通过细化宇航通用产品成熟度模型的产品化方法研究

通过对产品可靠性基础理论的研究分析,应用宇航产品工程中产品成熟度这一关键理论,提出在产品开发实现全过程中,以功能及硬件FMECA (故障模式、影响及危害性分析)、过程FMECA方法及产品应用结果分析为基础,以影响产品可靠性要素的控制程度确定产品的成熟度等级,以该要素的不断识别、改进为成熟度培育的技术路线,并结合具体产品给出成熟度表征要素的控制要求。     

一种与样本信息合理匹配的可靠性模型

针对随机变量具有一定的积累而又不足以确定概率分布的情况,提出了一 种新的基于分段均匀描述的可靠性模型。该模型在积累数据构成的各个子区间上,采用区间 不确定性情况下的非概率模型求得相应的非概率可靠性指标,并依据每个子区间内均匀分布 假设下非概率可靠性指标与概率可靠度的关系,求得每个子区间内无频率信息情况下基于均 匀分布描述变量不确定性时的概率可靠度。由于每个子区间在所积累的数据中出现的可能性 相等,因此可将每个子区间内的概率可靠度进行平均来得到结构的可靠度。与非概率可靠性 模型只利用了积累数据的最大值和最小值情况相比,此方法可以充分利用积累数据中包含 的不确定性信息,避免了非概率模型描述时过于保守的结果。与概率模型相比,本文方法利 用积累数据自然形成的子区间上的均匀分布描述,避免了关于分布的强假设以及分布参数估 计在小样本情况下的较大误差。算例表明,所提模型是一种介于概率与非概率可靠性模型之 间的合理方法,它可以与样本信息较好地匹配,从而合理地度量结构的安全程度。
     

基于多视角的产品可靠性论证策略

随着产品复杂性的增加和开发周期的缩短,产品的可靠性论证工作越来越具有挑战性.文章提出一种基于多视角的产品可靠性论证策略,用于辨识产品的关键元素(子系统或部组件)和确定所需的可靠性论证试验.该方法在对产品进行三个维度(即实体维、功能维和时间维)分析的基础上,根据同类产品现场使用情况反馈的信息、产品失效模式与影响因素分析(fmea)和已有试验结果确定产品的关键部组件及其关键程度指标,用以对产品进行可靠性分配.所提出的产品可靠性论证策略引入了一个迭代机制以进行可靠性参数更新,可以充分利用各种可靠性信息论证产品不同阶段的可靠性.     

性能参数型航天器机构的可靠性试验评定方法

针对性能参数型航天器机构的工作特点以及试验测试手段的可行性,提出一种适用其可靠性评定的工程化方法。该方法对确定产品可靠性特征量的关键参数进行测量,并根据对产品工作情况的分析,确定与产品无故障工作情况相应的容许值范围。通过样本观测值利用数理统计方法计算产品的可靠性置信下限。算例表明,在精度满足工程计算要求的情况下,本方法可以相当简单地评定出产品的可靠性置信下限,满足航空航天类产品可靠性评定的工程需要     

基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法

针对目前结构优化设计方法未考虑参数随机性的问题,提出基于遗传算法和序列二次规划法的结构稳健性优化设计方法。将结构产品的质量特性作为优化目标,性能函数的可靠度指标作为约束条件,建立稳健性优化设计模型。利用序列二次规划法计算其性能函数的可靠度指标,在此基础上,利用遗传算法进行迭代计算,得出最优设计结果。最后,将某型导引头导轨齿轮设计作为工程案例,验证了使用此结构稳健性优化设计方法能够降低产品重量,提高结构稳健性。     

空间压力容器可靠性定量设计方法研究

针对空间压力容器常规设计方法难以满足航天技术快速发展对轻质量、低成本、高可靠的需求,基于可靠性理论中应力-强度干涉模型,建立空间压力容器可靠性设计数学模型。结合某型号钛合金球形气瓶随机变量统计数据,开展了气瓶可靠性定量设计。计算结果表明,可靠性定量设计方法能够给出产品可靠度定量指标,并在一定程度上降低空间压力容器结构重量。     

爆炸逻辑间隙零门可靠性模型研究

研究了间隙零门可靠度与临界引爆间隙、临界割爆间隙、间隙之间的关系模型及其计算方法,以及间隙零门时间匹配可靠性模型。这些模型可用于间隙零门可靠性分析和参数的优化设计。     

防空导弹武器系统战备阶段可靠性与维修性使用参数的选择

提出对防空导弹武器系统以任务剖面典型事件为模块、以对其功能要求为依据选择战备阶段可靠性与维修性参数的设计思想,并据此选择了最能综合反映战勤值班和对敌作战两个阶段的使用参数——使用可用度A_0和作战任务可靠度R_2(t);给出了战备阶段典型事件使用参数M_(pt)、MTBM_(pt)、MTTR、MTBCF、R_f(y)、R_h(y)的定义、约束条件及表达式。     

高速SpaceWire协议IP的可靠性增强方法

针对航天高速SpaceWire总线系统对协议IP的高可靠性要求,提出一种用于静态随机访问存储器(SRAM)型现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)的增强三模冗余(TMR)方法。该方法对传统三模冗余和部分三模冗余做了改进,将需要进行三模冗余的原设计分为一般单元集和可靠性薄弱的关键单元集,对一般单元集中的每个单元做三模冗余,对关键单元集中的每个单元做顺序四模冗余。给出了顺序四模冗余的可靠度计算式和表决器的布尔表达式。建立了系统可靠性的马尔科夫模型并基于模型开展了可靠性仿真。仿真结果表明增强三模冗余系统的可靠性不仅明显优于传统三模冗余系统,而且优于部分三模冗余系统,使系统可靠性得到有效提高。     

某型号液体火箭发动机启动阀门锁位可靠性试验方法

叙述了某液体火箭发动机启动阀门锁销工作原理,分析探讨了成败型可靠度统计方法存在的可靠度难以准确给出的问题,提出了一种新的启动阀门可靠性试验方法的原理、方案,给出了启动阀门的可靠度指标.     

一种基于快速可恢复电机驱动电路的单粒子锁定防护设计方法及应用验证

随着航天器负载对功率需求的不断增大,产品设计中对电机驱动电路的可靠性提出了更高的要求,而选用一体化集成电路是电机驱动电路设计的一种成熟方案。文章针对商用现货器件MSK4351的空间应用需求,提出了一种应用快速、可恢复电机驱动电路的单粒子锁定防护设计方法,通过模拟试验验证了该防护电路能够自动探测和迅速解除单粒子锁定现象;并结合设备的在轨工况开展了器件空间应用的单粒子风险分析,结果表明器件的使用风险可接受。目前已应用的电机驱动电路在轨工作稳定,表明该防护设计方法具有一定的工程应用价值。     

Xilinx FPGA自主配置管理容错设计研究

针对SRAM型FPGA在空间辐射环境下容易受到单粒子效应影响的问题,在分析可重配置的Xilinx FPGA的结构和故障模式的基础上,提出一种基于自主配置管理的Xilinx FPGA容错设计方案。综合运用诸如逻辑电路三模冗余、块存储器EDAC校验、动态回读、动态局部重配置及周期全局重配置等方法实现故障的屏蔽、检测和修复。该方案覆盖了FPGA的各种单粒子效应故障模式,并且在芯片内部实现了自主配置管理,具有体积小、成本低、可靠性高的特点。     

Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究

针对Xilinx SRAM型FPGA在空间应用中的可行性，分析了Xilinx SRAM型FPGA的结构，以及空间辐射效应对这种结构FPGA的影响，指出SRAM型的FPGA随着工艺水平的提高、器件规模的增大和核电压的降低，抗总剂量效应不断提高，抵抗单粒子效应，尤其是单粒子翻转和单粒子瞬态脉冲的能力降低。分析了FPGA综合后常见的Half-latch在辐射环境中的影响并结合实际工程实践给出了解决上述问题的一些有用办法和注意事项，如，冗余设计、同步设计、算术逻辑运算结果校验、白检等。最后还提出一种基于COTS器件的“由顶到底”的星载信号处理平台结构，分析了这种结构在抵抗辐射效应时的优势。有关FPGA抗辐射的可靠性设计方法已经在某卫星通信载道中成功应用，并通过了各种卫星环境试验，该技术可以为有关航天电子设备设计提供参考。     

真空容器大门法兰结构设计及优化

真空容器大门法兰是空间环境模拟器容器系统实现真空密封的关键件。根据功能要求和结构特点,文章分析了真空容器大门法兰的应力状态和强度设计方法。在此基础上,建立了大门法兰优化设计模型,应用有限元法对不同结构模型进行分析和评估,确定了大门法兰的改进设计方案。工程实践表明,通过对大门法兰进行优化设计,提高了结构设计质量,使大型空间环境模拟器容器更为合理、可靠和经济。     

基于PRA的交会对接任务可靠性评估

为有效评估交会对接任务过程的可靠性指标,提出了基于概率风险评价（PRA）的交会对接任务可靠性评估方法,该方法是通过事件树描述各事件或功能的可靠性与任务可靠性之间的关系,同时通过概率风险模型描述事件或功能的可靠性与设备可靠性之间的关系。根据我国航天领域可靠性工作现状,提出了交会对接过程可靠性评估的工程流程。     

一款新研制ASIC器件的单粒子效应检测与故障定位

针对一款国产新研ASIC器件抗单粒子能力评估的需要,研制了ASIC器件单粒子效应检测系统。通过单粒子效应评估试验,得到了该器件在Kr离子辐照下的单粒子翻转数据。采用故障树分析和电路仿真技术,对ASIC器件内部单粒子翻转敏感模块进行定位。研究成果可为器件厂家后续设计改进和卫星型号系统级抗辐射加固设计提供依据。     

基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法

为实现飞行器分离任务可靠性的定量分析和高效精确评估,研究了高超声速飞行器分离任务过程中各种不确定性因素对分离可靠性的影响,提出一种基于不确定性的飞行器分离可靠性建模与分析方法。面向高超声速飞行器分离任务需求,建立分离动力学仿真模型,综合考虑分离过程不确定性因素的影响,利用灵敏度分析方法识别主要不确定性因素,构建分离可靠性模型。针对此模型,提出一种改进主动学习Kriging(IAK)的分离可靠性分析方法,通过新的采样策略选取失效概率更大的采样点作为新增训练点,进行高效可靠性分析。实例结果表明,该方法能够准确描述不确定性因素对分离过程的影响,提升分离可靠性定量分析的精度和效率,为飞行器分离方案的精细化设计提供支撑。     

事件触发机制下多导弹固定时间编队控制

针对领-从弹编队结构中从弹对领弹的固定时间协同跟踪控制问题，同时为了节省通信带宽和弹载计算资源，基于多智能体一致性理论，给出了有向拓扑下基于事件触发机制的固定时间编队控制算法。用微分几何法将导弹运动模型精确线性化，为其设计固定时间编队控制协议，保证具有较大飞行速度的导弹编队在较短的时间内收敛到稳定的队形。在此基础上，引入事件触发机制，克服有向拓扑下Laplacian矩阵的不对称性和事件触发通信引入的误差项对系统稳定性带来的影响；为从弹设计了基于自身状态误差的事件触发函数，当状态误差满足所设定的阈值时，从弹在通信网络中更新并传递自身的采样信息，有效减少了弹载资源的占用率。利用代数图论、矩阵理论和Lyapunov稳定理论证明了编队控制系统的稳定性。数值仿真结果校验了算法的有效性和稳定性分析的正确性，适用于导弹编队的总体设计。     

固体火箭发动机药柱点火过程结构可靠性的响应面法

结合响应面法与数值模拟方法,分析了药柱的结构动态可靠度。针对固体火箭发动机药柱有限元分析计算量大的问题,根据少量的试验点设计响应面,同时采用拉丁超立方(LHS)技术提高抽样效率,考虑药柱材料参数的随机性,引入极小化变换方法,计算了固体火箭发动机药柱结构的动态可靠度。结果表明,该方法精度较高、通用性强,能够满足工程应用的要求。