CN103674515B - 一种判别分离螺母可靠性的试验方法 - Google Patents

Abstract

一种判别分离螺母可靠性的试验方法，步骤为：（1）对分离螺母所采用的点火器进行不小于30次定容测压试验，记录每次定容测压试验时的燃气峰值压力，由此计算得到分离螺母所采用的点火器的燃气峰值压力散差σ_VL/μ_VL；（2）进行不小于30次分离螺母设计安装预紧力矩状态下的冷气分离试验，记录每次冷气分离试验时分离螺母解锁瞬间的冷气气压值，由此计算得到分离螺母临界解锁气压散差σ_VS/μ_VS；（3）根据步骤（1）和步骤（2）的结果，计算分离螺母分离性能分布的变差系数，并由此确定用于发火试验的样本数量N；（4）利用分离螺母所采用的点火器进行80%设计药量的发火试验，若全部正常实现分离螺母的解锁分离，则判断分离螺母的可靠性满足设计指标要求。

Description

一种判别分离螺母可靠性的试验方法

技术领域

本发明属于火工品技术领域，涉及一种判别航天用分离螺母可靠性的试验方法。

背景技术

分离螺母由于其冲量小的特点，已经广泛应用于飞行器和运载器之间的连接分离，通常与相应的螺栓和捕获器组合即可实现连接和分离功能。

分离螺母的分离功能是整个航天产品的重要单点失效环节，在设计上要求有非常高的分离可靠性，一般要求置信度为0.95时，可靠度不小于0.9999。然而，分离螺母的分离试验为成败型试验，按照现有以二项分布为基础的计数数据评估可靠度，若要达到设计的可靠性指标，所需的试验子样量会很大，难以实现。且由于设计状态下通常有较大的装药裕度，重复进行设计状态的成败型试验难以暴露分离薄弱环节，不利于指导产品可靠性设计。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种判别分离螺母可靠性的试验方法，利用较少的试验样本数量即可得到待检验分离螺母的合理的可靠度分析结果，有效指导分离螺母的可靠性设计。

本发明的技术解决方案是：一种判别分离螺母可靠性的试验方法，步骤如下：

（1）对分离螺母所采用的点火器进行M次定容测压试验，M不小于30，每次定容测压试验所采用的测压容腔的容积均与分离螺母的解锁容腔容积相同，记录每次定容测压试验时的燃气峰值压力，由此计算得到分离螺母所采用的点火器的燃气峰值压力散差σ_VL/μ_VL，其中μ_VL为M个燃气峰值压力的均值，σ_VL为M个燃气峰值压力的标准偏差；

（2）进行M次分离螺母设计安装预紧力矩状态下的冷气分离试验，记录每次冷气分离试验时分离螺母解锁瞬间的冷气气压值，由此计算得到分离螺母临界解锁气压散差σ_VS/μ_VS，其中μ_VS为M个分离螺母解锁瞬间的冷气气压值的均值，σ_VS为M个分离螺母解锁瞬间的冷气气压值的标准偏差；

（3）根据步骤（1）和步骤（2）的结果，计算分离螺母分离性能分布的变差系数 $C_V=\sqrt{{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{VS}}/{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{VS}})}^2+{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{VL}}/{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{VL}})}^2};$

（4）利用步骤（3）的结果，确定用于发火试验的样本数量N，

$N=\frac{\ln (1-\mathrm{\γ})}{\ln \left[\mathrm{\Φ}({0.8\mathrm{\Φ}}^{-1}\left(R\right)-\frac{0.2}{C_v})\right]}$

其中γ为置信度，R为可靠度，Φ为标准正态分布函数，Φ^-1为标准正态分布函数的逆函数；

（5）利用分离螺母所采用的点火器进行80%设计药量的发火试验，若全部正常实现分离螺母的解锁分离，则判断分离螺母的可靠性满足设计指标要求；若出现部分分离螺母的解锁分离异常，则判断分离螺母的可靠性不满足设计指标要求。

本发明与现有技术相比的优点在于：

1）本发明方法中，分离性能变差系数的计算是基于点火器输出燃气压力散差和分离螺母临界解锁气压散差试验数据，即结合了解锁动力散差和解锁阻力散差，且在计算中能辨识出两项散差的占比，提高了分离性能变差系数的精确程度，为可靠性度量提供了较为可靠的依据；

2）本发明方法中，对点火器输出燃气压力散差测定试验和分离螺母临界解锁气压测定试验的试验过程进行了具体、明确的说明，并给出了每一项试验的样本量，能有效提高试验的可靠性和准确性；

3）本发明方法中，依据相关标准，最后的发火试验明确为单点火器80%装药量的发火试验，可有效控制发火试验子样数，利用较少的试验样本数量即可得到待检验分离螺母的合理的可靠度分析结果。

附图说明

图1为本发明方法的流程框图。

具体实施方式

分离螺母的功能原理为在点火器燃气压力作用下，克服自身解锁运动阻力，实现解锁分离。因此，影响分离螺母的关键参数包括：①外界点火器的输出燃气压力散差；②分离螺母自身解锁运动阻力散差；③点火器装药量大小。其中第③项点火器装药量直接决定外界驱动力大小，为可靠性特征参量。

根据可靠性关键参数和特征参量，以最大熵原理为理论基础，制定分离螺母可靠性评估试验的流程，如图1所示，试验流程中各步骤的具体实施方法和要求如下：

a）测定点火器定容燃气压力数据并计算压力散差

进行分离螺母采用的点火器定容测压试验，测压容腔的容积应与分离螺母的解锁容腔容积相同，记录每发试验的燃气峰值压力数据，样本量不少于30发。根据燃气压力峰值数据，计算点火器燃气峰值压力散差σ_VL/μ_VL，其中μ_VL为燃气压力峰值统计数据的均值，σ_VL为燃气压力峰值统计数据的标准偏差。

b）测定分离螺母冷气临界解锁气压数据并计算解锁气压散差

进行分离螺母设计安装预紧力矩状态下的冷气分离试验，试验中逐渐增大压力直到分离螺母解锁，记录解锁瞬间的气压值，样本量不少于30发。根据临界解锁气压值，计算分离螺母临界解锁气压散差σ_VS/μ_VS，其中μ_VS为临界解锁气压值统计数据的均值，σ_VS为临界解锁气压值统计数据的标准偏差。

c）计算分离螺母分离性能分布的变差系数

按照公式（1）计算分离螺母分离性能分布的变差系数CV。

$C_V=\sqrt{{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{VS}}/{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{VS}})}^2+{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{VL}}/{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{VL}})}^2};---\left(1\right)$

d）计算发火试验样本数量N

按照公式（2）计算发火试验的样本数量N，按照GJB1307A-2003的要求，火工装置应满足单点火器不大于80%设计药量下可靠分离，因此，发火药量取80%设计药量。

$N=\frac{\ln (1-\mathrm{\γ})}{\ln \left[\mathrm{\Φ}({0.8\mathrm{\Φ}}^{-1}\left(R\right)-\frac{0.2}{C_v})\right]}---\left(2\right)$

其中，γ为置信度，R为可靠度，Φ为标准正态分布函数，Φ^-1为标准正态分布函数的逆函数。

e）N发80%设计药量发火试验

进行N发单点火器80%设计药量的发火试验，若全部正常实现解锁分离功能，则表明分离螺母的可靠性满足设计指标要求。若出现分离异常，则应在纠正缺陷或改进设计后重新进行产品鉴定后再开展可靠性评估试验。

实施例

某分离螺母设计要求的可靠性指标为置信度0.95，可靠度不小于0.9999。该分离螺母的可靠性评估试验实例：

a）测定点火器定容燃气压力数据并计算压力散差

采用30发隔板点火器，进行点火器定容测压试验，测压容腔的容积为分离螺母的解锁容腔容积3.93ml，计算得到压力散差系数σ_VL/μ_VL=0.07。

b）测定分离螺母冷气临界解锁气压数据并计算解锁气压散差

采用30发低冲击分离螺母，进行54N.m安装预紧力矩下的临界气动解锁试验。根据临界解锁气压值，计算分离螺母临界解锁气压散差σ_VS/μ_VS=0.05。

c）计算分离螺母分离性能分布的变差系数

计算分离螺母分离性能分布的变差系数C_V，

$C_V=\sqrt{{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{VS}}/{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{VS}})}^2+{({\mathrm{\σ}}_{\mathrm{VL}}/{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{VL}})}^2}=0.086$

d）计算发火试验样本数量N

计算80%设计药量下发火试验的样本数量N，计算结果小数点后的位数按照进一法舍去。

$N=\frac{\ln (1-\mathrm{\γ})}{\ln \left[\mathrm{\Φ}({0.8\mathrm{\Φ}}^{-1}\left(R\right)-\frac{0.2}{C_v})\right]}=\frac{\ln (1-095)}{\ln \left[\mathrm{\Φ}({0.8\mathrm{\Φ}}^{-1}\left(0.9999\right)-\frac{0.2}{0.086})\right]}=11$

e）N发80%设计药量发火试验

进行N=11发单点火器80%设计药量的分离螺母发火试验，该分离装置全部正常实现解锁分离功能，表明分离螺母的可靠性满足设计指标要求。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (1)

1.一种判别分离螺母可靠性的试验方法，其特征在于步骤如下：

(1)对分离螺母所采用的点火器进行M次定容测压试验，M不小于30，每次定容测压试验所采用的测压容腔的容积均与分离螺母的解锁容腔容积相同，记录每次定容测压试验时的燃气峰值压力，由此计算得到分离螺母所采用的点火器的燃气峰值压力散差σ_VL/μ_VL，其中μ_VL为M个燃气峰值压力的均值，σ_VL为M个燃气峰值压力的标准偏差；

(2)进行M次分离螺母设计安装预紧力矩状态下的冷气分离试验，记录每次冷气分离试验时分离螺母解锁瞬间的冷气气压值，由此计算得到分离螺母临界解锁气压散差σ_VS/μ_VS，其中μ_VS为M个分离螺母解锁瞬间的冷气气压值的均值，σ_VS为M个分离螺母解锁瞬间的冷气气压值的标准偏差；

(3)根据步骤(1)和步骤(2)的结果，计算分离螺母分离性能分布的变差系数 $C_V=\sqrt{{({\mathrm{\σ}}_{VS}/{\mathrm{\μ}}_{VS})}^2+{({\mathrm{\σ}}_{VL}/{\mathrm{\μ}}_{VL})}^2};$

(4)利用步骤(3)的结果，确定用于发火试验的样本数量N，

$N=\frac{ln(1-\mathrm{\γ})}{ln\[\mathrm{\Φ}\left(0.8{\mathrm{\Φ}}^{-1}\right(R)-\frac{0.2}{C_V})\]}$

其中γ为置信度，R为可靠度，Φ为标准正态分布函数，Φ^-1为标准正态分布函数的逆函数；

(5)利用分离螺母所采用的点火器进行样本数量为N的80％设计药量的发火试验，若全部正常实现分离螺母的解锁分离，则判断分离螺母的可靠性满足设计指标要求；若出现部分分离螺母的解锁分离异常，则判断分离螺母的可靠性不满足设计指标要求。