航天器太阳翼展开可靠性的评估方法

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1、中国空间科学技术2013年6月ChineseSpaceScienceandTechnology第3期航天器太阳翼展开可靠性的评估方法刘志全吴跃民濮海玲杨巧龙(中国空间技术研究院，北京100094)摘要作为航天器的电能供给装置，太阳翼对于航天器飞行的成功起着重要作用。文章基于航天器太阳翼展开过程的分析，确定了以太阳翼铰链的总驱动力矩作为展开可靠性的特征量。基于“应力一强度”干涉理论，提出了利用太阳翼铰链线驱动力矩和阻力矩等测试数据进行太阳翼展开可靠性定量评估的方法，并给出了某卫星星座用太阳翼展开可靠性评估的应用示例，为航天器

2、太阳翼的可靠性验证提供了技术途径。关键词可靠性评估太阳翼展开航天器DOI：10．3780／i．issn．1000一758X．2013．03．0081引言太阳翼在轨展开是太阳翼实现将太阳能转化为电能并为航天器供电的前提条件，所以，航天器太阳翼展开的可靠性一直受到宇航界的高度关注[1。3]。一些研究部门套用电子产品可靠性预计的方法对太阳翼机械部分进行可靠性预计[1“]，即：假设太阳翼机械部分寿命服从指数分布，按照公式R—e_‘计算可靠度R，A为失效率，￡为任务时间(一般取￡一500h)。而事实上：1)机械产品多为耗损品，其寿命

3、一般不服从指数分布(多为正态分布或威布尔分布)；2)机械产品的失效率A随时间的变化曲线中没有失效率为常值的情况，不存在类似电子产品那样的“浴盆曲线”，因而A的取值缺乏数据来源；3)太阳翼展开为瞬间过程，仅在几秒到十几秒内完成，取￡一500h也缺乏充分的依据。因此，套用电子产品可靠性预计方法对太阳翼机械部分进行可靠性预计，所得到的可靠性预计结果的客观性不够，存在着一定的人为因素。更重要的是，上述方法没有利用地面真实的测试数据来评估太阳翼展开的可靠性。随着太阳翼定型产品在航天器(特别是卫星星座)上的大量应用，相同技术状态太阳翼

4、的地面测试积累数据使得定量评估太阳翼展开的可靠性成为可能。用真实的测试数据来评估太阳翼展开的可靠性比上文提及的可靠性预计结果更为真实客观。本文基于太阳翼展开的可靠性特征量，提出太阳翼展开的可靠性评估方法，旨在促进在太阳翼研制过程中有效利用真实的太阳翼地面测试数据来开展航天器太阳翼的可靠性评估，为验证太阳翼的展开可靠性提供一个技术途径。2太阳翼的展开过程及可靠性特征量图1为某刚性太阳翼的结构示意，该太阳翼由内板、中板、外板、连接架、根部铰链、板间铰链、连接架联动和板间联动等组成。收稿Ij期：20121016。收修改稿日期：2

5、012—12—18。!!!i至!旦主旦窒塑型堂垫垄ii当航天器发射时，为满足运载火箭对航天器包络尺寸的要求，减少力学环境对太阳翼的影响，太阳翼处于图l(a)所示的收拢状态。处于收拢状态的太阳翼，其根部铰链和板间铰链内的扭簧因弹性变形而产生弹性势能。当太阳翼被释放(通常由火工机构完成释放)后，根部铰链和板问铰链扭簧的弹性势能转化为太阳翼各块电池板运动的动能，太阳翼各块电池板在根部铰链和板间铰链扭簧力矩驱动下依次展开。为保证展开过程的有序性，在太阳翼各铰链线之间设置了联动装置，如铰链线A与B之间、铰链线B与C之问、铰链线C与D

6、之间的联动装置等。联动装置使得太阳翼展开过程中各铰链转角按固定传动比进行。太阳翼展开即将到位时，铰链(包括根部铰链与板间铰链)上的锁定机构开始运动(参见图2)，锁定摆杆在锁定弹簧驱动下绕偏心轴转动，带动柱销进入母铰链上预制的凹槽内，实现太阳翼的锁定[5]。关于太阳翼展开到位后的锁定可靠性评估，因篇幅所限，拟另文刊登。火工机构释放功能的可靠性验证试验及评估方法详见文献[6]，本文不再赘述，仅论述收拢状态的太阳翼被释放后展开过程的可靠性评估。铰链线A铰链线B铰链线c铰链线D连挑地日羊孙上上、旅＼板间联动(2处)’N!l根部铰链

7、连接架内板中板外板(b)展开状态图1某太阳翼的结构示意Flg．1Structure。fasolararray偏心轴锁定摆杆柱销锁定摆杆柱销旧)即将jF始锁定(b)锁定过程中图2太阳翼铰链锁定过程Fig．2HingelockprocessofadepIoyedsolararray在太阳翼地面展开试验中，铰链锁紧深度、对中度、展开时间、联动装置联动绳的张力等参数是判定展开效果的重要依据。铰链锁紧深度、对中度分别用于衡量太阳翼展开并锁定后铰链锁紧状态和翼面平整状态。展开时间是太阳翼从收拢状态到展开状态的状态转变总时间，理论上讲，

8、展开时间既能够综合反映太阳翼的展开性能又容易测试，但在地面模拟零重力展开试验中，展开时间受到零重力展开调挂试验设备状态(如展开架滑道上的摩擦阻力)、大气压力、试验场内空气流动状态等非产品自身因素影响，相同的太阳翼在不同测试场地所测得的展开时间有一定的差异，所以实际上测展开时间难以准确反映太阳翼自身驱动力