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2011年 第32卷 第8期    刊出日期：2011-08-31

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论文

压电式喷油器两次喷射间隔时间分析及影响

王军， 张幽彤， 熊庆辉， 丁小亮

2011, 32(8):  913-917.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.001

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为满足柴油机实现主预喷射要求，进行了压电喷油器两次喷射间隔时间的分析和测试研究。简述压电喷油器的组成和工作原理，分析了两次喷射间隔时间的影响因素，讨论了液力延迟时间、电力延迟时间等参数的影响，提出了两次喷射间隔时间的确定原则；结合试验数据分析两次喷射间隔时间的影响，确定了实际的最小喷油间隔时间，两次喷射间隔时间和高压油管压力波动对喷油量的影响作用。为满足柴油机实现主预喷射要求，进行了压电喷油器两次喷射间隔时间的分析和测试研究。简述压电喷油器的组成和工作原理，分析了两次喷射间隔时间的影响因素，讨论了液力延迟时间、电力延迟时间等参数的影响，提出了两次喷射间隔时间的确定原则；结合试验数据分析两次喷射间隔时间的影响，确定了实际的最小喷油间隔时间，两次喷射间隔时间和高压油管压力波动对喷油量的影响作用。

考虑滚压强化作用的铸铁曲轴弯曲疲劳分析

鲍珂， 廖日东， 左正兴

2011, 32(8):  918-925.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.002

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铸铁曲轴广泛采用了圆角滚压强化技术来提高其弯曲疲劳强度，进行疲劳分析时必须考虑滚压引入的残余应力。针对某圆角滚压铸铁曲轴，首先建立了与其对应的滚轮—阶梯轴三维柔—柔接触有限元模型，通过滚轮压入—相对转动—滚轮卸载模拟滚压过程，得到了圆角滚压残余应力；然后进行了试验弯矩作用下的曲轴单拐有限元受力分析得到了圆角的弯曲应力及应变。为了模拟铸铁材料的特性，滚压及弯曲计算均采用了拉压异性的材料模型，但前者选用单调拉、压应力应变曲线，而后者选用循环拉、压应力应变曲线。最后以疲劳试验弯矩作用下弯曲应变幅为基本参数，将滚压残余应力视为平均应力，利用材料应变—寿命曲线进行局部应力应变法疲劳分析，得到了曲轴圆角危险位置的寿命，与试验结果相符。铸铁曲轴广泛采用了圆角滚压强化技术来提高其弯曲疲劳强度，进行疲劳分析时必须考虑滚压引入的残余应力。针对某圆角滚压铸铁曲轴，首先建立了与其对应的滚轮—阶梯轴三维柔—柔接触有限元模型，通过滚轮压入—相对转动—滚轮卸载模拟滚压过程，得到了圆角滚压残余应力；然后进行了试验弯矩作用下的曲轴单拐有限元受力分析得到了圆角的弯曲应力及应变。为了模拟铸铁材料的特性，滚压及弯曲计算均采用了拉压异性的材料模型，但前者选用单调拉、压应力应变曲线，而后者选用循环拉、压应力应变曲线。最后以疲劳试验弯矩作用下弯曲应变幅为基本参数，将滚压残余应力视为平均应力，利用材料应变—寿命曲线进行局部应力应变法疲劳分析，得到了曲轴圆角危险位置的寿命，与试验结果相符。

考虑交叉耦合效应的内置式永磁电机最佳电流相位角

罗宏浩， 王福兴

2011, 32(8):  926-930.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.003

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针对内置式永磁电机铁心饱和以及交叉耦合效应对电机性能影响较大的问题，提出采用BP神经网络拟合电机的最大转矩/电流控制曲线。通过对永磁电机动态方程的分析，指出交叉耦合效应不仅影响电机的动态特性，而且改变了其稳态转矩。传统的解析方法只能通过非线性交、直轴自感引入铁心饱和的影响，而无法考虑两者的交叉耦合效应。构建了用于完成电流幅值与最佳相位角之间非线性映射的BP神经网络，计算仿真结果表明，随着定子电流幅值的增加，传统的解析计算的最佳电流相位角与有限元计算结果的偏差也越大，而神经网络的拟合结果与有限元计算结果的最大误差不到1°.

车辆起步电动离合器控制策略的仿真研究

贺军， 金辉， 陈慧岩

2011, 32(8):  931-938.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.004

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针对某越野车，开发了直流电机驱动的AMT离合器执行机构。建立了发动机模型、离合器模型以及传动系模型。通过对冲击度和滑磨功的分析，在车辆起步离合器慢接合阶段制定了一种基于模糊控制和模糊PID的智能控制策略并建立了其仿真模型，利用Matlab/Simulink对车辆起步离合器接合全过程进行仿真分析，仿真结果表明该控制策略对于驾驶员的不同意图以及离合器负荷的非线性变化具有很好的自适应性。

车辆动力传动系统扭转强迫振动响应灵敏度研究

刘辉, 蔡仲昌, 曹华夏, 项昌乐

2011, 32(8):  939-944.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.005

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本文利用车辆动力传动系统扭转强迫振动集中参数模型，采用直接导数法推导了扭振角位移和轴段附加扭振应力对轴系刚度的灵敏度计算公式，扩展了扭转强迫振动响应的灵敏度分析方法。以某车辆动力传动系统为实例进行灵敏度计算和分析，说明了该方法的可行性，为系统动力学修改和优化设计提供了理论依据。

基于转速分析的装甲车辆发动机失缸判别方法

乔新勇， 刘春华， 谢晓阳， 张小明

2011, 32(8):  945-949.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.006

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为了分析发动机失缸时转速的变化，研究了发动机瞬时转速信号的测取方法，在某型装甲车为了分析发动机失缸时转速的变化，研究了发动机瞬时转速信号的测取方法，在某型装甲车辆上采用断缸法模拟了失缸故障，测取了发动机正常工作、燃烧不良及失缸工况下的瞬时转速信号。对原始转速脉冲信号进行了“0-1”转换，以消除外界噪声干扰。对转速进行了频谱分析，分析了发动机失缸时转速的不规则变化。对转速进行了复杂度分析，提取了K［C］复杂度特征。分析结果表明，通过转速复杂度分析可以对发动机失缸现象进行判别。

泵控缸电液位置伺服系统建模研究

高强， 金勇， 王力， 侯远龙， 季丽君

2011, 32(8):  950-956.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.007

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针对泵控缸电液位置伺服系统存在非线性和时变性，从而难以对其精确建模的问题，研究了该系统机理建模和智能建模的方法。通过实验仿真表明，机理建模精度低、泛化能力差；模糊建模和BP神经网络建模可较好的拟合系统固有的非线性和时变性特性；基于遗传算法的BP神经网络较好的解决了BP神经网络易陷入局部最小的问题，具有建模精度高、泛化能力好的特点。

舰载武器垂直装填机械防摇控制研究

瞿军， 马大为， 刘为

2011, 32(8):  957-962.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.008

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针对舰载垂直装填机械的防摇控制，提出一种分层滑模控制方法，并利用Lyapunov稳定性判据进行了稳定性证明；为消除滑模控制所产生的系统“抖振”，利用模糊调节原理对滑模参数进行调节。仿真结果表明，本文给出的分层模糊滑模防摇控制器具有良好的动态性能，能在保证系统稳定条件下，达到减小摇摆的目的。

弹丸挤进过程的有限元模拟与分析

樊黎霞， 何湘玥

2011, 32(8):  963-969.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.009

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本文针对依靠观察和实验难以解决的弹丸在枪管挤进过程中带有过盈摩擦大变形接触的难题，建立了弹丸挤进枪管的有限元分析模型，运用动态显式算法以及网格自适应技术，通过数值模拟研究了铅芯弹丸的挤进过程，展示了弹丸上膛线压痕的形成过程和材料的流动情况，分析了挤进前后弹头壳和铅芯的变形特征，以及挤进结束后弹丸的残余应力，从而为改进射击精度提供理论参考依据。本文针对依靠观察和实验难以解决的弹丸在枪管挤进过程中带有过盈摩擦大变形接触的难题，建立了弹丸挤进枪管的有限元分析模型，运用动态显式算法以及网格自适应技术，通过数值模拟研究了铅芯弹丸的挤进过程，展示了弹丸上膛线压痕的形成过程和材料的流动情况，分析了挤进前后弹头壳和铅芯的变形特征，以及挤进结束后弹丸的残余应力，从而为改进射击精度提供理论参考依据。

高精度回波飞行时间测量方法及实现

张金， 王伯雄， 崔园园， 柳建楠， 张力新

2011, 32(8):  970-974.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.010

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分析了高精度数字时间间隔测量方法的优缺点，提出一种脉冲计数与相位延迟内插相结合的新型时间测量方法。由脉冲计数法保证大的动态测量范围，并设计双边沿计数器提高脉冲计数法的测时精度，降低计数量化误差。通过n次相位延迟内插将测时分辨率提高到量化误差的1/2n. 在Xilinx Virtex 5平台上实现了参考时钟16次相位延迟内插与脉冲计数相结合的飞行时间测量系统，测试结果表明，基于FPGA的高精度回波飞行时间测量方法得到的测量误差能优于55 ps.

添加相变材料的混凝土路面红外伪装应用研究

贾其， 吕绪良， 荣先辉， 何超， 汤雪峰

2011, 32(8):  975-980.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.011

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混凝土路面具有显著的热红外暴露征候，尚没有行之有效的伪装手段。采用混入高导热材料，涂覆高反射率材料和添加相变微胶囊的方法，改进混凝土的热特性。建立了一维热传递数理模型，模拟了相变混凝土的热行为特性，优化出混凝土路面中的高导热材料和相变材料的最佳配比。实验结果证明了相变混凝土可以有效降低混凝土路面的温度，达到分割目标热图中规则外形的目的，实现了红外热图中混凝土路面与周围植被的较好融合。混凝土路面具有显著的热红外暴露征候，尚没有行之有效的伪装手段。采用混入高导热材料，涂覆高反射率材料和添加相变微胶囊的方法，改进混凝土的热特性。建立了一维热传递数理模型，模拟了相变混凝土的热行为特性，优化出混凝土路面中的高导热材料和相变材料的最佳配比。实验结果证明了相变混凝土可以有效降低混凝土路面的温度，达到分割目标热图中规则外形的目的，实现了红外热图中混凝土路面与周围植被的较好融合。

水下滑翔机纵倾运动的自适应积分反演控制

陈宇航， 严卫生， 高剑， 杜亮

2011, 32(8):  981-985.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.012

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针对浮力驱动式水下滑翔机动力学模型及参数的不确定性，研究了滑翔机纵倾运动跟踪控制问题。首先建立俯仰角与滑块位移的关系，综合应用Lyapunov方法和反演技术设计了非线性自适应跟踪控制器，用自适应机制克服了模型参数的不确定性，在反演镇定函数中引入了积分项，进一步提高了消除稳态跟踪误差的能力，进而将得到的滑块位移作为参考输入，利用反演法设计滑块伺服控制器，使水下滑翔机能够全局渐近跟踪俯仰角参考指令。基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性及跟踪误差的收敛性。仿真结果表明，该方法验证了控制器的全局渐近稳定性及对模型不确定参数的自适应性。针对浮力驱动式水下滑翔机动力学模型及参数的不确定性，研究了滑翔机纵倾运动跟踪控制问题。首先建立俯仰角与滑块位移的关系，综合应用Lyapunov方法和反演技术设计了非线性自适应跟踪控制器，用自适应机制克服了模型参数的不确定性，在反演镇定函数中引入了积分项，进一步提高了消除稳态跟踪误差的能力，进而将得到的滑块位移作为参考输入，利用反演法设计滑块伺服控制器，使水下滑翔机能够全局渐近跟踪俯仰角参考指令。基于Lyapunov理论证明了系统的稳定性及跟踪误差的收敛性。仿真结果表明，该方法验证了控制器的全局渐近稳定性及对模型不确定参数的自适应性。

单矢量水听器的高分辨方位估计应用研究

梁国龙， 张锴， 付进， 张瑶， 李利

2011, 32(8):  986-990.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.013

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为了提高单矢量水听器的目标分辨能力，将 MUSIC算法用于单矢量水听器方位估计。根据单矢量水听器的阵列流型特点，将子空间分解理论应用到单矢量水听器方位估计上，实现了单个矢量水听器的高分辨方位估计。根据应用中出现的问题，对算法进行改进。计算机仿真结果表明，在无需知道信号先验信息条件下，该算法依靠单个矢量水听器便可实现窄带信号和宽带信号的高分辨方位估计，而且在足够高的信噪比条件下，能够达到渐进无偏估计。 湖试数据的处理结果验证了改进算法的有效性。

导弹水下发射筒口气泡特性研究

王亚东， 袁绪龙， 覃东升

2011, 32(8):  991-995.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.014

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潜射导弹通常采用燃气—蒸汽弹射装置发射，弹尾离筒阶段筒口发生强烈的水-气交互作用，形成筒口气泡，该气泡的发展过程对发射平台会造成不利影响。采用CFD软件FLUENT对导弹离筒过程筒口气泡的发展及其对发射平台的影响进行了数值模拟。然后，给出了艇体不同位置压力脉动规律及其受发射深度的影响规律。仿真结果表明，压力监测数据与实验测量结果吻合良好，验证了研究方法的有效性。

捷联惯导系统内水平阻尼网络设计

查峰， 许江宁， 覃方君， 纪兵

2011, 32(8):  996-1001.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.015

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针对捷联惯导系统水平回路的控制系统模型和误差特性，研究系统内水平阻尼网络的设计方法。通过建立单通道水平回路的控制系统模型，分析了系统的稳定性和频率特性。针对幅频特性曲线不同频段表征系统的不同性能，研究了一种基于对数幅频特性曲线的阻尼网络设计方法。通过将系统期望的调节时间、超调量等时域指标转化为频域参数，设计系统期望的开环幅频特性，从而确定捷联惯导系统水平阻尼网络参数。利用本文阻尼网络进行了捷联惯导系统数字仿真和海上试验。仿真条件下系统姿态误差的舒拉周期振荡成分经1~2个舒拉周期后衰减至零，系统位置误差由4 nmile/24 h提高至1.5 nmile/24 h. 系统海上阻尼试验结果表明系统姿态精度提高1个数量级，位置精度提高1倍。与试探法设计的网络相比，本文网络具有一致的稳态性和更小的超调量和调节时间。

单领航者相对位移测量的多自主水下航行器协同导航

李闻白, 刘明雍， 张立川， 刘富樯

2011, 32(8):  1002-1007.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.016

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针对单领航自主水下航行器（AUV）协同导航系统对定位精度和实时性的要求，提出了一种新的基于相对位移量测信息的协同导航方法。通过分析单领航AUV协同导航系统的定位原理和运动学模型，结合相邻采样时刻主、从AUV间相对位置的几何关系及航位推算信息，利用扩展的Kalman滤波（EKF）导航算法实现对从AUV的定位估计。与已有的研究相比，仿真结果表明该算法具有较高的定位精度，且有效提高了定位解算的实时性。

薄壁壳体件装夹变形机理有限元分析与控制

王军， 耿世民， 张辽远， 吕玉山

2011, 32(8):  1008-1013.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.017

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针对薄壁壳体件刚性较差，对表面平面度要求较高，而制造过程中极易产生装夹变形的难题，本文以典型的铝合金航空材料构件为例，采用有限元分析方法，对装夹过程中的薄壁壳体件装夹方案进行了优选，主要模拟了在集中载荷与均布载荷作用下，装夹位置、装夹顺序及加载方式对薄壁壳体零件产生变形的影响，结果表明夹紧力分步施加为较优方案，可以有效控制薄壁壳体零件变形，进而提高平面度。在相同装夹顺序、加载方式下，施加均布载荷优于施加集中载荷，并对均布载荷时采用垫铁的厚度进行了优化。针对薄壁壳体件刚性较差，对表面平面度要求较高，而制造过程中极易产生装夹变形的难题，本文以典型的铝合金航空材料构件为例，采用有限元分析方法，对装夹过程中的薄壁壳体件装夹方案进行了优选，主要模拟了在集中载荷与均布载荷作用下，装夹位置、装夹顺序及加载方式对薄壁壳体零件产生变形的影响，结果表明夹紧力分步施加为较优方案，可以有效控制薄壁壳体零件变形，进而提高平面度。在相同装夹顺序、加载方式下，施加均布载荷优于施加集中载荷，并对均布载荷时采用垫铁的厚度进行了优化。

研究简报

坦克全电式炮控系统低速分析和控制

朱志昆， 马晓军， 李长兵， 李年裕

2011, 32(8):  1014-1018.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.018

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针对坦克全电式炮控系统中存在的非线性摩擦力矩，采用状态变量法和分段线性法分析了其对坦克全电式炮控系统低速性能的影响。结合分析结果，设计了负载观测器，对系统的负载变化进行观测计算，并将观测值引入电流调节器，以补偿由于负载变化对系统造成的影响。仿真和实验表明采用负载观测器能有效减少“爬行”现象，提高系统的低速平稳性能。为改善坦克全电式炮控系统低速性能提供一种可行的设计方案。针对坦克全电式炮控系统中存在的非线性摩擦力矩，采用状态变量法和分段线性法分析了其对坦克全电式炮控系统低速性能的影响。结合分析结果，设计了负载观测器，对系统的负载变化进行观测计算，并将观测值引入电流调节器，以补偿由于负载变化对系统造成的影响。仿真和实验表明采用负载观测器能有效减少“爬行”现象，提高系统的低速平稳性能。为改善坦克全电式炮控系统低速性能提供一种可行的设计方案。

陀螺稳定平台的滑膜变结构控制实验研究

姚兆， 刘杰， 李允公， 衣英刚， 高飞

2011, 32(8):  1019-1024.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.019

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针对高精度陀螺稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求，设计了以挠性陀螺为惯性传感器的双轴陀螺稳定平台。介绍了该平台的结构，分析了影响平台稳定精度的因素，并针对速率陀螺反馈加传统PID控制不能实现稳定角度无静差的问题，尝试了一种滑膜变结构控制策略。试验结果表明，采用滑膜变结构控制方法后，陀螺稳定平台精度可提高50%以上。 针对高精度陀螺稳定平台快速隔离扰动、稳定视轴的要求，设计了以挠性陀螺为惯性传感器的双轴陀螺稳定平台。介绍了该平台的结构，分析了影响平台稳定精度的因素，并针对速率陀螺反馈加传统PID控制不能实现稳定角度无静差的问题，尝试了一种滑膜变结构控制策略。试验结果表明，采用滑膜变结构控制方法后，陀螺稳定平台精度可提高50%以上。

蓄能式液压发射装置设计与分析

程广涛， 张振山， 胡坤， 孔岩峰

2011, 32(8):  1025-1029.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.020

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为了控制传统往复泵式武器发射装置发射武器时产生的剧烈喷注噪声，基于空气弹簧理论，提出了蓄能式液压平衡发射装置的设计方案。设计方案采用高压气体作为能量存储媒介，易于工程实现。基于水压平衡式发射模块的数学模型，建立了蓄能式发射装置发射武器的内弹道模型，并开展了仿真计算。仿真表明改进发射装置可以顺利完成武器发射任务，发射时间、武器出管速度等参数指标都符合正常武器发射的要求。该发射装置成功实现了低噪声发射并消除了传统发射装置发射武器带来的舱室增压及附带噪声的产生，对蓄能式武器发射装置设计研究及复泵式发射装置升级改造有重要参考意义。

基于分数阶傅里叶变换水下目标距离及速度的联合估计

马艳， 罗美玲

2011, 32(8):  1030-1035.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.021

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针对分数阶傅里叶变换（FRFT）在主动探测系统中应用问题，本文研究了基于FRFT的水下目标距离和速度的联合估计方法及其敏感性能。给出了线性调频信号的FRFT，揭示了真实信号参数与离散计算时归一化参数之间的关系，推导了脉冲信号的FRFT。在此基础上提出并推导了基于FRFT的目标距离/速度与回波信号FRFT的峰值所在位置的密切关系，最后用仿真数据和水池实测数据验证了该方法利用一个脉冲就可同时有效估计目标的距离和径向速度，并讨论了估计参数的敏感性。

定时截尾试验中故障数为零装备的平均无故障间隔时间评估方法研究

郭荣化, 吴玉生, 陈庆荣

2011, 32(8):  1036-1040.  doi:10.3969/j.issn.1000-1093.2011.08.022

摘要 ( )   PDF (937KB) ( )  

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随着武器装备设计和工艺水平不断提高，在定时截尾可靠性试验中，出现零个关联故障的概率也在逐渐地提高，统计学家对无失效情况进行了很多研究，这些方法理论性较强，侧重于在无失效情况下的数学推导和理论证明，实际实施难度大。本文依据GJB899可靠性定时截尾试验设计方法，基于小概率原理推导出无故障情况下平均无故障间隔时间(MTBF)的验证值确定方法，给出了估计值计算方案，并对各方案的工程背景进行了详细阐述，该估计方法计算简单，具备很强的操作性和工程应用价值，有效地弥补了依据GJB899中公式无法确定MTBF验证值的不足。随着武器装备设计和工艺水平不断提高，在定时截尾可靠性试验中，出现零个关联故障的概率也在逐渐地提高，统计学家对无失效情况进行了很多研究，这些方法理论性较强，侧重于在无失效情况下的数学推导和理论证明，实际实施难度大。本文依据GJB899可靠性定时截尾试验设计方法，基于小概率原理推导出无故障情况下平均无故障间隔时间(MTBF)的验证值确定方法，给出了估计值计算方案，并对各方案的工程背景进行了详细阐述，该估计方法计算简单，具备很强的操作性和工程应用价值，有效地弥补了依据GJB899中公式无法确定MTBF验证值的不足。