CN104200116A - 一种压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，包括对压紧释放机构任务剖面分析，得出可靠度计算模型；确定压紧释放机构的释放特征量，将释放驱动力和释放阻力分别作为广义强度特征量和广义应力特征量；根据在轨高低温环境对被压紧产品的热变形仿真分析，得到不同位置处的压紧释放机构释放时的受载情况；将分析结果作为可靠性试验方案的输入条件，在地面常温条件下测得在轨温度变化时的释放可靠度，并计算特征量数据样本；根据特征量小样本分析并计算压紧释放机构可靠度；根据特征量小样本数据，结合蒙特卡罗法对压紧释放机构计算可靠度精确度进行评估。本发明完成了基于小样本数据的释放可靠度评估，降低因高低温条件试验带来的成本。

Description

一种压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法

技术领域

本发明涉及卫星机构领域，尤其涉及一种航天领域空间飞行器上使用的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法。

背景技术

卫星或其他航天飞行器根据任务需求或由于一些约束条件的限制往往需要完成一些压紧释放的动作，如母体和子体、个体和主体之间的在轨分离等，这类动作的完成都是通过复杂的机构系统来实现的，机构系统不仅要保证航天器在地面及飞行过程中为目标载荷提供可靠的约束条件，同时还要保证航天器入轨后能够安全可靠的将目标载荷分离。

压紧和释放是这类机构系统中最主要的两个功能，同时也是最关键的两个受力作用环节。压紧就是指航天器在地面或发射过程中将目标载荷约束在指定的位置上并间接保证其所处的力学环境，由于航天器在地面或发射过程中的力学环境非常复杂、同时目标载荷对工作环境的要求较为苛刻，这就给压紧机构工作的可靠性提出了较高的要求，导致压紧机构系统组成复杂；释放就是指航天器在进入预定轨道后将压紧机构提供给目标载荷的约束减除，完成目标载荷与航天器母体的分离或局部分开，释放机构一般都是先通过火工装置对压紧机构进行解锁，然后释放机构开始动作将目标载荷分离，由于航天器在地面和飞行过程中经受了各种各样的力学环境，这就同样给释放机构工作的可靠性提出了很高的要求，从而也导致了释放机构系统的组成较为复杂。

压紧释放机构广泛应用于航天器上天线、帆板等产品的压紧和释放，一般压紧释放机构是影响航天器成败的单点失效环节，要求要有很高的可靠度，其在轨释放主要受高低温环境的影响，目前实现准确的可靠度评估较为困难。

因此，有必要提出一种成本较低，并能够实现准确评估的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法。

发明内容

为了克服现有技术的缺陷，本发明旨在提供一种能够解决传统评估方法需要大样本量、成本过高，且未能考虑空间高低温环境问题的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，从而能够计算得出压紧释放机构在轨释放可靠度，具体的，该方法包括如下步骤：

S1：对压紧释放机构任务剖面分析，根据广义强度应力法对释放可靠度建模并得出可靠度计算模型；

S2：确定压紧释放机构的释放特征量，其中，释放驱动力作为广义强度特征量，释放阻力作为广义应力特征量；

S3：根据在轨高低温环境对被压紧产品的热变形进行仿真分析，进而得到不同位置处的压紧释放机构释放时的受载情况；

S4：将步骤S3分析结果作为可靠性试验方案的输入条件，在地面常温条件下测得在轨温度变化时的释放可靠度，并计算特征量数据样本；

S5：根据特征量小样本进行分析，计算压紧释放机构可靠度；

S6：根据特征量小样本数据，结合蒙特卡罗法对压紧释放机构计算可靠度精确度进行评估。

较佳地，所述步骤S2进一步包括：确定将决定压紧释放机构能否释放以及同时可通过试验方法测量的因素作为特征量。

较佳地，所述步骤S3进一步包括：根据不同安装位置的压紧释放机构温度情况对被压紧产品的热变形进行仿真分析，进而得到压紧释放机构的受载情况。

较佳地，所述步骤S4进一步包括：在地面常温试验中，将模拟分析得出的变形量或额外载荷均加载至所述压紧释放机构上，并同时实测广义应力特征量和广义强度特征量，且根据至少两组所述广义应力特征量和所述广义强度特征量得到两组小样本，小样本数目一般不少于10个。

较佳地，所述步骤S5进一步包括：针对所述两组小样本进行分析，得到两组小样本的分布情况，并根据所述步骤S1选取的可靠度模型进行可靠度计算。

较佳地，所述步骤S6进一步包括：将所述步骤S5分析计算的可靠度进行蒙特卡罗仿真，模拟出大样本量的广义应力特征量及广义强度特征量；并对广义应力特征量和广义强度特征量进行计算，完成压紧释放机构在轨释放可靠度计算值的精确度评估。

较佳地，所述被压产品包括SAR天线、帆板或其他航天器的可展开机构。

较佳地，所述变形量或额外载荷的常温地面试验通过拉力机或其他能精确地(且精度优于1N量级)对所述压紧释放机构施加载荷量或位移量的专用试验平台实现。

较佳地，所述可靠度评估值的置信度的计算方法为：根据蒙特卡罗方法中的样本量N、给定置信度γ，且在可靠度的分布密度函数中，该(1-γ)^N的整数部分对应的可靠度即为给定置信度γ下的可靠度下限值。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法可实现压紧释放机构在轨释放可靠度的评估，且在评估过程中，通过考虑了在轨的高低温环境等因素，将可靠度评估引入了在轨的高低温环境，使得对压紧释放机构在轨释放可靠度的评估结果更符合压紧释放机构的实际情况。

2、本发明的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，通过结合仿真分析及试验的方法，在地面常温条件下实现了压紧释放机构在轨不同温度条件下的释放可靠度评估，有效降低了应模拟高低温环境而带来的试验成本。

3、本发明的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，可产生压紧释放机构释放时特征量可能发生的情况的大样本数据，从而对压紧释放机构释放可靠度能够进行直观的评估，使得得出的可靠度评估更加精确。

附图说明

图1为本发明压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法的流程图；

图2为本发明压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法实施的可靠性系数的分布情况示意图；

图3为本发明压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法实施计算得出的可靠度的分布情况示意图。

具体实施方式：

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可能放大或缩小了相对尺寸。

现参考图1至图3详细描述根据本发明实施的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，如图1所示，该压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，需要的顶层输入包括压紧释放机构的特性、被压紧产品、在轨温度条件等，其中，根据被压紧产品和在轨温度条件结合，可以分析得出被压紧产品的热变形分布情况；如图2所示可知，根据热变形分析情况再确定各个不同位置处的压紧释放机构的变形量或额外载荷作为参数Ι，并将该参数Ι作为地面试验的输入。

在具体实施过程中，该压紧释放机构通过压紧释放机构的特性分析，确定影响压紧释放机构的驱动机构释放的广义应力特征量和阻碍机构释放的广义强度特征量，在轨工作时，该广义应力特征量和广义强度特征量由于被压紧产品的变形而发生变化，根据特征量变形分析该参数Ι，并将其通过拉力机或其他地面试验装置精确的施加至压紧释放机构上，在此状态下实测广义应力特征量和广义强度特征量的值，从而得出两组小样本分布，且样本数应各不少于10个，从而便于对其样本进行分析处理，得到可靠度预估值。而且，通过对小样本分析得出其对应的广义应力特征量和广义强度特征量的分布情况，结合蒙特卡罗法，对压紧释放机构进行可靠度预估值的精确度进行评估。其中，通过蒙特卡罗仿真分别产生的样本量为1000-10000之间，从而根据特征量的实际情况进行确定，并计算出可靠性系统的分布情况(如图2所示)，且在可靠性系统确定后，可直接得出压紧释放机构释放可靠度的评估值分布情况(如图3所示)。

具体的，参考图1，在实施压紧释放机构在轨释放可靠度的评估时，该压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法包括如下步骤：

S1：对压紧释放机构任务剖面分析，根据广义强度应力法对释放可靠度建模并得出释放可靠度模型，该广义强度应力法为广泛应用于机械产品的广义强度应力法；具体的，对影响压紧释放机构的释放可靠度的影响因素(压紧释放机构特性)进行分析，并根据分析结果确定释放可靠度模型；

S2：确定压紧释放机构的释放特征量，并选用压紧释放机构特征量分布模型，其中，将释放驱动力作为广义强度特征量，释放阻力作为广义应力特征量；具体的，根据决定压紧释放机构能否释放以及可通过实验方法测量的因素作为特征量；

S3：根据在轨高低温环境对被压紧产品的热变形进行仿真分析，进而得到高低温环境下不同位置处压紧释放机构释放时的受载情况，并将结果带入可靠性试验方案；具体的，根据在轨高低温环境对被压紧产品的热变形进行分析，并根据压紧释放机构在被压紧产品的安装位置将仿真机构转化为在各个不同位置压紧释放机构的变形量或受载情况；

S4：根据压紧释放机构的释放特征量，进行特征量样本数据采集；具体的，在地面常温试验时，将步骤S3中模拟分析得出的变形量或额外载荷均加载至压紧释放机构上，并实测采集释放特征量，该释放特征量包括广义应力特征量和广义强度特征量，且根据该广义应力特征量和广义强度特征量得出两组小样本，该小样本的数目不少于10个，一般为10-20个之间；

S5：针对小样本进行分析，并对试验数据进行处理和计算压紧释放机构可靠度；具体的，通过对步骤S4中广义应力特征量和广义强度特征量对应的两组小样本进行分析，得到该两组小样本的样本分析情况，并根据步骤S1中确定的可靠度模型进行可靠度预估值计算；

S6：根据特征量小样本进行分析，结合蒙特卡罗法对压紧释放机构可靠度进行可靠度预估值的精确度评估；具体的，将步骤S5中分析计算的可靠度进行蒙特卡罗仿真，模拟出大样本量的广义应力特征量和广义强度特征量，并对该广义应力特征量和广义强度特征量进行计算分析，并与可靠度预估值进行对比，完成压紧释放机构在轨释放可靠度预估值精确度评估。

其中，在具体实施过程中，该广义应力特征量和广义强度特征量均为压紧释放机构的释放特征量，且该广义应力特征量为释放驱动力，该广义强度特征量为释放阻力，从而仅从两个特征量中得出比较小的样本进行分析，减少试验成本。而该被压产品可以为SAR天线、帆板或其他航天器的可展开机构；而且，根据压紧释放机构在被压紧产品的安装位置将仿真结果转化为在各个不同位置压紧释放机构的变形量或额外载荷；具体的，该变形量或额外载荷的常温地面试验模拟一般通过拉力机或其他能够精准地对压紧释放机构施加载荷量或位移量的专用试验平台实现，且该试验平台的精度优于1N量级。

而且，在具体实施过程中，该广义应力特征量和广义强度特征量一般均为正态分布；其中，通过蒙特卡罗法对该广义应力特征量和广义强度特征量进行计算时需要计算出可靠度系数，根据可靠度系数直接得出压紧释放机构释放可靠度评估值分布。另外，该可靠度评估值的置信度的计算方法为：根据蒙特卡罗仿真中的样本量和给定置信度，在可靠度分布密度函数中计算得出；具体的，如果该蒙特卡罗仿真中的样本量为N，给定置信度为γ，在可靠度的分布密度函数中，求得(1-γ)^N的整数部分对应的可靠度，即为给定置信度γ下的可靠度下限值，从而完成该压紧释放机构在轨释放可靠度的评估。

本发明提供的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，通过对压紧释放机构特征以及在轨温度条件和被压紧产品结合的分析，从而选定两个特征量进行特征量实测分析，进行小样本分析和处理，进行可靠度评估；不仅实现了压紧释放机构在轨释放可靠度的评估，使评估结果更符合压紧释放机构的实际情况，而且，通过该压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，使得需要试验测量的数据量数据变小，从而对小样本的数据进行分析，有效降低了试验成本，也提高了可靠度评估的准确性。

另外，在本发明提供的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法中，对在轨释放可靠度的评估并不仅限于本实施例提出的高低温因素对被压产品的影响，还可以结合其他如振动、真空等其他因素进行评估；而且，在实施过程中，对压紧释放机构释放特征量的采集并不限于本实施例提出的释放驱动力和释放阻力的特征量，还可以通过其他特征量进行采集，从而实现小样本采集，降低试验成本。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变形而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变形属于本发明权利要求及其等同技术的范围内，则本发明也意图包含这些改动在内。

Claims (9)

1.一种压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：对压紧释放机构任务剖面分析，根据广义强度应力法对释放可靠度建模并得出可靠度计算模型；

S2：确定压紧释放机构的释放特征量，其中，释放驱动力作为广义强度特征量，释放阻力作为广义应力特征量；

S3：根据在轨高低温环境对被压紧产品的热变形进行仿真分析，进而得到不同位置处的压紧释放机构释放时的受载情况；

S4：将步骤S3分析结果作为可靠性试验方案的输入条件，在地面常温条件下测得在轨温度变化时的释放可靠度，并计算特征量数据样本；

S5：根据特征量小样本进行分析，计算压紧释放机构可靠度；

S6：根据特征量小样本数据，结合蒙特卡罗法对压紧释放机构计算可靠度精确度进行评估。

2.根据权利要求1所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：确定将决定压紧释放机构能否释放以及可通过试验方法测量的因素作为特征量。

3.根据权利要求1所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述步骤S3进一步包括：根据不同安装位置的压紧释放机构温度情况对被压紧产品的热变形进行仿真分析，进而得到压紧释放机构的受载情况。

4.根据权利要求1所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述步骤S4进一步包括：在地面常温试验中，将模拟分析得出的变形量或额外载荷均加载至所述压紧释放机构上，并同时实测广义应力特征量和广义强度特征量，且根据所述广义应力特征量和所述广义强度特征量得到两组小样本，小样本数目不少于10个。

5.根据权利要求4所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述步骤S5进一步包括：针对所述两组小样本进行分析，得到两组小样本的分布情况，并根据所述步骤S1选取的可靠度模型进行可靠度计算。

6.根据权利要求5所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述步骤S6进一步包括：将所述步骤S5分析计算的可靠度进行蒙特卡罗仿真，模拟出大样本量的广义应力特征量及广义强度特征量；并对广义应力特征量和广义强度特征量进行计算，完成压紧释放机构在轨释放可靠度计算值的精确度评估。

7.根据权利要求6所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述被压产品包括SAR天线、帆板或其他航天器的可展开机构。

8.根据权利要求4所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述变形量或额外载荷的常温地面试验通过拉力机或其他能精确地对所述压紧释放机构施加载荷量或位移量的专用试验平台实现。

9.根据权利要求6所述的压紧释放机构在轨释放可靠度的评估方法，其特征在于，所述可靠度评估值的置信度的计算方法为：根据蒙特卡罗方法中的样本量N、给定置信度γ，且在可靠度的分布密度函数中，该(1-γ)^N的整数部分对应的可靠度即为给定置信度γ下的可靠度下限值。