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硬X射线调制望远镜高能电子学系统可靠性分析

作　者: 王金明
导　师: 张智
学　校: 清华大学
专　业: 核科学与技术
关键词: 硬X射线调制望远镜可靠性元器件计数法应力分析法故障模式和影响分析
分类号: TH743
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

在高能天体辐射的空间观测研究中,硬X射线能区是研究天体高能过程及解决天体物理中一些基本问题的关键波段。硬X射线调制望远镜(HXMT)是我国正在研制的用于空间硬X射线观测的天文望远镜。HXMT在硬X射线成像技术和创新的数据分析方法的基础上,可以完成硬X射线的巡天观测以及对相应天区深度的成像观测。预期研制成功后,它将是具有世界上领先的灵敏度和空间分辨能力的硬X射线望远镜。电子学系统(HES)是望远镜的核心部分,负责望远镜的数据的采集和控制。由于HXMT将要搭载在卫星上,作为在空间轨道上高度自动化的系统,在其工作寿命期间是无法进行维修的,一旦发生故障,造成的各方面的损失也是巨大的。并且HXMT面对的是恶劣复杂的空间环境,所以,对系统进行严格的可靠性设计是十分必要并且重要的。本文采用了GJB/Z 299C-2006中推荐的元器件计数法和应力分析法对HES进行可靠性预计。首先分析了HES的任务剖面和失效判据,并据此绘制系统在不同失效判据条件下的可靠性框图。然后分别计算PDAU、SDAU和ASU模块的失效率,最终总得到系统的总失效率。HES系统采用的是每个模块分块备份的备份方案,文章的后面还提出了欧洲的INGTEGRAL卫星采用的整机冷备份方案,和现有方案进行对比,并绘制了系统可靠度随着时间变化的曲线。最后,采用故障模式和影响分析的方法对系统进行了可靠性分析。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-9
第1章引言  9-26
  1.1 空间硬X 射线调制望远镜（HXMT）简介  10-11
  1.2 空间硬X 射线望远镜高能电子学系统（HES）简介  11-19
    1.2.1 HES 任务分析  11-13
    1.2.2 系统方案概述  13-19
  1.3 可靠性工程概述  19-23
    1.3.1 可靠性的定义  19
    1.3.2 可靠性工程的发展  19-20
    1.3.3 可靠性的重要性  20
    1.3.4 可靠性指标  20-23
  1.4 高能X 射线望远镜电子学系统(HES)可靠性分析的意义  23-26
第2章建立系统可靠性模型  26-31
  2.1 任务剖面和失效判据  26
  2.2 HES 的可靠性框图  26-30
    2.2.1 在失效判据a 的条件下，系统可靠性框图  28
    2.2.2 在失效判据b 的条件下，系统可靠性框图  28-29
    2.2.3 在失效判据c 的条件下，系统可靠性框图  29-30
  2.3 HES 系统规定的可靠性指标  30-31
第3章利用元器件计数法进行可靠性预计  31-47
  3.1 各个功能模块的可靠度计算  32-38
    3.1.1 PDAU 模块可靠度的计算  32-34
    3.1.2 SDAU 模块可靠度的计算  34-36
    3.1.3 ASU 模块可靠度的计算  36-38
  3.2 系统可靠性计算  38-41
    3.2.1 失效判据a 的条件下，系统可靠性计算  39-40
    3.2.2 失效判据b 的条件下，系统可靠性计算  40-41
    3.2.3 失效判据c 的条件下，系统可靠性计算  41
  3.3 其它备份方案可靠度比较  41-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章利用应力分析法进行可靠性预计  47-76
  4.1 各个功能模块的可靠度计算  48-68
    4.1.1 PDAU 模块可靠度的计算  48-59
    4.1.2 SDAU 模块可靠度的计算  59-63
    4.1.3 ASU 模块可靠度的计算  63-68
  4.2 系统可靠性计算  68-70
    4.2.1 失效判据a 的条件下，系统可靠度计算  69-70
    4.2.2 失效判据b 的条件下，系统可靠度计算  70
    4.2.3 失效判据c 的条件下，系统可靠度计算  70
  4.3 其它备份方案可靠度比较  70-74
  4.4 本章小结  74-76
第5章系统的故障模式和影响分析  76-91
  5.1 FMEA 简介  76-79
    5.1.1 FMEA 的目的和发展过程  76-77
    5.1.2 FMEA 的特点  77-78
    5.1.3 FMEA 的方法  78-79
    5.1.4 FMEA 的适用范围  79
  5.2 HES 系统FMEA 相关约定  79-81
    5.2.1 分析约定层次  79
    5.2.2 故障的严酷度分类  79-80
    5.2.3 故障发生的可能性分类  80
    5.2.4 风险评价指数及相对应的处理原则  80-81
  5.3 对系统进行FMEA 分析  81-89
    5.3.1 HES 系统FMEA 分析表格设计和填写  82-85
    5.3.2 自下而上的迭代分析  85-88
    5.3.3 FMEA 分析结果  88-89
  5.4 本章小结  89-91
第6章结论  91-93
参考文献  93-94
致谢  94-95
附录A HES 系统FMEA 分析表  95-189
个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果  189

硬X射线调制望远镜高能电子学系统可靠性分析

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