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1、(10)申请公布号 CN 103954444 A (43)申请公布日 2014.07.30 CN 103954444 A (21)申请号 201410180588.3 (22)申请日 2014.04.29 G01M 13/00(2006.01) (71)申请人 北京空间飞行器总体设计部 地址 100094 北京市海淀区友谊路 104 号 (72)发明人 李新立 吴琼 罗毅欣 满剑锋 杨建中 (74)专利代理机构 中国航天科技专利中心 11009 代理人 陈鹏 (54) 发明名称 一种火工分离螺母释放可靠性的试验方法 (57) 摘要 一种火工分离螺母释放可靠性的试验方法， 基于火工分离螺母 “点。
2、火器发火燃气做功推动执 行机构动作” 的工作原理， 对反映火工分离螺母 可靠性的主要性能参数， 即点火器燃气压力和执 行机构阻力进行测试， 利用测试数据对火工分离 螺母可靠性进行评测。与传统火工机构成败型可 靠性试验方法相比， 本发明方法所需要的试验件 数量较少、 试验成本低， 更具有工程可实施性。通 过本发明方法对火工分离螺母释放可靠性进行试 验， 便于掌握火工分离螺母释放可靠性的薄弱环 节， 为火工分离螺母改进以获得产品可靠性增长 提供依据。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 4 页 附图 3 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页。
3、 说明书4页 附图3页 (10)申请公布号 CN 103954444 A CN 103954444 A 1/1 页 2 1. 一种火工分离螺母释放可靠性的试验方法， 其特征在于包括如下步骤 ： (1) 将火工分离螺母的点火器燃气压力及执行机构阻力两个参数确定为火工分离螺母 释放可靠性特征量 ； (2) 将点火器安装在火工分离螺母容腔模拟件上， 并在火工分离螺母容腔模拟件上能 够真实反映火工分离螺母动作前执行机构燃气压力的部位处安装压力传感器 ； 所述的火工 分离螺母容腔模拟件为一个具有内部容腔的可重复使用器件， 所述内部容腔的轮廓及体积 均与被测火工分离螺母的实际容腔完全相同 ； (3) 使用。
4、 m 组点火器共发火 m 次， 每组所使用的点火器数量与火工分离螺母实 际安装的点火器数量一致， 采集并记录每次压力传感器获取的发火燃气压力 xi， i 1,2,3,m ； (4) 对 m 个发火燃气压力 xi进行正态分布检验， 如果满足正态分布， 则计算 m 个数据的 均值和标准差 sx， 并进入下一步 ； 如果不满足正态分布则结束 ； (5) 选取 l 个不安装点火器的火工分离螺母试验件， 采用充气设备从点火器的安装位 置向火工分离螺母试验件的内腔充气进行气动解锁试验共 l 次， 记录每次火工分离螺母中 的执行机构动作时刻充气设备的气压值作为执行机构的最大阻力 yj， j 1,2,3,l 。
5、； (6) 对 l 个执行机构的最大阻力 yj进行正态分布检验， 如果满足正态分布， 则计算 l 个 数据的均值和标准差 sy， 并进入下一步 ； 如果不满足正态分布则结束 ； (7) 利用步骤 (5) 和步骤 (6) 的结果， 通过公式计算得到火工分离螺 母的可靠性 R， 其中 (8) 将步骤 (7) 计算得到的火工分离螺母的可靠性 R 与所要求的可靠性标准 RB进行比 较， 如果RRB， 则判定火工分离螺母的可靠性满足要求 ； 如果RRB， 则对火工分离螺母的结 构进行改进并再次执行步骤 (2) (7)， 直至火工分离螺母的可靠性满足要求。 2. 根据权利要求 1 所述的一种火工分离螺母释。
6、放可靠性的试验方法， 其特征在于 ： 所 述的对火工分离螺母的结构进行改进包括增加火工分离螺母的装药量， 增大火工分离螺母 执行机构的燃气压力作用面积， 或者降低执行机构摩擦面的摩擦系数。 权 利 要 求 书 CN 103954444 A 2 1/4 页 3 一种火工分离螺母释放可靠性的试验方法 技术领域 0001 本发明涉及一种火工分离螺母性能的测试方法。 背景技术 0002 目前， 航天器上常采用火工机构来实现航天器与运载之间、 航天器舱段之间、 航天 器附件 ( 如天线、 太阳翼等 ) 与航天器本体之间的连接分离或压紧释放。虽然火工机构在 航天器整个寿命周期内仅动作一次， 但往往涉及到航。
7、天器飞行任务的成败。 因此， 在航天工 程中对火工机构的可靠性通常具有很高的要求。 0003 为确保航天器飞行任务成功， 对火工机构的可靠性进行充分、 有效的地面验证是 非常必要的。中华人民共和国国家军用标准 火工品可靠性评估方法 GJB376-87 给出了火 工品可靠性一般的评测方法， 即基于成败型试验， 用二项分布或超几何分布来评测火工品 的可靠度。 这种成败型试验， 所需要的试验件数量和试验经费都非常巨大， 使得火工机构的 可靠性验证试验难以开展。例如， 为验证某火工机构 0.9999 的可靠性指标 ( 按置信度 0.9 评估 )， 在失效数为 0 的情况下需要 23025 个火工机构发。
8、火试验件。如何在有限的试 验经费和试验周期内有效地开展火工机构的可靠性试验验证， 是实际工程中需要解决的技 术难题。 0004 2009 年第 30 卷第 6 期 宇航学报 上， 由荣吉利等发表的 航天火工机构可靠性的 强化试验验证方法 一文， 针对性能参数服从正态分布的一类航天火工机构， 参照 “应力 强度” 模型， 提出了一种强化试验的小子样可靠性验证方法。 该方法将火工机构性能参数置 于相对于额定条件来说更严酷的条件下， 用传统的成败型试验方法评测其可靠性， 然后结 合火工机构的力学特性推导出额定条件下的可靠性。 这种方法应用正态分布变差系数和加 严系数来评定火工机构的可靠性， 所需要的。
9、试验件数量取决于变差系数和加严系数的具体 数值， 且可靠性评测结果与变差系数和加严系数的精度密切相关。 依据该方法， 在开展火工 机构的可靠性试验前， 应首先确定变差系数和加严系数， 而变差系数的确定往往需要一定 数量的试验数据作为基础。因此， 在实际工程应用中， 该方法对于减小试验件数量、 降低试 验费用作用有限。另外， 该方法将火工机构阻力作为已知定值。而根据工程经验， 火工机构 的阻力往往具有正态分布的特性。因此， 将火工机构阻力视为定值将影响可靠性评测的精 度。 发明内容 0005 本发明解决的技术问题是 ： 针对现有采用成败型试验对火工机构进行可靠性测试 时存在试验件数量多、 试验经。
10、费高， 测量精度低的问题， 提供了一种基于特征量计量的火工 分离螺母释放可靠性的试验方法， 可以在提高测量精度的同时， 显著的降低试验件数量和 试验费用， 降低试验成本。 0006 本发明的技术解决方案是 ： 一种火工分离螺母释放可靠性的试验方法， 包括如下 步骤 ： 说 明 书 CN 103954444 A 3 2/4 页 4 0007 (1) 将火工分离螺母的点火器燃气压力及执行机构阻力两个参数确定为火工分离 螺母释放可靠性特征量 ； 0008 (2) 将点火器安装在火工分离螺母容腔模拟件上， 并在火工分离螺母容腔模拟件 上能够真实反映火工分离螺母动作前执行机构燃气压力的部位处安装压力传感。
11、器 ； 所述的 火工分离螺母容腔模拟件为一个具有内部容腔的可重复使用器件， 所述内部容腔的轮廓及 体积均与被测火工分离螺母的实际容腔完全相同 ； 0009 (3) 使用 m 组点火器共发火 m 次， 每组所使用的点火器数量与火工分离螺母 实际安装的点火器数量一致， 采集并记录每次压力传感器获取的发火燃气压力 xi， i 1,2,3,m ； 0010 (4) 对 m 个发火燃气压力 xi进行正态分布检验， 如果满足正态分布， 则计算 m 个数 据的均值和标准差 sx， 并进入下一步 ； 如果不满足正态分布则结束 ； 0011 (5) 选取 l 个不安装点火器的火工分离螺母试验件， 采用充气设备从。
12、点火器的 安装位置向火工分离螺母试验件的内腔充气进行气动解锁试验共 l 次， 记录每次火工 分离螺母中的执行机构动作时刻充气设备的气压值作为执行机构的最大阻力 yj， j 1,2,3,l ； 0012 (6)对l个执行机构的最大阻力yj进行正态分布检验， 如果满足正态分布， 则计算 l 个数据的均值和标准差 sy， 并进入下一步 ； 如果不满足正态分布则结束 ； 0013 (7) 利用步骤 (5) 和步骤 (6) 的结果， 通过公式计算得到火工分 离螺母的可靠性 R， 其中 0014 (8) 将步骤 (7) 计算得到的火工分离螺母的可靠性 R 与所要求的可靠性标准 RB进 行比较， 如果RRB。
13、， 则判定火工分离螺母的可靠性满足要求 ； 如果RRB， 则对火工分离螺母 的结构进行改进并再次执行步骤 (2) (7)， 直至火工分离螺母的可靠性满足要求。 0015 所述的对火工分离螺母的结构进行改进包括增加火工分离螺母的装药量， 增大火 工分离螺母执行机构的燃气压力作用面积， 或者降低执行机构摩擦面的摩擦系数。 0016 本发明与现有技术相比的优点在于 ： 0017 1) 本发明方法将火工分离螺母的点火器燃气压力及执行机构阻力确定为火工分 离螺母释放可靠性特征量， 通过对特征量进行多次测试， 其测试结果能够真实反映火工分 离螺母的性能， 在此基础上对火工分离螺母的可靠性进行判断， 便于掌。
14、握火工螺母可靠性 的薄弱环节， 为火工螺母改进以获得产品可靠性增长提供依据 ； 0018 2) 本发明基于计量法的可靠性验证思路， 利用火工分离螺母的点火器燃气压力和 执行机构阻力性能测试数据对火工分离螺母释放可靠性进行评测， 与成败型试验相比， 可 有效较少试验样本数量、 降低试验费用、 缩短试验周期 ； 0019 3) 本发明通过火工分离螺母容腔模拟工装对点火器燃气压力测试， 在测试过程中 可以不使用实际的火工分离螺母， 因此可以有效的降低试验成本 ； 0020 4) 本发明方法对火工分离螺母通过气动解锁试验对执行机构阻力进行测试， 试验 说 明 书 CN 103954444 A 4 3/。
15、4 页 5 后对火工分离螺母进行恢复后即可重新使用， 从而进一步降低了试验的成本。 附图说明 0021 图 1 为本发明方法的流程图 ； 0022 图 2 为本发明方法中点火器燃气压力测试原理图 ； 0023 图 3 为本发明方法中执行机构阻力测试原理图。 具体实施方式 0024 火工分离螺母是航天器上广泛采用的一种火工机构， 主要包括点火器和执行机 构， 其工作原理是 ： 火工分离螺母释放时， 点火器发火产生高压燃气， 在高压燃气的推动下， 火工分离螺母内部执行机构动作并完成连接螺栓的释放， 从而实现火工分离螺母的释放功 能。本发明方法主要针对这种基于 “点火器发火燃气做功推动执行机构动作”。
16、 工作原理的 火工分离螺母。 0025 如图 1 所示， 为本发明方法的流程图， 具体实施步骤如下 ： 0026 1)根据火工分离螺母的工作原理， 首先设定火工分离螺母释放可靠性， 使之与 “点 火器燃气压力大于执行机构阻力的概率” 相一致。 0027 2) 确定火工分离螺母释放可靠性的评测特征量。依据火工分离螺母的工作原理， 本发明确定点火器燃气压力和执行机构阻力为火工分离螺母释放可靠性评测的特征量。 在 此， 记点火器燃气压力 X、 执行机构阻力 Y。 0028 3) 火工分离螺母点火器燃气压力测试数据采集。采用火工分离螺母动作前容腔 模拟工装 ( 可以准确模拟火工分离螺母动作前的容腔轮廓。
17、及容腔体积， 且模拟工装腔体应 具有足够的强度并满足经清洗后可重复使用的要求。通常可选用易于加工的钢材， 根据实 际批次火工分离螺母的容腔体积及强度指标进行制作 ) 进行点火器发火试验。首先， 将点 火器安装在动作前容腔模拟工装上， 并在动作前容腔模拟工装上能够真实反映火工分离螺 母动作前执行机构燃气压力的部位(如燃气压力作用的执行机构活塞端面)安装压力传感 器 ； 然后， 将点火器发火， 采集并记录发火燃气压力， 如图 2 所示。共发火 m 次， 记在火工分 离螺母点火器 m 次燃气压力测试中， 得到 m 个燃气压力测试数据 xi(i 1， 2， m)。 0029 4) 火工分离螺母执行机构。
18、阻力测试。不安装点火器， 并按照实际使用载荷对火工 分离螺母加载， 采用充气设备由点火器安装位置向火工分离螺母的内腔充气进行气动解锁 试验， 记录执行机构动作时刻充气设备的气压值， 该气压值即执行机构的最大阻力， 如图 3 所示。记在火工分离螺母 l 次气动解锁测试中， 得到 l 个气动解锁执行机构最大阻力测试 数据 yj(j 1， 2， l)。 0030 5)火工分离螺母释放可靠性评测。 对点火器燃气压力和执行机构阻力测试数据进 行正态分布检验， 并基于 “应力强度” 干涉理论， 对火工分离螺母释放可靠性进行评测， 具 体过程如下 ： 0031 根据试验测试获得的 m 个燃气压力测试数据 x。
19、i(i 1， 2， m) 和 l 个火工分 离螺母执行机构阻力测试数据 yj(j 1， 2， l)， 按照国家标准 GB/T4882 的方法对实测 数据进行正态性检验， 并可计算出燃气压力X和执行机构阻力Y的样本均值标准差 sx， sy分别为 说 明 书 CN 103954444 A 5 4/4 页 6 0032 0033 若经检验， 燃气压力 X、 执行机构阻力 Y 均不拒绝正态性假设， 则令 ： 0034 0035 可靠性计算 ： 0036 火工分离螺母释放可靠性 R 可通过下式计算获得 0037 0038 根据 tR， 查标准 GB4086.1-1983 统计分布数值表正态分布 可获得 。
20、(tR) 的值， 即火工分离螺母释放可靠性评估值。 0039 6) 若火工分离螺母释放可靠性评估结果满足指标要求， 则火工分离螺母释放可靠 性验证试验结束， 否则， 分析原因， 对火工分离螺母进行改进设计， 改进措施主要包括以下 几个方面 ： 0040 增加火工分离螺母装药量 ； 0041 增大火工分离螺母执行机构燃气压力作用面面积 ； 0042 降低执行机构摩擦面摩擦系数。 0043 经改进后， 按照 3) 5) 对火工分离螺母释放可靠性进行重新试验验证。 0044 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。 说 明 书 CN 103954444 A 6 1/3 页 7 图 1 说 明 书 附 图 CN 103954444 A 7 2/3 页 8 图 2 说 明 书 附 图 CN 103954444 A 8 3/3 页 9 图 3 说 明 书 附 图 CN 103954444 A 9 。