兵器装备工程学报

电容近炸引信高频部件储存性能试验研究

分类:主编推荐 发布时间:2019-05-25 17:02 访问量:1180

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本文引用格式:王洪岩,吴英伟,路志爽.电容近炸引信高频部件储存性能试验研究[J].兵器装备工程学报,2019,40(4):124-127.

Citation format:WANG Hongyan,WU Yingwei,LU Zhishuang.Performance of High Frequency Components of Capacitance Proximity Fuze[J].Journal of Ordnance Equipment Engineering,2019,40(4):124-127.


作者简介:王洪岩(1993—),男,硕士研究生,主要从事引信检测技术研究,E-mail:1119626789@qq.com。



电容近炸引信高频部件储存性能试验研究

王洪岩1,吴英伟2,路志爽3

(1.陆军工程大学石家庄校区 弹药工程系, 石家庄 050003;2.中国人民解放军63850部队,吉林 白城 137001; 3. 32137部队,河北 张家口 075000)

摘要:对实际非密封储存2、4、6~12年的引信高频部件进行储存性能检测试验,结果表明,高频部件失效存在振荡电压峰峰值降低失效和检波电压降低失效两种;从储存第6年开始出现失效,储存6~12年分别失效4、5、7、10、7、6、10发;振荡电压峰峰值和检波电压均值均有下降趋势,但振荡频率和饱和检波电压未失效。

关键词:电容近炸引信;高频部件;储存性能试验;振荡电压;检波电压;储存失效


Performance of High Frequency Components of Capacitance Proximity Fuze

WANG Hongyan1, WU Yingwei2, LU Zhishuang3

(1.Army Engineering University, Shijiazhuang 050003, China; 2.The No. 63850th Troop of PLA, Baicheng 137001, China;3.The No. 32137th Troop of PLA, Zhangjiakou 075000, China)

Abstract: This paper carried out storage performance test on fuze high-frequency components of actual unsealed storage for 2, 4, 6~12 years. The results show that there are two phenomena of high frequency component failure, such as peaking and lowering of oscillating voltage and failure of detection voltage. Failure occurred from the sixth year of storage, and 4, 5, 7, 10, 7, 6, and 10 failures were stored for 6 to 12 years. The mean value of peak value of oscillating voltage and detection voltage have a downward trend, but the oscillation frequency and the saturation detection voltage have not failed.

Key words: capacitance proximity fuze; high frequency component; storage performance test; oscillating voltage; detection voltage; storage failure


电容近炸引信高频部件主要功能是探测和识别目标信息,是近炸引信的核心部件,经长期储存,高频部件内部电子元器件的性能参数会发生漂移,一旦某些性能退化失效影响引信功能,会导致引信近炸失效[1]。目前国内尚未对其开展储存性能检测试验,长储后性能状态无人知晓,也无具体的检测手段与方法。因此本文以列装部队已有12年之久的电容近炸引信为研究对象,并选取储存时间为2、4、6~12年共9个年份库存非密封引信的高频部件进行检测试验,并对试验结果进行分析确定储存性能失效参数及现象。

1 高频部件储存失效模式分析

高频部件由振荡器、探测电极和检波器组成[2],其组成原理框图如图1所示。


图1 高频部件组成原理框图

振荡器产生一个频率稳定的高振幅正弦波信号,经探测电极间固有电容分压耦合到三极管检波器,检波器输出端产生一个稳定的检波电压[3]。引信接近目标时,电极间等效电容均增大,导致检波电压的下降。距离目标越近,检波电压下降越多。随着目标距离接近而产生的检波电压的变化,即为检波输出的引信与目标信号。

采用FTA法,以按照实现特定功能的电路模块为单位进行高频部件失效树分析[4],如图2所示。

由高频部件工作原理可知,振荡电路中的电容、三极管、电感和电阻失效将导致振荡器无法起振或振荡频率不稳定;探测电路引线焊点开裂导致极间电容分压耦合失败;检波电路中三极管、二极管、电阻失效致使检波器无法提取含有目标信息的检波电压。这些失效都会使高频部件探测识别目标失败,致使引信电路误动作,近炸失效。结合以上分析,利用FMECA法对高频部件失效模式及影响进行分析,如表1所示。


图2 高频部件失效树

表1 高频部件失效模式及失效影响


2 高频部件储存性能试验方案设计

进行引信储存性能检测试验,为不失一般性,需进行抽样检测,样本量越大,试验结果越精确,但伴随着检测试验工作量和引信样本消耗增加,最终导致试验周期长和试验成本过高,因此应根据统计分析需要,合理确定抽样方案[5~6]。根据GJB166—86《引信制造与验收技术条件》和该引信储存检测工艺要求,抽取非密封储存引信,储存时间为2、4、6~12年共9个年份每年10发,进行高频部件储存性能检测[7],样本量如表2所示。

表2 高频部件检测试验样本量


将高频部件的18V线、检波线、地线、发射电极引线对应接入测试装置,输入直流稳压电源18V进行检测,检测原理如图3所示,所需设备有直流稳压电源、测试装置、示波器等[8~10]


图3 高频部件检测原理框图

供电18 V,检测项目如下:

1) 振荡频率fz。振荡频率是振荡器将电源供给的直流电能转换为交流电能所产生的一定频率的交流信号,并使探测器在电极周围建立一个交变的电场。

2) 振荡电压峰峰值Vf。振荡电压峰峰值是指振荡器产生的交流信号的最大电压值。

3) 饱和检波电压Vb。饱和检波电压是将接收电极引线与发射电极引线绞在一起的检波电压接近电源电压18V

4) 检波电压Vj。本文所测检波电压是指在无目标信号时检波器输出的电压。

3 试验结果及分析

利用直流稳压电源和测试装置检测非密封储存时间为2、4、6~12年高频部件的振荡频率fz、振荡电压峰峰值Vf、饱和检波电压Vb以及检波电压Vj共4项参数。试验结果表明:

1) 高频部件失效存在振荡电压峰峰值降低失效和检波电压降低失效两种现象;振荡频率和饱和检波电压未发生失效;

2) 高频部件从第6年开始出现失效,储存6~12年分别失效4、5、7、10、7、6、10发;

3) 振荡电压峰峰值和检波电压均值均有下降趋势。

3.1 振荡频率fz

不同储存时间非密封引信的高频部件振荡频率的经验分布、均值变化趋势和失效数[11],如图4、图5所示。


图4 振荡频率经验分布


图5 振荡频率均值和失效数变化趋势

从图4、图5可以看出,高频部件各年份振荡频率分布在2.7~2.88 MHz区域内,均满足储存性能要求,但普遍接近2.7 MHz要求下限,经分析得:

1) 振荡频率未发生失效;

2) 各年份振荡频率普遍接近2.7 MHz要求下限,因此高频部件的振荡频率仍需多加关注;

3) 均值最小为2.723 MHz、最大为2.80 MHz,且无明显规律。

3.2 振荡电压峰峰值Vf

不同储存时间非密封引信的高频部件振荡电压峰峰值的经验分布、均值变化趋势和失效数,如图6、图7所示。

从图6、图7可以看出,存在9发峰值降低失效,最小为41.2 V,经分析得:

1) 振荡电压峰峰值失效模式为峰值降低失效,属退化失效;

2) 从第7年开始出现失效,失效率为30%,储存7~12年分别失效3、1、2、2、2、1发;

3) 均值分布在51.02~53.91 V之间,有下降趋势。


图6 振荡电压峰峰值经验分布


图7 振荡电压峰峰值均值及失效数变化趋势

3.3 饱和检波电压Vb

不同储存时间非密封引信的高频部件饱和检波电压的经验分布、均值变化趋势和失效数,如图8、图9所示。


图8 饱和检波电压经验分布对比

从图8可以看出,高频部件饱和检波电压最低为储存12年的16.0 V,最高为储存7年的17.9 V,满足饱和检波电压储存性能要求。在图9中可以发现,饱和检波电压均值最小为16.98 V、最大为17.77 V,均符合性能要求,且无失效,经分析得:

1) 饱和检波电压未发生失效:

2) 均值分布在16.98~17.77 V,无明显规律。


图9 饱和检波电压均值和失效数变化趋势

3.4 检波电压Vj

不同储存时间非密封引信的高频部件检波电压的经验分布、均值变化趋势和失效数,如图10、图11所示。


图10 检波电压经验分布对比


图11 检波电压均值和失效数变化趋势

从图10可以看出,高频部件检波电压除储存2、4年满足检波电压的要求外,其余各年份均存在失效现象。在图11中可以发现,检波电压均值随储存时间增加有下降趋势,失效数量逐年增加,经分析得:

1) 检波电压失效模式为检波电压幅值降低失效,属退化失效;

2) 从第6年开始出现失效,失效率为40%,储存6~12年分别失效4、5、7、10、7、6、10发;

3) 均值分布在4.0~7.8 V之间,有退化趋势。

4 结论

开展了高频部件储存性能检测试验,检测了振荡频率fz、振荡电压峰峰值Vf、饱和检波电压Vb以及检波电压Vj共4项参数。

高频部件的振荡频率和饱和检波电压未发生失效,但存在振荡电压峰峰值降低失效和检波电压降低失效两种现象,且从储存第6年开始出现失效,储存6~12年分别失效4、5、7、10、7、6、10发,振荡电压峰峰值和检波电压均值均有下降趋势。

参考文献:

[1] 吴英伟,齐杏林,王洪岩,等.典型电容近炸引信储存性能退化分析[J].装备环境工程,2018,15(2):63-67.

[2] 李彦学,智墩旺.无线电与电子时间引信[M].北京:兵器工业出版社,1996.

[3] 刘爽,白玉贤.耦合式电容近炸引信电极设计与电容分析[J].四川兵工学报,2010,31(1):52-53.

[4] 吴英伟.典型电容近炸引信储存性能试验与寿命预测研究[D].石家庄:军械工程学院,2016.

[5] 郑波,李明,杨宝强,等.阵地环境下引信贮存可靠性研究[J].探测与控制学报,2003,25(3):51-53.

[6] 高萌,王金柱,何学广.基于可靠性统计分析法的制导弹药储存寿命评估[J].装备环境工程,2013,10(4):110-113.

[7] GJB166—86.引信制造与验收技术条件[S].1986.

[8] 王洪岩,齐杏林,吴英伟.迫弹电容近炸引信储存性能检测试验方法研究[C]//18011制导与引信信息网学术交流会论文集(引信分册).2018:290-297.

[9] 吴英伟,齐杏林,郑波.引信典型电子部件长储性能加速退化试验方法[J].探测与控制学报,2016,38(4),20-23.

[10] 任亮亮,库存电容近炸引信电性能通用检测系统设计[D].石家庄:军械工程学院,2010.

[11] 赵宁.可靠性数据分析[M].北京:国防工业出版社,2011.