冗余航天火工装置可靠性评估方法及应用

火工装置在航天领域有着广泛的应用,是航天关键产品,本身具有价格昂贵、高可靠性（多数要求达到0.9999以上）等特点。火工装置工作的成败,关系着人员的安危和任务的完成。产品在使用前,必须要通过试验来评估可靠性。因此对火工装置可靠性评估方法的研究有着重要的实际工程意义。针对冗余设计航天用火工装置,结合应力-强度等可靠性相关理论,采用强化试验思想提出了冗余设计航天火工装置的可靠性试验评估原理和可靠性试验验证方案。根据提出的原理及验证方案,首次通过试验评估并验证了冗余设计火工装置--某拔销器的功能可靠性,同时两种加严方式的试验也实现了相互验证,从而证明了提出的可靠性评估原理和试验验证方案的正确性及有效性,解决了小子样评估冗余类航天火工装置高可靠性的工程难题。     

一种预测航天火工装置可靠性的小样本方法

给出了一种预测航天火工装置功能可靠性的新方法。当产品特性值服从正态分布,且已知产品上（下）规范限时,基于应力-强度模型,结合可靠性、统计学等相关知识,给出了航天火工装置可靠性的小样本预测方法。该方法可用20发以内的试验样本量来预测火工装置0.999999的高可靠性指标。此方法虽以火工装置为研究背景,但其基本原理可应用到其他机械类产品的可靠性预测之中,为可靠性的预测提供一种新的途径。     

航天火工装置无损检验方法标准简介

概述了航天火工装置无损检验对保证航天型号用火工装置的质量与可靠性、避免灾难性事故、提高发射成功率起的重要作用 ,分析了航天火工装置的中子照相、X射线和γ射线工业CT检验三项无损检验方法标准的共同技术要求 ,重点对这三项检验方法标准的适用范围及应用概况、检验系统仪器、设备配置和检验方法等技术内容作了介绍 ,并从型号研制需要出发 ,对尽快完善、配套航天火工装置无损检验标准 ,提出了建议     

航天火工技术的现状和发展

火工技术是航天工程中的关键技术之一,文章综述了国内、外航天火工技术的现状和发展趋势。重点介绍了火工装置的特性,几种新型起爆技术,索类火工装置,并讨论了火工装置研制中的一些问题以及可靠性技术,最后还提出了几点建议。     

基于假设检验原理的航天火工装置可靠性评估方法

研究提出了一种针对高价值和高可靠指标要求的航天火工装置可靠性评估新方法,该方法成功地将可靠度评估问题转化为参数假设检验问题,并给出了刻度参数纠偏方法,从而实现了在低刺激量工况下,可以仅用少量样本的成败型试验数据,完成具有高可靠要求的航天火工装置在额定刺激量工况下的发火可靠度下限的验证和评估。     

航天火工装置推力测量的干扰分析

航天火工装置种类很多,性能各异。文章仅对广泛使用的弹射器和解锁器类火工装置的推力测量系统进行论述,分析测量过程中的干扰环节,说明不同干扰类型对测量结果的影响。并提出测试改进建议。     

钢球式解锁螺栓分离装置的强度计算

基于失效分析方法,文章确定了某钢球式火工分离装置各组成部件的强度最薄弱环节,并针对这些环节进行了受力分析与最大承载力计算,通过计算得到了外筒壁厚与钢球直径的尺寸设计是影响分离装置总体载荷强度的关键。同时,对火工分离装置进行了分离能力与承载力的试验,结果表明文章提出的强度计算能准确估算出分离装置最大承载力,为类似航天器火工装置的尺寸设计以及小型化设计提供了理论参考依据。     

航天火工装置步进应力加速贮存寿命试验方法研究

针对航天火工装置特点．探讨了以步进加速贮存寿命试验来评定其贮存可靠性的理论与方法。为了提高试验效率和确保试验方案合理优化,提出了采用小样本摸底试验的方法。首先确定阿累尼乌斯（Arrhenius）方程中的参数,以激活能为理论基础,根据摸底试验确定的应力水平和期望的失效数对试验时间进行估计的解决思路．为温度加速试验不同水平下的试验时间的确定,提供了可供参考的指导原则。     

多孔药柱燃气发生器的燃速变化和重现性

研完了多孔药柱燃气发生器的燃速变化特性。对几种装药量为0.5～150kg、有19～235个平行圆孔的药柱的设计进行了评价。主要讨论了多孔药柱与通常的中孔内部燃烧药柱燃速变化曲线的形状和大小的差别,不同的多孔药柱之间的差别,这些效应与弹道预测的关系,多孔药柱的压力一时间曲线重现性分析。分析采用了燃速和燃面的点火前及点火后的弹道性能评估,也考虑了侵蚀燃烧、侵蚀和沉积引起的喉面变化及特性速度变化的影响。从多孔药柱燃气发生器的点火后分析,推导出多孔药柱一般燃速变化曲线,使性能预测精度提高达3%。多孔药柱燃气发生器的性能重现性很好。高燃速发生器最大压力偏差小于3%,低燃速发生器最大压力偏差小于5%。     

宽范围变流量空气/液氧/酒精燃烧加热器试验

为了突破空气/液氧/酒精三组元宽范围变流量燃烧加热器可靠点火和稳定燃烧等关键技术,采用一种经过优化的直流喷嘴来组织燃烧,研制了宽范围变流量燃烧加热器并进行了点火试验,研究了其在10倍流量变化范围内的点火特性和燃烧性能。试验结果表明该燃烧加热器在10倍多的流量变化范围内实现了高效稳定燃烧,其中设计点的燃烧效率达到97%。加热器采用新型组织燃烧方式实现了宽范围变工况和低喷注压力下的可靠点火和稳定燃烧,其中加热器点火成功率100%,稳定工作过程中室压波动小于1%。加热器采用等离子点火火焰先进入燃烧室,随后氧化剂、燃料依次进入燃烧室的点火程序合理。     

航天非火工压紧释放装置研究综述

压紧释放装置是航天器机构系统中的核心部件,决定了连接承载能力与分离冲击大小。针对航天器对于低冲击解锁分离装置的迫切要求,梳理了近期国内外记忆合金、热切割、石蜡致动和电磁致动4类航天非火工压紧释放装置的相关研究进展,分别对其技术途径、作动机理、性能参数等进行介绍与评述。对国内外研究进行对比分析,总结了我国非火工压紧释放装置技术领域亟需突破的研究方向与关键技术,例如轻量化、低冲击、宽温度范围、高响应速度与高一致性、可重复、低成本。     

吸气式PDE点火室引入氧气的试验研究

为了改善吸气式脉冲爆轰发动机的爆轰效果,在发动机的点火室内引入了氧气,并开展了系列试验研究,研究结果表明,点火室内引入氧气,提高了吸气式PDE的爆轰波压力与传播速度,缩短了点火起爆的时间,增加了发动机的平均推力,简化了发动机内的强化燃烧装置。与纯空气状况相比,爆轰波压力最大增加了1.28倍、爆轰波传播速度与发动机平均推力的最大增幅分别为69.57%和62.84%,点火起爆时间则相应减少了36.47%。点火室引入的氧气量存在临界值,小于临界值时随着引入氧气量的提高,发动机爆轰效果的改善越显著;大于临界值时,发动机会形成连续燃烧。     

低冲击火工分离装置优化设计研究

对低冲击火工分离装置在分离过程中产生的冲击进行了研究,分析其分离冲击产生的机理,并以某低冲击火工分离装置为典型,从冲击产生源、结构设计、冲击的阻断与吸收３个环节深入开展了降冲击优化设计研究和试验验证。结果表明,采用的降冲击优化设计方法能够有效降低火工分离装置的分离冲击,可为后续同类装置的方案设计提供参考。     

过氧化氢/煤油双组元推力室催化分解点火研究

针对小推力过氧化氢/煤油推力室催化分解点火进行研究.作为过氧化氢/煤油双组元发动机的技术途径之一,还可扩展应用于催化分解点火火炬、补燃循环发动机中.推力室采用细颗粒催化剂床分解90%浓度过氧化氢(90%H2O2),分解的高温燃气使煤油雾化、蒸发和点火并且自维持燃烧.研究工作包括了催化剂床和气液喷注器的设计、单组元分解特性、双组元点火可靠性、工作效率及稳定性研究.试验中采用热容式燃烧室,催化剂床采用轮毂式分配板和多孔式床支板,并检验了不同结构的分解燃气与燃料喷射、混合情况.研究结果显示,催化分解点火可靠性高,工作稳定,燃烧效率在95%以上.     

新一代大推力火箭发动机点火试验成功

7月29日,我国新一代大推力120吨液氧煤油发动机点火热试车成功,进一步考验了其稳定性、可靠性和安全性,将为我国2014年实现长征五号火箭首飞以及进行后续载人航天工程和月球探测工程等重大航天工程打下坚实基础。自2000年国家正式立项至今的12年间,液氧煤油发动机先后进行了百余次试车,已先后研制出3种基本型发动机,以及5种适应不同火箭总体飞行状态的发动机。     

分离螺母的关键设计参数分析

分离螺母是一种火工连接分离装置 ,用于卫星和火箭的分离机构。本文介绍了分离螺母的作用原理 ,对燃气压力、支撑角、螺纹角和载荷的关系进行了分析。在螺栓载荷和设计约束条件一定的情况下 ,改变分离的支撑角可引起轴向和径向载荷的变化 ,从而影响分离螺母的分离能力。为保证分离螺母正常工作并有合适的裕度 ,应合理设计支撑角的大小。     

固体推进剂裂缝弹道结构分析

本文采用一种计算机程序来预测燃烧时固体推进剂药柱裂缝内的弹道压力相互作用效应及压力引起的裂缝增长问题。本分析系统成功地将断裂力学有限元程序与弹道和裂缝燃烧计算程序结合起来,通过计算机程序,求出燃烧过程中每一时刻的变形和燃烧分布图。本法考虑了药柱表面和裂缝内侧面由燃烧引起的压力载荷,相应地提出了推进剂药柱因燃烧引起的断裂问题。本程序的设计区别了裂缝的燃完和裂缝的失控扩展。本程序业已改进,可用来处理由于点火器的变化和火焰传播效应引起的点火瞬变现象。     

非电传爆序列优化设计

根据非电传爆序列设计基本要求及火工装置可靠性估算方法,对使用起爆药的传爆序列进行了可靠性评估及分析,得到敏感起爆药与钝感猛炸药交叉使用,是降低系统安全性及可靠性的主要因素。通过传爆药钝感化、减少传爆界面个数、调整装药参数等措施,完成了非电传爆序列优化设计,并对优化后传爆序列进行了可靠性评估,设计了可靠性试验及可靠性增长试验。结果表明,优化设计不仅提高了传爆序列安全性,而且使传爆可靠度由0.99提高到0.9999(置信度γ=0.7),能够给非电传爆系统提供高安全、高可靠的传爆组件。     

端燃药柱药面点火引燃过程试验

复合固体推进剂的点火引燃过程一直受到广泛关注。为了提高发动机设计质量,减少点火试验次数,以及更好地揭示燃面的引燃着火机理,本文在大气条件下对端燃药柱的点火试验进行研究,观测到了药柱点火引燃和燃面扩展的瞬时变化情况。通过进一步分析具体燃烧过程,获得了药面单点引燃的燃面扩展方式,并结合传热仿真分析、内弹道计算结果解释了药面点火源数量是影响点火延迟差异、建压时间较长的机理,以及喷管堵塞的主要作用是控制炽热颗粒落在药面上,进而增强燃面着火效率,提升发动机点火可靠性。     

航天用元器件应用验证方法及其应用实例

针对航天用元器件传统鉴定考核方法的局限性,文章提出了一种改进的可靠性保证方法,其核心在于以元器件鉴定试验为基础,结合航天应用的实际背景以及元器件的自身特性制定评估试验方案,对元器件的耐受力裕度、实际性能指标进行评价。将该方法应用于航天器用1553B数据总线隔离变压器的评估,得出了在不同应用条件下其电性能参数的变化趋势以及与进口同类样品间电参数的比对结果,并对其结构与航天型号要求的符合性以及极限性能指标等进行了评估验证。结果表明,该方法可以充分验证航天用元器件研制的成熟度和在航天工程中的适用度,为元器件的研制和应用提供全面参考依据。