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《哈尔滨工业大学》 2011年
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航天继电器可靠性评价及寿命试验方法的研究

余琼  
【摘要】:航天继电器是国防武器系统和航天型号不可缺少的关键元器件,主要完成系统配电、信号传递、电路隔离及负载切换等功能。航天继电器可靠性寿命试验是产品出厂前必做的一项抽样试验。现行的试验方法只监测触点压降和开路电压,获取的信息有限,很难分析产品的退化过程和失效机理,无法评价不同试验条件和产品结构对继电器可靠性的影响,对指导产品可靠性设计、加速产品可靠性增长贡献有限。 为全面分析和评价航天继电器可靠性,本文提出一种基于性能退化的航天继电器可靠性寿命试验方法。通过分析寿命试验过程中的航天继电器多个退化参数,在分析接触失效机理的基础上,对航天继电器退化轨迹建模、寿命预测和可靠性评估方法进行了深入研究。 目前航天继电器失效机理分析往往采用事后分析法,通用性不强,易发生软失效漏判。本文提出一种基于退化参数的航天继电器接触失效模式和失效机理判别方法。该方法通过分析继电器的超程时间、弹跳时间、燃弧时间等多个参数的变化规律,检测时间参数异常、持续燃弧、弹跳时间过高等触点软失效;采用主元分析和距离判别分析方法从退化参数中提取触点间隙的变化特征,实现继电器触点断开和粘接等硬失效机理的分类和判别。失效触点表面形态和化学成分分析结果证明了该方法的有效性。 通过深入剖析产品失效物理、化学规律建立其退化模型已成为产品可靠性预计的主要方法。本文采用Fisher判别准则确定了航天继电器的接触性能退化敏感预测变量。提出了基于小波变换和平稳时间序列分析的预测变量预处理方法,减少预测变量的干扰信号对模型精度的影响。采用累积损伤理论建立了航天继电器失效物理退化模型。该模型充分考虑了燃弧能量、产品结构、触点材料属性以及样品分散性对触点间隙退化的影响。采用回归分析方法对继电器失效物理退化模型参数进行估计。利用所建模型进行航天继电器寿命预测,其平均预测精度达到70%以上。 现有可靠性评估方法假定继电器失效率恒定,分布类型为指数分布,并不符合产品的真实情况。本文提出基于模糊综合评判的航天继电器最佳失效分布类型确定方法。通过分析继电器触点失效机理,提出基于失效统计模型和基于随机过程的航天继电器退化失效可靠性评估方法。根据建立的多维退化参数统计模型,分别对发生不同失效机理的样品进行了可靠性评估,其可靠度与实际值误差小于5%。 最后,本文设计并实现了航天继电器可靠性评价及寿命试验系统。采用集散控制方式设计基于CAN总线的同步、高速、多通道、多样品的继电器动态波形采集单元,根据采集的波形数据设计并实现退化参数计算的软件算法。采用VC++与Matlab混合编程方法完成上位机软件编写,实现失效机理判别、退化轨迹建模、寿命预测及可靠性评估等方法。 本研究充分利用航天继电器的退化参数对其可靠性进行全面分析和评价,相关方法也可推广应用到其他类似结构的开关电器中。
【学位授予单位】:哈尔滨工业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:V242

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【引证文献】
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