高飞+++刘俊学+++黄少波
摘 要：简要介绍故障树分析方法，分析某机载导弹发动机采用冲击片直列式点火器后点火系统的危险因素，绘制点火控制功能框图，以发动机意外点火为顶事件建立故障树，求出相应的最小割集，得到某机载导弹发动机意外点火的原因或原因组合，并进行了重要度定性分析，对采用直列式点火器安全性，提出了可行性建议，为后续空空导弹的安全性设计提供了理论依据。
关键词：机载导弹；直列式点火器；点火控制；故障树；安全性
1 概述
空空导弹的发动机属危险组件，而点火系统是发动机的最危险部件，在实际使用中，由于点火系统的原因，曾出现过不少安全性事故。因此，保证点火系统在运输、贮存、测试、维护以及挂架发射前的高度安全有着十分重要的意义[1]。
为进一步提高发动机点火控制安全性，某型号机载导弹预采用直列式点火系统。直列式点火系统是指无需隔离的点火系统，分为激光点火系统、冲击片点火系统等。激光点火系统采用激光发火管点火，激光能量必须通过光纤传递给本方案中内置的点火装置以完成点火，实现难度大，且这种点火技术在国内还未达到成熟应用的水平。冲击片点火系统采用瞬间高电流使桥丝气化，形成冲击波加速箔片撞击装药（或直接撞击装药）实现点火；这种技术已成熟应用在引信中，在国外只有很少型号中用于发动机点火。
本文旨在方案阶段采用FTA法对某机载导弹发动机点火系统采用冲击片直列式点火器后的安全性进行研究，以发动机意外点火为顶事件建立故障树，确定由点火器造成发动机意外点火顶事件的所有底事件和最小割集，得到某机载导弹发动机意外点火的原因或原因组合，并进行了重要度定性分析，为该型号机载导弹点火器安全性设计提供参考。
2 故障树分析法
故障树分析（Fault Tree Analysis，以下简称FTA）是美国人沃森（H.A.Watson）在1961年研究民兵导弹的发射控制系统的安全性评价时，首次提出并应用的一种分析方法[2]。在我国国军标中明确规定，故障树分析（FTA）是产品（系统）可靠性和安全性分析的工具之一，用来寻找导致不希望的系统故障或灾难性危险事件（顶事件）发生的所有原因和原因组合，在具有基础数据时求出顶事件发生的概论及其他定量指标。
近年来FTA发展迅速，其理论日趋完善，应用领域也逐渐扩展；现在国际上已公认FTA是可靠性、安全性分析的一种简单有效的方法[3]。故障树分析可以分为选择顶事件、建立故障树、对故障树进行分析、采取措施改进系统性能等几个步骤[4]。
3 机载导弹发动机点火控制故障树的建立
导弹系统结构复杂，本文建立故障树的基本假设为，不考虑电磁环境，不考虑接线及接插件故障，除雷管外不考虑火工品、换药自身缺陷及环境影响，各单元按照预定功能可靠作用。在全面了解冲击片直列式点火器的工作原理基础上，建立直列式点火系统的功能框图，具体如图1所示。
根据图1，依据逻辑关系，各层级按照自身故障满足输出条件和由于下级原因满足输出条件，逐级建立故障树。由于动态开关控制脉冲信号，其故障后不能产生高压充电交流信号，因此动态开关故障、充电线路故障、驱动电路2故障、安全控制电路2故障均不能完成充电，故障树中没有这4个事件。高压线路本身故障放电会造成高压充电不能完成，因此故障树中没有该事件。故障树如图2。
故障树定性分析：
根据上述建立的故障树，暂不考虑时序逻辑关系，采用下行法求故障树最小割集：
故障树的2个最小割集全部為3阶。
基本事件的结构重要度系数可用下式进行计算：
式中：IΦ（i）-第i个基本事件的结构重要度系数；Kj-第j个最小割集；Nj（j∈Kj）-基本事件i所在的最小割集Kj中基本事件的个数；xi∈Kj-第i个基本事件属于第j个最小割集。
利用式（1）可以求得意外引爆故障树中的各基本事件的结构重要度系数。
各基本事件的结构重要度系数的顺序为：
底事件其重要度从大到小依次为：X1>X2=X4=X6=X7。
根据以上分析可知：
（1）故障树分析得出的4个最小割集均为3阶，说明防止发动机意外点火事件发生的设计余度为3。
（2）冲击片电发火管满足GJB344A中B类电起爆器要求，500V以下任何电能不起爆，其电磁安全性较好。
若不满足预定工作时序，电子直列点火器故障不会造成高压充电。
（4）故障树分析得出的4个最小割集中均含有事件X1（电源1），因此事件X1不发生，则顶事件就不会发生，说明直列式点火系统安全性受点火器前级的控制线路影响较大。
（5）设计合适的检测点对X1进行检测，可以有效判断点火控制系统是否安全。
4 结束语
FTA是对复杂系统安全性、可靠性进行分析的一种重要工程方法。它不仅可定性地找出造成系统故障的各种硬件、软件、环境和人为等方面因素，还可定量预测系统故障发生的概率及各个因素或故障模式对系统故障的影响重要程度[5]。
某机载导弹发动机点火控制系统采用直列式点火器，在我国机载导弹研制历史上尚属首次。为验证其使用安全性，本文根据点火系统工作性能，以发动机意外点火为顶事件，建立了故障树模型，通过故障树分析可知，防止发动机意外点火事件发生的设计余度为3，因此发动机点火控制系统采用直列式点火器可以保证使用安全，同时，直列式点火系统安全性受点火器前级的控制线路影响较大，对电源1进行状态监测可以进一步保证发动机安全。
参考文献
[1]黄少波，沈欣，李秋菊.空空导弹发动机点火系统安全性设计[J].航空兵器，2008，1：26-30.
[2]曹锡江，窦汝春，王少龙，等.基于FTA的导弹定量安全评价方法研究[J].战术导弹控制技术，2005，1：81-83.
[3]刘佳佳，谷良贤.FTA法在导弹武器系统分析中的应用[J].计算机仿真，2008，25（3）：21-24.
[4]孙东平，姚奕，马瑞萍.故障树分析法及其在导弹故障近似计算中的应用[J].装备环境工程，2006，3（2）：64-67.
[5]高培旺，马晓青.防空导弹飞行中其安全系统失效的故障树分析[J].弹箭与制导学报，2001，21（1）：59-62.
作者简介：高飞（1985-），女，汉族，吉林公主岭，工程师，硕士研究生，研究方向：安全性技术。
