā)展的需要。

2) 是節(jié)約軍事經(jīng)費的實際要求。

3) 能夠有效提高武器裝備的作戰(zhàn)使用效能。

4) 能夠有效促進武器裝備的研制和發(fā)展。

進入21世紀，全球各國開始更加清醒地認識到環(huán)境污染造成的巨大損害，生態(tài)的保護成為人們關(guān)注的焦點，順應(yīng)時代的發(fā)展，綠色營銷成為主流，人們購買綠色產(chǎn)品的次數(shù)開始增多。綠色需求與消費，會使碭山酥梨經(jīng)營者產(chǎn)生很強的綠色營銷動力。

4 國內(nèi)外武器裝備延壽工作概況

4.1 國外武器裝備延壽工作概況

目前,世界各國都十分重視武器裝備延壽工作,特別是以美國和俄羅斯為首的傳統(tǒng)軍事強國,在壽命試驗與評估方面,進行了深入的技術(shù)方法探索和廣泛的工程實踐,積累了大量經(jīng)驗,取得了顯著成果[5～6]。B-52H型轟炸機于20世紀70年代開始服役,1980年和1996年,美國兩次對其進行延壽技術(shù)的更新[7～8],將其使用壽命提高到2029年,較一般飛機使用壽命延長一倍[9]。1970年美國民兵Ⅲ(LGM-30 Minuteman)導(dǎo)彈開始服役,規(guī)定使用壽命為7年,后經(jīng)美國國防部組織技術(shù)人員對其進行延壽改造,使其能繼續(xù)服役至2010年。1996年Evtushenko I Y等通過掃描電子顯微鏡觀察和利用有限元分析的方法[10],比較了球形顆粒復(fù)合材料與有角度復(fù)合材料的失效模式,從而延長了型鋼軋機的使用壽命。1975年開始服役的撒旦戰(zhàn)略核導(dǎo)彈,規(guī)定使用壽命為10年,2002年,俄羅斯通過對其開展大量貯存延壽工作,建立比較完備的理論基礎(chǔ)、試驗經(jīng)驗以及分析評估體系[5],使其壽命延長到2014年。2003年,美國對M2A2步兵戰(zhàn)車進行技術(shù)改造,使其壽命得以延長,極大提升了美國步兵的作戰(zhàn)能力[11]。Furlow W于2003年提出在海上石油井上開發(fā)一個聲學砂檢測系統(tǒng)[12],消除了校準的需要,提高了生產(chǎn)設(shè)備的壽命,增加了石油產(chǎn)量。2006年據(jù)英國國際防務(wù)日報報道,英國將建立一艘新的彈道導(dǎo)彈潛艇,參與,三叉戟,D-5導(dǎo)彈的延壽工作,努力維持其彈道導(dǎo)彈儲備[13]。同年Yukhanov V等基于核反應(yīng)儀器的熱老化,提出了預(yù)測臨界脆點變化的方法[14],開創(chuàng)了核反應(yīng)儀器設(shè)計的新篇章。2012年,美國海軍陸戰(zhàn)隊對AV-8B,鷂式,戰(zhàn)斗機進行持續(xù)現(xiàn)代化的升級,戰(zhàn)斗機的延壽方法不只是改變計算方式和提供零部件,還進行了相應(yīng)的技術(shù)革新,其戰(zhàn)斗力得到顯著提升[15]。Heller M等于2014年介紹了利用DSTO技術(shù)對裝載在F/A-18飛機上的LAU-7導(dǎo)彈發(fā)射器外殼進行延壽修復(fù)[16],使其狀況有了明顯改善。同年Radulescu M等提出通過技術(shù)改進對地空導(dǎo)彈進行延壽[17],使導(dǎo)彈的使用壽命得到大幅延長。上述工作的開展對于保持軍隊武器裝備數(shù)量和規(guī)模,提高作戰(zhàn)使用效能和作戰(zhàn)能力,減少武器全壽命周期費用起到了至關(guān)重要的作用[18]。

4.2 國內(nèi)武器裝備延壽工作概況

我國延壽工作起步相對較晚,20世紀六七十年代開始對導(dǎo)彈進行延壽研究[19]。到目前為止,也取得了一定的成果,頒布了一些關(guān)于延壽的標準和規(guī)范,在武器裝備系統(tǒng)延壽中經(jīng)歷了從實踐到理論的過程[20]。馮志剛等于2008年通過分析美國Martin Marietta公司對導(dǎo)彈的加速老化試驗[21],發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)彈的薄弱環(huán)節(jié),為導(dǎo)彈延壽提供技術(shù)依據(jù)。2011年侯海梅、李久祥詳細敘述了武器裝備延壽的意義以及貯存延壽的措施和途徑[1],全面系統(tǒng)地總結(jié)了貯存延壽的方法,為貯存延壽提供理論支撐。2012年黃鳳軍等研究了水中兵器戰(zhàn)斗部的延壽工作[22],系統(tǒng)、科學地總結(jié)了戰(zhàn)斗部主裝藥延壽的主要方法,有效提高了水中兵器的戰(zhàn)斗力。2014年中國學者李俊等提出了利用故障預(yù)測和健康管理(PHM)的技術(shù)手段來提高裝備保障能力[23],實現(xiàn)了戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器系統(tǒng)的壽命評估,降低了裝備延壽和升級的成本。2015年郭軍等結(jié)合導(dǎo)彈長期使用和不同級別的系統(tǒng)特點[24],對導(dǎo)彈的貯存壽命進行了評估[25],提出了延長導(dǎo)彈壽命的措施,總結(jié)了一套完整的導(dǎo)彈壽命預(yù)測方法[26]。同年張仕念等在分析比較美國和俄羅斯等國家導(dǎo)彈貯存延壽技術(shù)的基礎(chǔ)上[27],提出了導(dǎo)彈貯存延壽途徑和關(guān)鍵技術(shù)[28]。我國第一代戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈武器裝備從20世紀60年代后期相繼開展自然貯存試驗[29],例如正在對現(xiàn)役或超期服役的第一代固體彈道導(dǎo)彈武器系統(tǒng)進行貯存延壽研究,包括自然條件下貯存和實驗室貯存加速壽命試驗[30]。經(jīng)過這些年的可靠性試驗研究,延長了導(dǎo)彈的使用壽命,并利用延壽技術(shù)對導(dǎo)彈進行整修[31],使裝備部隊的導(dǎo)彈得以繼續(xù)使用,取得了巨大的軍事和經(jīng)濟效益,總結(jié)了一套貯存延壽方法,特別是在貯存試驗與評價技術(shù)研究方面積累了大量的經(jīng)驗。

5 國內(nèi)外武器裝備延壽工作方法及 途徑

5.1 國外武器裝備延壽工作方法

國外在武器裝備延壽工作中方法類似,均采取統(tǒng)計分析和工程試驗分析相結(jié)合的方法。美國延壽技術(shù)主要以自然條件下貯存試驗為主,加速壽命試驗為輔,通過先進的監(jiān)測技術(shù)和監(jiān)測手段以及充足的經(jīng)費支撐[32],統(tǒng)計故障數(shù)據(jù),分析失效機理與失效模式,提前獲取裝備性能變化規(guī)律,建立外推模型,在裝備研制初期就能制定出一套完整的壽命評估體系,實現(xiàn)對裝備壽命評估的目的。俄羅斯主要依靠其先進的加速壽命試驗技術(shù)和工程實踐理論,統(tǒng)計失效數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)薄弱環(huán)節(jié),制定試驗方案,在實驗室開展薄弱環(huán)節(jié)加速壽命試驗,快速有效地評估裝備壽命,形成了一套完整、成熟、先進的加速壽命試驗理論、技術(shù)和設(shè)備[33]。

5.2 國內(nèi)武器裝備延壽工作方法

由于我國加速壽命試驗起步晚,技術(shù)水平低,缺乏高水平的監(jiān)測技術(shù),資金也難以支撐裝備在列裝前就制定一套完整壽命評估體系,對其進行長期觀測、試驗[34]。因此我國裝備延壽的方法主要是通過分析自然貯存條件下故障數(shù)據(jù)和失效模式,同時輔助開展少量非金屬材料以及零部件的貯存加速壽命試驗,收集各種信息,對武器裝備進行壽命預(yù)估,很難僅依賴加速壽命試驗來實現(xiàn)對裝備壽命的外推[35]。

5.3 國內(nèi)外延壽工作的主要技術(shù)途徑

目前,國內(nèi)外通常采用如下方法達到對武器裝備延壽的目的:

1) 技術(shù)更新。技術(shù)的先進性是延壽的重要前提[36]。先進性主要體現(xiàn)在滿足作戰(zhàn)使用要求、結(jié)構(gòu)簡單、可靠性高和經(jīng)濟性好等方面[37]。性能改進體現(xiàn)在設(shè)計、工藝、元件、材料等多方面改進,應(yīng)盡可能采用先進技術(shù)更新原有的落后技術(shù),以便全面提升產(chǎn)品的自然壽命、技術(shù)壽命和經(jīng)濟壽命[38]。在設(shè)計上采用良好的材料和元件,是設(shè)備或系統(tǒng)技術(shù)更新的首選措施[39]。

(1)更新工藝。工藝是勞動者利用各類生產(chǎn)工具將原材料或半成品進行加工或處理,使之成為產(chǎn)品的工作、方法和技術(shù)。所謂工藝更新,即用一種新的、先進工藝代替原有的、落后工藝[1]。由于工藝不當,造成產(chǎn)品失效的案例屢見不鮮,采取更新工藝是武器裝備延壽的重要措施[40]。

(2)設(shè)備改進。延壽應(yīng)針對武器裝備使用過程中暴露的問題和薄弱環(huán)節(jié),結(jié)合戰(zhàn)備需要和當前的技術(shù)水平,采取一些技術(shù)性的改進措施,以增強設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)能力,提高其可靠性,延長其使用壽命[41]。

2) 維修更換。維修更換是使產(chǎn)品保持或恢復(fù)到規(guī)定狀態(tài)的主要措施,包括預(yù)防性維修和恢復(fù)性維修[43]。具體維修方式包括檢測、擦拭與清洗、修補、調(diào)整、校準、更換等[42]。

(1)檢測。檢測即對武器裝備的技術(shù)狀態(tài)指標和性能參數(shù)進行試驗與觀測。依據(jù)檢測結(jié)果來判明需要維修的項目,及時修理問題件,達到貯存延壽的要求。

(2)擦拭與清洗。清洗的主要目的就是去除產(chǎn)品表面的塵埃污垢。清洗時,選用合適的清洗劑,按照規(guī)定的工藝程序進行操作,清潔后對相應(yīng)表面進行干燥并采取措施加以防護[44]。

(3)修補。修補即將產(chǎn)品的損傷部分進行修理與補充,以恢復(fù)原有的狀態(tài)[45]。如對產(chǎn)品外觀缺陷、電接觸不良、漏油漏氣、部件變形、包裝破損和藥柱脫粘等,均需及時修補[1]。

(4)調(diào)整、校準。調(diào)整即用物理方法改變產(chǎn)品的變量,從而改變其輸出特性,以滿足規(guī)定的工作狀態(tài)所進行的操作[46]。校準即將測量裝置與規(guī)定的標準比較。如對超過檢定有效期的測量儀表,到規(guī)定的標檢所進行校準,經(jīng)過校準合格的測量儀表才能使用[1]。

3) 放寬失效判據(jù)。設(shè)計人員以大量的試驗,根據(jù)試驗結(jié)果,對非關(guān)鍵性指標,通過調(diào)整設(shè)計參數(shù)、減少設(shè)計余量、放寬均值和公差要求,放寬失效判據(jù),武器裝備的壽命評估值就會相應(yīng)增加。

6 結(jié)語

文章首先對武器裝備延壽的概念進行了敘述,其次闡述了延壽的意義,進而分析了國內(nèi)外武器裝備延壽工作的概況,最后對武器裝備延壽工作的方法和途徑進行了總結(jié)。延壽工作能有效延長武器裝備的使用壽命,同時也是一項系統(tǒng)工程。

[1] 侯海梅,李久祥.軍用裝備貯存延壽的主要途徑[J].質(zhì)量與可靠性,2011(1):24-26.

[2] 譚源源.裝備貯存壽命整機加速試驗技術(shù)研究[D].長沙:國防科學技術(shù)大學,2010:56-61.

[3] 李予彤,周曉光,張萌.淺議裝備的延壽與可靠性維修性增長工作[J].軍方園地,2014(9):34-39.

[4] 王君,王亮,王宏,等.地空導(dǎo)彈制導(dǎo)雷達深度恢復(fù)性延壽修理方式研究[J].現(xiàn)代防御技術(shù),2015,43(2):72-77.

[5] Bloch H P. Equipment life extension involves upgrades[J]. Hydrocarbon Processing,2012,91(10):451-457.

[6] Sire R A,Hopkins S W. Analytical modeling for life extension of aging equipment[J]. International Journal of Fatigue,1997,19(93):261-266.

[7] Kladitis P,Worden J,Searle R. Estimating and modeling inherent availability of the B-52H using SIMPRROCESS[J]. Fizicheskaia Elektronika,2013,(23):145-151.

[8] Hopper D G, Meyer F M, Wodke K E. Status of display systems in B-52H[J]. Proceedings of SPIE:the international society for optical engineering,1999(6):135-142.

[9] AIAA. Development and testing of a drogue parachute system for X-37 ALTV/B-52H separation[J]. Aiaa Journal,2004(5):24-26.

[10] Evtushenko I Y, Levin V V, Raimbekov A M. Prolonging the life of section-mill equipment[J]. Metallurgist,1996,40(12):236-237.

[11] Green M, Green G. Infantry fighting vehicles: the M2A2 bradleys[M]. Mankato, Minnesota: Capstone Press,2004:412-418.

[12] Furlow W. Early sand detection can prolong life of equipment,increase production[J]. Offshore,2003(2):532-537.

[13] Fein G U K. To build new ballistic submarine,will join trident D-5 life extension[J]. Defense Daily International,2006(3):342-347.

[14] Yukhanov V,Shur A. A study of thermal aging of steels for nuclear power plant reactor vessels aimed at prolonging the service life of the equipment to 60 years[J]. Metal Science & Heat Treatmen,2006,48(7):295-299.

[15] Hariharan N,Hunt J,Wissink A,et al. A dual-mesh simulation strategy for improved AV-8B aft-fuselage buffet load prediction[J]. Nutrition,2013,12(3):189-194.

[16] Heller M,Calero J,Wescott R,et al. Life extension of F/A-18 LAU-7 missile launcher housings using rework shape optimisation[J]. Advanced Materials Research,2014,Vols.891-892:739-744.

[17] Radulescu M, Sandru V. Considerations about the life extension programs by technical resource renewal applied to the surface-to-air missile[J]. Scientific Research & Education in the Air Force-AFASES,2014(2):235-239.

[18] 蔣海濱,鄧鴻.淺談武器裝備延壽技術(shù)[J].國防技術(shù)基礎(chǔ),2009,6(6):31-33.

[19] 李久祥.裝備貯存延壽技術(shù)[M].北京:中國宇航出版社,2007:236-237.

[20] 祝學軍,管飛,王洪波,等.戰(zhàn)術(shù)彈道導(dǎo)彈貯存延壽工程基礎(chǔ)[M].北京:中國宇航出版社,2015,3:342-347.

[21] 馮志剛,方昌華,李靜.國外導(dǎo)彈加速老化試驗現(xiàn)狀分析[J].導(dǎo)彈與航天運載技術(shù),2008(2):30-34.

[22] 黃鳳軍,趙晉宏,張駿虎.開展水中兵器戰(zhàn)斗部延壽技術(shù)研究的探討[J].魚雷技術(shù),2012,20(6):463-466.

[23] Li J, Ma L, Zhang L, et al. A concept for PHM system for storage and life extension of tactical missile[J]. Prognostics & System Health Management Conference,2014,11(4):689-694.

[24] Gao J, Huang D P, Li X B. Overall solution of comprehensive evaluation for missile storage life[J]. Applied Mechanics & Materials,2015,724:307-311.

[25] 李鍇,高軍,李小兵,等.裝備貯存壽命綜合評價方案[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2015,33(4):50-54.

[26] 徐真紅.武器系統(tǒng)的貯存壽命預(yù)測方法研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2010:134-138.

[27] 張仕念,何敬東,顏詩源,等.導(dǎo)彈貯存延壽的技術(shù)途徑及關(guān)鍵技術(shù)[J].裝備環(huán)境工程,2014(4):37-41.

[28] 劉雪峰,李新俊,張仕念,等.延長導(dǎo)彈貯存期提高貯存可靠度的基本途徑[J].電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗,2009,27(s1):186-189.

[29] 仝云.防空導(dǎo)彈彈族多目標優(yōu)化設(shè)計[D].哈爾濱:哈爾濱工程大學,2011:256-261.

[30] Fashandi A,Umberg T. Equipment failure definition: a prerequisite for reliability test and validation[C]//Electronics Manufacturing Technology Symposium,2003:357-358.

[31] 王春輝,李忠東,張生鵬.航空導(dǎo)彈貯存期壽命分析[J].裝備環(huán)境工程,2011,4:68-72.

[32] 王靜,馮靜,楊晉勇,等.加速貯存與自然貯存對比驗證技術(shù)研究[J].強度與環(huán)境,2015,42(5):54-58.

[33] 張建平.真空熒光顯示屏(VFD)設(shè)計中的主要部件和特性的研究[D].杭州:浙江大學,2005:364-369.

[34] 郝沖,許路鐵,呂帥.加速壽命試驗技術(shù)在彈藥貯存可靠性工程中的應(yīng)用[J].裝備環(huán)境工程,2012,4:67-73.

[35] 劉海濤.氦氖激光器加速壽命試驗理論研究[D].西安:西安電子科技大學,2008:357-362.

[36] 孟濤,張仕念,易當祥,等.導(dǎo)彈貯存延壽技術(shù)概論[M].北京:中國宇航出版社,2013:221-226.

[37] 常少莉,紀春陽,程德斌.武器裝備定延壽技術(shù)研究及其應(yīng)用[J].戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù),2007(6):33-36.

[38] 魏玉華.對某型聲納裝備延壽工作的思考[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(34):8-13.

[39] 徐明強.淺談軍用空調(diào)設(shè)備使用壽命及如何延壽[J].裝備制造技術(shù),2015(7):230-233.

[40] 馬凌,李俊,趙韶平,等.面向?qū)椯A存延壽的PHM技術(shù)研究與工程應(yīng)用[J].裝備環(huán)境工程,2014(4):42-48.

[41] 郭立峰,章應(yīng)霖.超音速電弧噴涂技術(shù)及其在電站裝備延壽維護中的應(yīng)用[C]//全國電站焊接學術(shù)討論會.2001:257-263.

[42] 李會,國志剛,周恩智.飛機機載成品延壽技術(shù)研究[C]//航空裝備維修技術(shù)及應(yīng)用研討會論文集.2015:145-150.

[43] 李明智.航天軍用裝備A延壽型號項目管理研究[D].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學,2014:322-327.

[44] 高賀松,黨小紅.某老齡飛機機電與電子類產(chǎn)品延壽修理措施[C]//航空裝備維修技術(shù)及應(yīng)用研討會論文集,2015:432-437.

[45] 吳明強,羅凱,房紅征.基于壽命預(yù)測技術(shù)的復(fù)雜系統(tǒng)延壽體系設(shè)計與應(yīng)用[J].計算機測量與控制,2009,17(12):2547-2548.

[46] 曹強,賀旺,付剛強.某型飛機平尾大軸延壽修理研究中的無損檢測技術(shù)[J].航空維修與工程,2015(9):118-120.

Introduction of Life Extension Technology of Weapon Equipment at Home and Abroad

ZHANG Baiyong1LIU Kai2SUN Jiong2FU Jian3

(1. Department of Weapon Engineering, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)(2. Office of Research and Development, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)(3. Military Equipment, Naval University of Engineering, Wuhan 430033)

This paper expounds the concept and significance of life extension for weapons and equipment, analyzes the life extension and life extension methods at home and abroad, and systematically summarizes the main technical ways of life extension of weapon equipment. By extending life extension work to a certain extent extend the life of weapons and equipment, with great practical significance and military economic benefits.

weapons and equipment, life extension, technical update, maintenance

2016年10月11日,

2016年11月27日

張百勇,男,碩士研究生,研究方向:武器系統(tǒng)運用與保障工程。

E920

10.3969/j.issn.1672-9730.2017.04.003