航空电子系统的可靠性分析

发表时间：2017-01-10T10:00:47.060Z 来源：《探索科学》2016年8期 作者： 高永明

[导读] 本文主要阐述了提高航电系统可靠性的常用方法，并对改装后某个航电系统的任务可靠性进行了分析论证。深圳航空有限责任公司 518000

摘要：随着科学技术的不断发展，飞机航电系统的改装将越来越多。在保证系统功能的前提下，如何提高改装后的航空电子系统的可靠性，就显得尤为重要。本文主要阐述了提高航电系统可靠性的常用方法，并对改装后某个航电系统的任务可靠性进行了分析论证。关键词：航空电子系统；可靠性；MTBF

1引言

随着信息科技及电子技术的飞跃发展，如今，飞机系统设计重点已经从飞机机体设计转变到电子设计上。为提高飞机的飞行安全和军用飞机的综合作战能力，针对飞机航电系统的改装将会越来越多。航空电子系统是一个整体，任何一个分系统或设备失效，将会影响整个航空电子系统的功能。因此，对改装后的航空电子系统进行可靠性分析，就显得尤为重要。 2系统可靠性分析与设计方法 2.1系统网络构型的选择

依据自上而下的系统设计原则，改装航空电子系统时，先应确定航空电子设备的系统构型，选择一个合适的系统拓扑结构。航电系统结构大致分为6种，即点对点型、环型、星型、主总线型、共享存储器型、多级总线型，见图1所示。根据接口模块性、可扩展性、故障的容错特性、复杂性和通讯阻塞瓶颈等6个指标，比较6种结构，见表l所示。

由表1可见，总线型的拓扑形式综合性能优良，容错性和扩展性良好，更适于飞机或航空电子设备改进或更型。 2.2容错与可靠性

航空电子综合系统需要较高的可靠性，在一定时间范围内不允许系统失效，或者要使失效概率低至忽略不计的程度。提高系统可靠性冗余度技术，整体可分为如下几种：

（1）硬件冗余——通过给系统增添硬件设备来求得系统的容错能力。

（2）软件冗余——通过给系统增添用于系统错误管理的程序来求得系统的容错能力。 （3）事件冗余——以时间为代价来求得系统的容错能力。

（4）信息冗余——在系统内增添一些提高系统可靠性所需要的信息。

硬件冗余又分成静态冗余和动态冗余两种。静态冗余是指采用串并配置以及2N+1模冗余等逻辑重迭技术，在部件出故障后不必对故障部件进行诊断、隔离、修复，就能实现容错运行，在对付瞬时性故障方面很有效。其缺点是代价较大，体积重量大。硬件冗余技术中的第2种是动态冗余，包括故障检出、故障隔离及系统恢复3部分。其优点是硬件利用率较高，但诊断、定位、恢复过程较慢，如不与其他冗余技术配合使用，较难消除瞬时性故障的影响。 3典型系统的可靠性分析 3.1串联系统

一个系统划分为N个模块，仅当所有的模块都正常工作时，整个系统才能正常工作，故称此系统为N个模块的串联系统。对应的系统可靠性数学模型和平均无故障时间见式（1）和式（2）。

比较式（5）和（6）可以看到R2总比R1大，所以，从提高可靠性看，备份的模块备份结构应尽量在较低的级别上采用。但是，在并联备份系统之中，需要增加许多切换电路，因此，连接的复杂性模块备份冗余结构需要的切换电路比较多，切换电路的可靠性对系统的可靠性有重大影响，因此，冗余级又不宜过低。 4某型机航电系统改装后的任务可靠性分析 4.1规定系统的性能参数及容许界限

发射电压（27士3）V、电流（3士0.3）A。 4.2确定构成任务的失败条件

未能完成某型武器的完整发射流程，测试仪或武器报故。 4.3建立任务可靠性框图

因机载设备由相应的成品厂家研发生产，进行可靠性分析时，以单台设备为基本单元，根据改装后的系统拓扑结构图和武器发射的流程，建立任务可靠性框图。 4.4建立可靠性数学模型

根据任务可靠性框图和串联、并联的关系，得出可靠性数学模型如下：

从表2可知，评分法应用较灵活，适用性强，故选用评分法进行可靠性分配。分配因素及评分规则如下。 （1）复杂程度：对结构、功能、装配而言，简单1-复杂10a （2）技术水平：对设计方法而言，先进1-最低10a

（3）工作时间：在任务时间内，工作时间最短1-最长10a （4）环境：对承受的环境条件而言，最好1-严酷10a 分配过程及结果见表3所示。 4.6可靠性计算

根据分配给各个航空电子设备的可靠度，可以根据公式算出每台设备的平均无故障时间，与各成品厂平均无故障时间进行对比。结合表4可见，改装后系统完成某型武器的发射控制任务的可靠度符合预期要求。

5结语

综上所述，对飞机尤其是军用飞机来说，航空电子系统的可靠性非常关键，直接决定着装备的战备完好性和飞行安全。工业部门和科研院所应不断探索和创新可靠性工程的技术体系与管理体系，形成科学的可靠性设计、分析、试验和评价标准和规范，从而进一步提高航空电子的可靠性。参考文献

[1]张红.新一代综合航电系统的发展趋势[J].航空精密制造技术，2016，02：1-4.

[2]王鹏，刘锐，刘万和，阎芳.综合模块化航空电子系统可靠性评估方法研究[J].电光与控制，2015，10：56-61.