CN109353543B - 确定飞机防滑刹车控制装置高温寿命加速试验时长的方法 - Google Patents

Abstract

一种确定飞机防滑刹车控制装置高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高温寿命加速试验模型，依据高温寿命加速试验模型制定加速试验方案，通过高温寿命加速试验，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高温故障隐患，消除首翻期内的高温故障。本发明在高温寿命试验中推广应用，能够有效激发高温故障、节约资源。

Description

确定飞机防滑刹车控制装置高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，具体是一种确定高温寿命加速试验时长的方法。

背景技术

电子产品的高温寿命试验是根据飞机首翻期内的高温工作时间，制定电子产品高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高温引起的故障。

高温寿命加速试验是：在高温寿命试验方案中，提高温度数值，采用数学模型计算缩短高温寿命的试验时间，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和本申请类似的飞机防滑刹车控制装置高温寿命加速试验的技术。

国外现状

高温试验的标准有：美国标准DO-160《机载设备的环境条件和测试程序》，在高温试验中仅测试性能，不进行高温寿命试验。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高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：

执行航空工业HB5830.8系列标准《机载设备环境条件及试验方法高温》，该标准仅进行高温条件下的性能测试，不进行高温寿命试验。

激发电子产品的高温故障国内公布过下列发明：

1、201110310885.1确定飞机防滑刹车控制盒高温工作应力极限的方法。

2、201110443125.8一种飞机防滑刹车控制装置的加速寿命试验方法。

3、201310169039.1施加工作电流测试防滑刹车控制盒高温破坏极限的方法。

4、201310193684.7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、CN201410256166.x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、CN201410312137.0测试复杂工况下防滑刹车控制盒故障的方法。

8、201710490987.3一种飞机刹车系统的高温试验方法。

现有技术的缺点：

1)MIL-STD-2164忽略了首翻期内高温对电子产品造成的累积损伤，不具备验证高温寿命的功能；

2)GMW8287中的高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高温寿命指标的功能；该标准不进行电子产品高温寿命时长的验证。

3)国内的发明专利都没有提到确定防滑飞机防滑刹车控制装置高温寿命的问题

综上所述，国内外电子产品均未进行电子产品高温寿命加速试验，没有计算高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高温寿命的工作，缺少评估高温寿命的方法内容。

发明内容

为克服现有国内外技术缺少电子产品高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高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高温寿命加速模型

通过线性累积损伤公式：

D＝nσ^β＝n_m(wσ)^β＝n_mw^βσ^β (2)

得到高温寿命加速试验方案的计算公式

n_m＝n/w^β (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高温载荷；β为高温条件下的一致性常数；n_m为提高温度数值后的试验时间，其中下标m为提高温度值的次数，m＝1；2；3；w为提高温度值的倍数。

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。

所述的w为提高后的温度值与高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高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高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：

Ⅰ抽取两套同批次的飞机防滑刹车控制装置进行高温寿命加速试验；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70℃下通电试验，02号飞机防滑刹车控制装置在100℃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70℃的温度箱，将所述02号飞机防滑刹车控制装置放入温度为100℃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提高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，确定高温寿命加速试验时长

以100℃分别替代40℃、50℃和70℃；分别得到100℃替代40℃时的试验时长、100℃替代50℃时的试验时长，和100℃替代70℃时的试验时长；计算各温度值的高温寿命试验时长之和n_s，以n_s作为飞机防滑刹车控制装置的高温寿命加速试验时长。

所述得到100℃替代40℃时的试验时长、100℃替代50℃时的试验时长，和100℃替代70℃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)

n_m＝n/w^β (2-1)

分别确定用100℃替代40℃、50℃和70℃的试验时长；

Ⅰ确定用100℃替代40℃试验所需试验时间n₁₁：

n₁₁＝n₁/w^β；

Ⅱ确定用100℃替代50℃试验所需试验时间n₁₂：

n₁₂＝n₂/w^β；

Ⅲ计算100℃替代70℃所需试验时间n₁₃：

n₁₃＝n₃/w^β。

本发明以飞机防滑刹车控制装置为例，提出高温寿命加速试验方法，通过高温寿命加速试验，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高温故障隐患，消除首翻期内的高温故障。若在其他类型产品的高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高温寿命加速试验模型，依据高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，采用本申请高温寿命加速试验方法，每次高温寿命节约的能源为：(t_{1常规高温寿命试验时间}-t_{2高温寿命加速试验时间})×100千瓦/h＝(1000h-15.84h)×100千瓦/h＝98416千瓦，每年节约能源：98416千瓦/每次高温寿命试验×17次高温寿命试验/每年＝1673072千瓦。

2)消除高温故障的效果：对四种代号分别为SC-1、SC-3、SC-5、SC-7民用飞机防滑刹车控制装置分别进行高温寿命加速试验，针对试验过程中激发的元器件高温故障，采用优化软件算法降低功耗、采用散热壳体、选用125℃高温器件等措施，避免了使用中的高温故障，激发高温故障的鲜果显著。

3)节约时间的效果显著：在采用本申请方法后，每项产品的高温寿命加速试验比原来节约984h，每年节约的时间为984h/每次高温寿命试验×17次高温寿命试验/每年＝16728h＝697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高温寿命加速试验。该飞机防滑刹车控制装置的寿命指标首翻期为5000h，其中高温寿命试验时长n为1000h，分为三个不同的温度值和三个不同的试验时长n。所述的高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；70℃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高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高温寿命加速模型

飞机防滑刹车控制装置由电子元器件、壳体等组成，在高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Stave Smithson从元器件中选择三极管进行的测试结果，电子元器件的高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，因此本申请在高温寿命加速试验过程中引入线性累积损伤公式计算高温寿命加速试验的时间。线性累积损伤的公式为：

D＝nσ^β (1)

式中：D为飞机防滑刹车控制装置的损伤度；n为试验时间，单位为小时；σ为飞机防滑刹车控制装置承受的高温载荷；β为根据高温加载时间和高温数值的关系确定飞机防滑刹车控制装置在提高高温数值时，公式(1)中和损伤度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＝nσ^β＝n_m(wσ)^β＝n_mw^βσ^β (2)

得到高温寿命加速试验方案公式

n_m＝n/w^β (2-1)

式中：n_m为提高温度数值后的试验时间，其中下标m为提高温度值的次数，m＝1；2；3；w为提高温度值的倍数，为提高后的温度值与高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高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电压进行测试。

所述测试飞机防滑刹车控制装置高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2套相同代号、相同批次的飞机防滑刹车控制装置进行高温寿命加速试验，分别编号为01号飞机防滑刹车控制装置和02飞机防滑刹车控制装置号，其中01号飞机防滑刹车控制装置在70℃条件下通电试验，70℃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100℃条件下通电试验，且同时分别在两台温度箱里进行试验。

Ⅱ测试结束的条件：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70℃的温度箱，02号飞机防滑刹车控制装置放入温度为100℃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提高w倍。

Ⅱ01号飞机防滑刹车控制装置在连续工作n₀₁h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＝378h；n₀₂为02号飞机防滑刹车控制装置的试验时长，n₀₂＝18h。

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/n_m)/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＝378h、02号飞机防滑刹车控制装置发生故障的试验时间n₀₂＝18h，以及试验温度值提高w倍的温度值与高温寿命试验起点温度的温度值之比w＝100：70，在w计算中，100℃是提高w倍的温度值，70℃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/n_m)/lgw＝lg(378/18)/lg(100/70)＝6.736

对高温而言，经计算该防滑飞机防滑刹车控制装置一致性常数β的值为6.736。

步骤3，确定高温寿命加速试验时长。

根据一致性常数β的值确定高温寿命加速试验时长。

计算100℃分别替代40℃、50℃和70℃时的高温寿命试验时长。

对批产交付的防滑飞机防滑刹车控制装置进行1000h的高温寿命试验。在批产中抽取1套，按照40℃、50℃和70℃的次序依次进行1000h的高温寿命试验，具体是：

根据所确定的一致性常数β的值，以100℃分别替代40℃、50℃和70℃，分别得到100℃替代40℃时的试验时长、100℃替代50℃时的试验时长，和100℃替代70℃时的试验时长；计算各温度值的高温寿命试验时长之和n_s，以n_s作为飞机防滑刹车控制装置的高温寿命加速试验时长。

所述得到100℃替代40℃时的试验时长、100℃替代50℃时的试验时长，和100℃替代70℃时的试验时长的具体过程是：

Ⅰ确定用100℃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，高温寿命试验起点温度为40℃，试验时长为n₁＝200h。

n₁₁＝n₁/w^β＝200/(100/40)^6.736＝200/910.6364＝0.22h

Ⅱ计算100℃替代50℃所需试验时间n₁₂。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，高温寿命试验起点温度为50℃，试验时长为n₂＝700。

n₁₂＝n₂/w^β＝700/(100/50)^6.736＝700/106.5953＝6.57h

Ⅲ计算100℃替代70℃所需试验时间n₁₃。根据飞机防滑刹车控制装置首翻期要求，高温寿命试验起点温度为40℃，试验时长为n₃＝100。

n₁₃＝n₃/w^β＝100/(100/70)^6.736＝100/11.0515＝9.05h

以100℃替代40℃、50℃、70℃时，各温度值的试验时长之和n_s为：

n_s＝n₁₁+n₁₂+n₁₃＝0.22+6.57+9.05＝15.84h

n_s为确定的高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1000h的高温寿命试验，在100℃条件下用15.84h即可完成，在多型号批量生产中的高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高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高温寿命加速模型：

通过线性累积损伤公式：

D＝nσ^β＝n_m(wσ)^β＝n_mw^βσ^β (2)

得到高温寿命加速试验方案的计算公式

n_m＝n/w^β (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高温载荷；β为高温条件下的一致性常数；n_m为提高温度数值后的试验时间，其中下标m为提高温度值的次数，m＝1；2；3；w为提高温度值的倍数；

步骤2，测试飞机防滑刹车控制装置高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高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高温寿命加速试验；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70℃下通电试验，02号飞机防滑刹车控制装置在100℃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70℃的温度箱，将所述02号飞机防滑刹车控制装置放入温度为100℃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提高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，确定高温寿命加速试验时长；以100℃分别替代40℃、50℃和70℃；分别得到100℃替代40℃时的试验时长、100℃替代50℃时的试验时长，和100℃替代70℃时的试验时长；计算各温度值的高温寿命试验时长之和n_s，以n_s作为飞机防滑刹车控制装置的高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高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高温寿命加速试验时长的方法，其特征在于，所述的w为提高后的温度值与高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高温寿命加速试验时长的方法，其特征在于，所述得到100℃替代40℃时的试验时长、100℃替代50℃时的试验时长，和100℃替代70℃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)

n_m＝n/w^β (2-1)

分别确定用100℃替代40℃、50℃和70℃的试验时长；

Ⅰ确定用100℃替代40℃试验所需试验时间n₁₁：

n₁₁＝n₁/w^β；

Ⅱ确定用100℃替代50℃试验所需试验时间n₁₂：

n₁₂＝n₂/w^β；

Ⅲ计算100℃替代70℃所需试验时间n₁₃：

n₁₃＝n₃/w^β。