CN108956123A - 确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法 - Google Patents

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Abstract

一种确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法，采用线性累积损伤理论建立了飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验模型，依据低温寿命加速试验模型制定加速试验方案，通过低温寿命加速试验，在较短的试验时间内激发飞机防滑刹车控制装置在首翻期内的低温故障隐患，消除首翻期内的低温故障。本发明在低温寿命试验中推广应用，能够有效激发低温故障、节约资源。

Description

确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法
技术领域
本发明涉及民用飞机防滑刹车控制装置试验领域，具体是一种确定低温寿命加速试验时长的方法。
背景技术
电子产品的低温寿命试验是根据飞机首翻期内的低温工作时间，制定电子产品低温寿命试验方案并完成试验，保证电子产品在首翻期内不发生低温引起的故障。
低温寿命加速试验是：在低温寿命试验方案中，降低温度数值，采用数学模型计算缩短低温寿命的试验时间，通过减少试验时间达到减少能源消耗的目的。
经查国内外没有公布与本申请类似的飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验的技术。
国外现状：
低温试验的标准有：美国标准DO-160《机载设备的环境条件和测试程序》，在低温试验中仅测试性能，不进行低温寿命试验。MIL-STD-2164《电子设备环境应力筛选》进行40h～80h的环境应力筛选，筛选通过后出厂。国外技术忽略了首翻期内低温对电子产品造成的累积损伤。美国学者Stave Smithson曾用40万个三极管在不同温度条件下进行破坏测试，测试数据在双对数坐标系呈直线，证明电子器件的热损伤具有累积效应，并据此颁布了GMW8287标准《高加速寿命/高加速应力筛选与抽检》，但该标准用于测试电子产品的工作和破坏极限，没有评估寿命指标的功能。
国内现状：
低温试验采用的标准有：HB5830.8系列标准《机载设备环境条件及试验方法低温》，该标准仅进行低温条件下的性能测试，不进行低温寿命试验。
在下列发明创造中分别公开了激发电子产品的的低温故障的方法：
1、201110110883.2一种确定飞机防滑刹车控制盒低温工作应力极限的方法。
2、201110243125.8一种飞机刹车系统的加速寿命试验方法。
3、201310169901.9一种防滑刹车控制盒低温步进试验的方法。
4、201310193684.7一种采用快速温度变化测试防滑刹车控制盒故障隐患的方法。
5、201310289826.x一种防滑刹车控制盒的综合环境应力试验方法。
6、201410256166.x一种在温度循环条件下测试飞机防滑刹车控制盒故障的方法。
7、CN201410112137.0中一种测试复杂工况下防滑刹车控制盒故障的方法。
8、201710290975.0一种飞机刹车系统的低温试验方法。
现有技术存在下列缺点。
1)MIL-STD-2164忽略了首翻期内低温对电子产品造成的累积损伤，不具备验证低温寿命的功能；
2)GMW8287中的低温试验时间不是根据寿命要求确定的，不具备根据试验数据确定寿命指标的功能；该标准不进行电子产品低温寿命时长的验证。
3)国内的发明专利都没有提到确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命指标的问题。
综上所述，国内外电子产品均未进行电子产品低温寿命加速试验，没有计算低温寿命加速试验时间的数学模型。
4)美国学者Stave Smithson采用40万个三极管在不同温度下进行的试验虽然证明在双对数坐标系呈直线，符合线性累积损伤原理，但是没有继续采用线性累积损伤理论研究测试低温寿命的工作，缺少评估低温寿命的方法内容。
发明内容
为克服现有技术中缺少电子产品低温寿命加速试验方法的不足，本发明提出了一种确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法。
本发明的具体过程是：
步骤1，建立飞机防滑刹车控制装置的低温寿命加速模型。
通过线性累积损伤公式：
D＝nσβ＝nm(wσ)β＝nmwβσβ (2)
得到低温寿命加速试验方案公式
nm＝n/wβ (2-1)
各公式中：D为飞机防滑刹车控制装置的损伤度；n为试验时长，单位为小时；σ为飞机防滑刹车控制装置承受的低温载荷；β为低温条件下的一致性常数；nm为降低温度数值后的试验时间，其中下标m为降低温度值的次数，m＝1；2；3；w为降低温度值的倍数。
所述的w为降低后的温度值与低温寿命试验的起点温度的温度值之比，并且w为无量纲。
所述的一致性常数β根据飞机防滑刹车控制装置的改进变化。
步骤2，测试飞机防滑刹车控制装置低温条件下的一致性常数β
所述测试飞机防滑刹车控制装置低温条件下的一致性常数β的具体过程是：
第一步，确定故障判据
确定下列故障判据：
Ⅰ输出的电流小于规定的40mA；
Ⅱ需要松刹车时，不能降低刹车电流。
当试验的飞机防滑刹车控制装置出现上述两条故障判据中任意一条时，即视为发生故障。
第二步，确定一致性常数β的测试方案
所述测试方案包括下列内容：
1)抽取两套同批次的飞机防滑刹车控制装置进行低温寿命加速试验。所述两套飞机防滑刹车控制装置分别编号为01号飞机防滑刹车控制装置和02号飞机防滑刹车控制装置。其中01号飞机防滑刹车控制装置在-40℃条件下通电试验，02号飞机防滑刹车控制装置在-80℃条件下通电试验，且分别在2台温度箱里同时试验。
2)试验结束的条件：当所述01号飞机防滑刹车控制装置和02号飞机防滑刹车控制装置分别出现本步骤第一步确定的故障时，该飞机防滑刹车控制装置即结束试验，并记录该飞机防滑刹车控制装置发生故障的试验时长。
第三步，测试过程
1)将所述01号飞机防滑刹车控制装置放入温度为-40℃的温度箱，将所述02号飞机防滑刹车控制装置放入温度为-80℃的温度箱，同时关闭两个温度箱的箱门并通电使两套飞机防滑刹车控制装置工作。所述02号飞机防滑刹车控制装置的试验温度值比01号飞机防滑刹车控制装置的试验温度值降低w倍。
2)01号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n01h后出现无刹车信号输出的故障，02号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n02h出现无刹车信号输出的故障。
第四步，根据测试数据确定一致性常数β的值
由式(2)推导得：
β＝lg(n01/n02)/lgw (3)
步骤3，确定低温寿命加速试验时长
以-80℃分别替代-40℃、-50℃和-55℃。分别得到-80℃替代-40℃时的试验时长、-80℃替代-50℃时的试验时长，和-80℃替代-55℃时的试验时长；计算各温度值的低温寿命试验时长之和nm，以nm作为飞机防滑刹车控制装置的低温寿命加速试验时长。
所述得到-80℃替代-40℃时的试验时长、-80℃替代-50℃时的试验时长，和-80℃替代-55℃时的试验时长的具体过程是：
根据所确定的β数值，采用式(2-1)
nm＝n/wβ (2-1)
nm为确定的低温寿命加速试验时间。
分别确定用-80℃替代-40℃、-50℃和-55℃的试验时长的具体过程是。
Ⅰ确定用-80℃替代-40℃试验所需试验时间n11。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，低温寿命试验起点温度为-40℃，试验时长为n1＝900h。
n11＝n1/wβ
Ⅱ确定用-80℃替代-50℃试验所需试验时间n12。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，低温寿命试验起点温度为-50℃，试验时长为n1＝500。
n12＝n2/wβ
Ⅲ计算-80℃替代-55℃所需试验时间n13。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，低温寿命试验起点温度为-55℃，试验时长为n3＝100。
n13＝n3/wβ
本发明以飞机防滑刹车控制装置为例，提出低温寿命加速试验方法。通过低温寿命加速试验，在较短的试验时间内激发飞机防滑刹车控制装置在首翻期内的低温故障隐患，消除首翻期内的低温故障。若在其他类型产品的低温寿命试验中推广应用，亦能够产生更大的节能效果。
本发明依据美国学者Stave Smithson采用40万个三极管在不同温度条件下的试验数据，在双对数坐标系中呈直线的结果，符合线性累积损伤原理，因此采用线性累积损伤理论建立了飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验模型，依据低温寿命加速试验模型制定加速试验方案，试验证明具有加速激发故障的效果、节约试验时间和能源的效果。
1)节约能源的效益：本申请实施例采用的EVH74-WC-VL-X温度箱的额定功率为100千瓦，采用本申请低温寿命加速试验方法，每次低温寿命试验节约的能源为：(t1常规低温寿命试验时间-t2低温寿命加速试验时间)×100千瓦/h＝(1500h-66.79h)×100千瓦/h＝14332千瓦，每年节约能源：14332千瓦/每次低温寿命试验×17次低温寿命试验/每年＝243474千瓦。
2)消除低温故障的效果：针对代号分别为SC-2、SC-4、SC-8的三种飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验过程中激发的低温故障，采取在低温器件旁边布局发热器件的措施，避免了三种民用飞机防滑刹车控制装置使用中的低温故障，激发低温故障的效果显著。
3)节约时间的效果显著：本申请实施例证明，每项产品的低温寿命加速试验节约试时间1433h，每年节约的时间为1433h/每次低温寿命试验×17次低温寿命试验/每年＝24361h＝1015天。
具体实施方式
本实施例对一种飞机防滑刹车控制装置进行低温寿命加速试验。该飞机防滑刹车控制装置的寿命指标首翻期为5000h,其中低温寿命试验时长n为1500h，分为三个不同的温度值和三个不同的试验时长。所述的低温寿命试验的起点温度为-40℃。所述三个不同的温度值是：-40℃温度值，试验时长为n1；-50℃温度值，试验时长为n2；-55℃温度值，试验时长为n3。
本实施例所用试验设备见表1。
表1民机飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验设备汇总表
序 名称 型号 数量 可提供的试验应力
1 温度箱 EVH74-WC-VL-X 2 范围：-80～180℃；容积2m3；15℃/min。
2 直流电源 2 20V～30V电压。
3 工装 2 用于飞机防滑刹车控制装置性能测试。
本实施例的具体过程是：
步骤1，建立飞机防滑刹车控制装置的低温寿命加速模型。
飞机防滑刹车控制装置主要由电子元器件和壳体组成，在低温条件下发生故障的是电子元器件，因此GJB299C采用电子元器件的试验数据建立电子产品的可靠性预计模型，根据电子元器件的故障数据计算电子产品的可靠性指标。根据美国学者StaveSmithson从元器件中选择三极管进行的测试结果，电子元器件的低温损伤在双对确定数坐标系中呈直线分布，符合线性累积损伤理论。因此本实施例在低温寿命加速试验过程中引入线性累积损伤公式计算低温寿命加速试验的时间。线性累积损伤的公式为：
D＝nσβ(1)
式中：D为飞机防滑刹车控制装置的损伤度；n为试验时长，单位为小时；σ为飞机防滑刹车控制装置承受的低温载荷；β为根据低温加载时间和低温数值的关系，确定飞机防滑刹车控制装置在降低低温数值时，公式(1)中与损伤度D相关的一致性常数；当飞机防滑刹车控制装置改进时，该常数相应变化。
通过线性累积损伤公式：
D＝nσβ＝nm(wσ)β＝nmwβσβ (2)
得到低温寿命加速试验方案公式
nm＝n/wβ (2-1)
式中：nm为降低温度数值后的试验时间，其中下标m为降低温度值的次数，m＝1；2；3；w为降低温度值的倍数，为降低后的温度值与低温寿命试验的起点温度的温度值之比，并且w为无量纲。
步骤2，测试飞机防滑刹车控制装置低温条件下的一致性常数β
测试条件：采用表1设备，给飞机防滑刹车控制装置通28V电压。
所述测试飞机防滑刹车控制装置低温条件下的一致性常数β的具体过程是：
第一步，确定故障判据
飞机防滑刹车控制装置的功能是控制刹车和松刹车，根据其功能确定下列故障判据：
Ⅰ输出的电流小于规定的40mA；
Ⅱ需要松刹车时，不能降低刹车电流。
当试验的飞机防滑刹车控制装置出现上述两条故障判据中任意一条时，均视为发生故障。
第二步，确定一致性常数β的测试方案
所述测试方案包括下列内容：
Ⅰ抽取两套相同代号、相同批次的飞机防滑刹车控制装置进行低温寿命加速试验。所述两套飞机防滑刹车控制装置分别编号为01号飞机防滑刹车控制装置和02号飞机防滑刹车控制装置。其中01号飞机防滑刹车控制装置在-40℃条件下通电试验，-40℃是一致性常数β测试方案中的起点温度值。02号飞机防滑刹车控制装置在-80℃条件下通电试验，且分别在2台温度箱里同时试验。
Ⅱ试验结束的条件：当所述01号飞机防滑刹车控制装置或02号飞机防滑刹车控制装置出现本步骤第一步确定的故障时，该飞机防滑刹车控制装置即结束试验，并记录该飞机防滑刹车控制装置发生故障的试验时长。当所述01号飞机防滑刹车控制装置和02号飞机防滑刹车控制装置均出现本步骤第一步确定的故障时，试验结束。
第三步，测试过程
Ⅰ将01号飞机防滑刹车控制装置放入温度为-40℃的温度箱，将02号飞机防滑刹车控制装置放入温度为-80℃的温度箱，同时关闭两个温度箱的箱门并通电使两套飞机防滑刹车控制装置工作。所述02号飞机防滑刹车控制装置的试验温度值比01号飞机防滑刹车控制装置的试验温度值降低w倍。
Ⅱ01号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n01h后出现无刹车信号输出的故障，02号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n02h出现无刹车信号输出的故障。本实施例中，所述n01为01号飞机防滑刹车控制装置的试验时长，n01＝1012h；n02为02号飞机防滑刹车控制装置的试验时长，n02＝21h。
第四步，根据测试数据确定一致性常数β的值
由式(2)推导得：
β＝lg(n/nm)/lgw (3)
将01号飞机防滑刹车控制装置发生故障的试验时长n01＝1021h，02号飞机防滑刹车控制装置发生故障的试验时长n02＝21h，以及试验温度值降低w倍的温度值与低温寿命试验起点温度的温度值之比w＝-80：-40，在w计算中，-80℃是降低w倍的温度值，-40℃是一致性常数β测试方案中的起点温度值，分别带入式(3)得：
β＝lg(n/n1)/lgw＝lg(1012/21)/lg(80/40)＝5.6
对低温而言，经计算该飞机防滑刹车控制装置的一致性常数β为5.6。
步骤3，确定低温寿命加速试验时长。
根据一致性常数β的数值确定低温寿命加速试验时长。
计算-80℃分别替代-40℃、-50℃、-55℃时的低温寿命试验时长。
对批产交付的飞机防滑刹车控制装置进行1500h的低温寿命试验。在批产中抽取1套，按照-40℃、-50℃、-55℃的次序依次进行1500h的低温寿命试验，具体是：
根据所确定的β数值，以-80℃分别替代-40℃、-50℃和-55℃，分别得到-80℃替代-40℃时的试验时长、-80℃替代-50℃时的试验时长，和-80℃替代-55℃时的试验时长；计算各温度值的低温寿命试验时长之和nm，以nm作为飞机防滑刹车控制装置的低温寿命加速试验时长。
所述得到-80℃替代-40℃时的试验时长、-80℃替代-50℃时的试验时长，和-80℃替代-55℃时的试验时长的具体过程是：
Ⅰ确定用-80℃替代-40℃试验所需试验时间n11。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，低温寿命试验起点温度为-40℃，试验时长为n1＝900h。
n11＝n1/wβ＝900/(80/40)5.6＝900/48.503＝18.556h
Ⅱ确定用-80℃替代-50℃试验所需试验时间n12。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，低温寿命试验起点温度为-50℃，试验时长为n1＝500。
n12＝n2/wβ＝500/(80/50)5.6＝500/13.9018＝35.967h
Ⅲ计算-80℃替代-55℃所需试验时间n13。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，低温寿命试验起点温度为-55℃，试验时长为n3＝100。
n13＝n3/wβ＝100/(80/55)5.6＝100/8.1522＝12.267h
以-80℃替代-40℃、-50℃、-55℃时，各温度值的的试验时长之和为：
nm＝n11+n12+n13＝18.556+35.967+12.267＝66.79h。
nm为确定的低温寿命加速试验时长。
采用本实施例提出的技术方案，每批产品抽取1套进行1500h的低温寿命试验，在-80℃条件下用66.79h即可完成，在多型号批量生产中的低温寿命试验中具有显著节约时间、能源和资金的效果。

Claims (4)

1.一种确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法，其特征在于，具体过程是：
步骤1，建立飞机防滑刹车控制装置的低温寿命加速模型：
通过线性累积损伤公式：
D＝nσβ＝nm(wσ)β＝nmwβσβ (2)
得到低温寿命加速试验方案公式
nm＝n/wβ (2-1)
各公式中：D为飞机防滑刹车控制装置的损伤度；n为试验时长，单位为小时；σ为飞机防滑刹车控制装置承受的低温载荷；β为低温条件下的一致性常数；nm为降低温度数值后的试验时间，其中下标m为降低温度值的次数，m＝1；2；3；w为降低温度值的倍数；
步骤2，测试飞机防滑刹车控制装置低温条件下的一致性常数β：
所述测试飞机防滑刹车控制装置低温条件下的一致性常数β的具体过程是：
第一步，确定故障判据：
确定下列故障判据：
Ⅰ输出的电流小于规定的40mA；
Ⅱ需要松刹车时，不能降低刹车电流；
在试验过程中，飞机防滑刹车控制装置出现上述两条故障判据中任意一条时，即视为发生故障；
第二步，确定一致性常数β的测试方案：
所述测试方案包括下列内容：
Ⅰ抽取两套同批次的飞机防滑刹车控制装置进行低温寿命加速试验；所述两套飞机防滑刹车控制装置分别编号为01号飞机防滑刹车控制装置和02号飞机防滑刹车控制装置；其中01号飞机防滑刹车控制装置在-40℃条件下通电试验，02号飞机防滑刹车控制装置在-80℃条件下通电试验，且分别在两台温度箱里同时试验；
Ⅱ试验结束的条件：当所述01号飞机防滑刹车控制装置和02号飞机防滑刹车控制装置分别出现本步骤第一步确定的故障时，该飞机防滑刹车控制装置即结束试验，并记录该飞机防滑刹车控制装置发生故障的试验时长；
第三步，测试过程：
Ⅰ将所述01号飞机防滑刹车控制装置放入温度为-40℃的温度箱，将所述02号飞机防滑刹车控制装置放入温度为-80℃的温度箱，同时关闭两个温度箱的箱门并通电使两套飞机防滑刹车控制装置工作；所述02号飞机防滑刹车控制装置的试验温度值比01号飞机防滑刹车控制装置的试验温度值降低w倍；
Ⅱ01号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n01h后出现无刹车信号输出的故障，02号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n02h出现无刹车信号输出的故障；
第四步，根据测试数据确定一致性常数β的值：
由式(2)推导得：
β＝lg(n01/n02)/lgw (3)
步骤3，确定低温寿命加速试验时长；以-80℃分别替代-40℃、-50℃和-55℃；分别得到-80℃替代-40℃时的试验时长、-80℃替代-50℃时的试验时长，和-80℃替代-55℃时的试验时长；计算各温度值的低温寿命试验时长之和nm，以nm作为飞机防滑刹车控制装置的低温寿命加速试验时长。
2.如权利要求1所述确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法，其特征在于，所述的一致性常数β根据飞机防滑刹车控制装置的改进变化。
3.如权利要求1所述确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法，其特征在于，所述的w为降低后的温度值与低温寿命试验的起点温度的温度值之比，并且w为无量纲。
4.如权利要求1所述确定飞机防滑刹车控制装置低温寿命加速试验时长的方法，其特征在于，所述得到-80℃替代-40℃时的试验时长、-80℃替代-50℃时的试验时长，和-80℃替代-55℃时的试验时长的具体过程是：
根据所确定的β数值，采用式(2-1)
nm＝n/wβ (2-1)
分别确定用-80℃替代-40℃、-50℃和-55℃的试验时长；
Ⅰ确定用-80℃替代-40℃试验所需试验时间n11：
n11＝n1/wβ；
Ⅱ确定用-80℃替代-50℃试验所需试验时间n12：
n12＝n2/wβ；
Ⅲ计算-80℃替代-55℃所需试验时间n13：
n13＝n3/wβ。
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