航天器太阳翼驱动机构的时变可靠性研究

【摘要】：太阳翼驱动机构作为航天器在轨运行时能量与信号的传输通道、姿态的调节器,它的可靠性直接决定了航天器的工作寿命。在对其进行可靠性研究时,因为其所处空间环境的多样性与不确定性,导致其失效模式和失效机理难以获得。因成本过高、技术不足,在模拟的空间环境中对其进行实物试验效果不佳,所以对其进行理论分析具有重要意义。传统机械可靠性分析并没有考虑到机械性能退化和载荷既具有随机性又具有时间相关性的因素,从而导致常规基于广义应力-强度的可靠性分析方法只能得到一个确定的可靠度值,这并不能完全反应机械可靠性随时间变化的情况。因此,本文拟在构建时变可靠性模型的基础上,研究太阳翼驱动机构的失效标准判据,建立一个高精度且与实际更相符的时变可靠性模型,从而构建起一体化的时变可靠性模型技术体系和理论方法,为实现航天机械可靠寿命设计一体化目标提供理论基础和技术支撑。本文研究了太阳翼驱动机构机械部分的时变可靠性问题。主要进行了以下研究:(1)收集整理了太阳翼驱动机构空间运行环境的时变不确定性因素,主要有太空辐射、地磁场与磁层、地球大气层-原子氧剥蚀效应和温度交变等,其中温度交变为关键影响因素。(2)通过对太阳翼驱动机构开展FMEA分析,提取了其关键功能部件,即滚动轴承。(3)使用有限元热分析方法,对太阳翼驱动机构滚动轴承进行分析得到了应力样本,运用代理模型理论,得到了其应力随时间的量化表达。(4)由广义应力-强度干涉模型,建立起了太阳翼驱动机构滚动轴承的时变极限状态方程。结合时变动态可靠性分析理论方法,建立起了太阳翼驱动机构时变可靠性模型。最终形成了太阳翼驱动机构时变可靠性模型构建方法,对提高机构时变可靠性具有重要现实意义。