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太阳翼驱动机构的可靠性分析

作　者: 石磊
导　师: 黄洪钟
学　校: 电子科技大学
专　业: 机械设计及理论
关键词: 太阳翼驱动机构故障模式及影响分析动态故障树马尔科夫链可靠性建模
分类号: TH112
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 90次
引　用: 2次
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内容摘要

太阳翼驱动机构(Solar Array Drive Assembly,SADA)对卫星有着极其重要的作用。近年来卫星故障频发,这在很大程度上是由于太阳翼出故障所导致的。而太阳翼驱动机构作为太阳翼系统的重要组成部分,其可靠性研究就尤为重要。由于太空环境的复杂性和随机因素的影响,太阳翼驱动机构的故障变得难以预测;而且受技术和试验条件的限制,地面上不能完全模拟太空环境,故其试验也不能得到满意的结果,所以从理论角度对其可靠性进行探讨,有着重要的意义。现有文献只对太阳翼驱动机构的各个部件进行了建模或分析,没有对其进行系统的可靠性研究。本文将尝试从多个角度对太阳翼驱动机构进行系统的可靠性分析。首先,建立了太阳翼驱动机构的故障模式及影响分析(Failure Mode and Effects Analysis, FMEA)表。分析太阳翼驱动机构这个复杂系统的工作原理和结构,再对复杂的太空环境的特点进行总结,分析其对太阳翼驱动机构的影响,总结出太阳翼驱动机构的故障模式,然后按照《故障模式、影响及危害性分析指南》(GJB1391-2006)的规范要求生成《太阳翼驱动机构的FMEA表》,为后续可靠性工作的开展奠定了基础。其次,对太阳翼驱动机构进行动态故障树分析。由于太阳翼驱动机构包含着冷备份、热备份以及其他的动态逻辑器件,故需要采用动态故障树来分析。在权衡了多种动态故障树分析方法后,本文采用二元决策图(Binary Decision Diagram,BDD)和马尔科夫模型(Markov Model)相结合的分析方法,并对Markov模型进行了详细的推导,得出了动态逻辑门的可靠度公式。再根据已知数据得出了故障树顶事件即系统的可靠度。最后,根据太阳翼驱动机构的力学特性,建立运动可靠性模型。考虑到太阳翼驱动机构在驱动过程中会受到各种摩擦力的阻碍,本文将尝试从摩擦力矩和摩擦力做功两个方面建立摩擦力模型,并结合求随机变量函数的数字特征的矩法,分别得出力矩和做功形式的功能函数,代入数据可得到力矩形式和做功形式的可靠度。最后再采用串联模型计算出整个太阳翼驱动机构的力学形式的可靠度。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-10
第一章绪论  10-22
  1.1 太阳翼驱动机构介绍  10-15
    1.1.1 太阳电池阵驱动机构的功能  11-12
    1.1.2 太阳翼驱动机构的发展现状  12-15
  1.2 可靠性理论的发展现状及趋势  15-19
    1.2.1 机械可靠性工程简介  16-19
    1.2.2 太阳翼驱动机构可靠性研究介绍  19
  1.3 太阳翼驱动机构的课题背景和来源  19-20
    1.3.1 课题背景  19-20
    1.3.2 课题来源  20
  1.4 课题研究目的  20
  1.5 课题研究内容  20-21
  1.6 论文组织结构  21-22
第二章常用可靠性分析方法  22-32
  2.1 故障模式及影响分析（FMEA）  22-25
    2.1.1 FMEA 简介  22-23
    2.1.2 FMEA 的分析过程  23-24
    2.1.3 FMEA 的实施步骤  24
    2.1.4 FMEA 与其他方法的集成  24-25
  2.2 故障树分析（FTA）  25-31
    2.2.1 故障树分析简介  25-27
    2.2.2 BDD 简介  27
    2.2.3 动态故障树  27-31
  2.3 小结  31-32
第三章太阳翼驱动机构的FMEA 分析  32-58
  3.1 太空环境（THE SPACE ENVIRONMENT）  32-35
    3.1.1 辐射引发的故障（Radiation Failures）  32-33
    3.1.2 辐射源（Radiation sources）  33-34
    3.1.3 损伤机理（Damage Mechanisms）  34
    3.1.4 撞击引发的故障（Impact Failures）  34
    3.1.5 太阳引发的故障（Solar Failures）  34
    3.1.6 静电放电引发的故障（Electrostatic Discharge）  34-35
  3.2 FMEA 分析  35-57
    3.2.1 太阳翼驱动机构的原理与结构组成  38-39
    3.2.2 太阳敏感器的FMEA  39-42
    3.2.3 控制器——星载控制计算机的FMEA  42-46
    3.2.4 驱动电机的FMEA  46-47
    3.2.5 驱动线路的FMEA  47-48
    3.2.6 谐波减速器的FMEA  48-50
    3.2.7 导电环的FMEA  50-53
    3.2.8 角度传感器的FMEA  53-54
    3.2.9 其他综合故障分析  54-57
  3.3 小结  57-58
第四章太阳翼驱动机构的故障树分析  58-83
  4.1 建立太阳翼驱动机构的故障树  58-67
    4.1.1 实例建模  60-67
  4.2 对动态故障树的分析  67-77
    4.2.1 对太阳敏感器的分析  67-69
    4.2.2 对星载计算机的分析  69-71
    4.2.3 对电机绕组失效的分析  71-72
    4.2.4 对电气系统失效的分析  72-73
    4.2.5 对位置传感器失效的分析  73-75
    4.2.6 对电刷失效的分析  75-77
  4.3 BDD 分析  77
  4.4 可靠性计算  77-81
  4.5 小结  81-83
第五章太阳翼驱动机构可靠性建模  83-90
  5.1 太阳翼驱动机构的力学分析  83-84
  5.2 按力矩形式计算运动功能可靠性  84-87
    5.2.1 驱动力矩  84
    5.2.2 摩擦力矩  84-86
    5.2.3 负载力矩  86
    5.2.4 模型简化  86-87
  5.3 按力矩做功形式计算运动的功能可靠度  87-88
  5.4 太阳翼驱动机构的可靠性计算  88-89
  5.5 小结  89-90
第六章总结与展望  90-92
  6.1 总结  90-91
  6.2 展望  91-92
附录  92-104
致谢  104-105
参考文献  105-111
攻硕期间取得的研究成果  111-112

太阳翼驱动机构的可靠性分析

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