卫星太阳电池阵展开机构可靠性分析研究

论文摘要

太阳电池阵是由多个太阳电池板组成的阵列,在空间轨道上将太阳能转换为电能供卫星使用。目前使用最广泛的太阳电池阵形式是刚性基板的折叠式太阳电池阵,也称之为太阳翼。由于担负着为卫星提供能源的重要任务,太阳翼在发射后能否顺利展开及正常工作直接影响卫星发射的成败。首先,本文介绍了太阳电池阵可靠性研究的背景,国内外相关研究的发展状况,以及本课题研究的目的与意义。并简要的介绍了太阳电池阵的分类,太阳翼结构和机构的构造与功能等。其次,采用故障模式、影响及危害性分析(FMECA)方法对卫星太阳翼展开机构失效问题进行分析,分步完成故障模式及影响分析(FMEA)和危害性分析(CA),形成卫星太阳翼展开机构的FMECA报告。分析得出太阳翼的关键零部件清单,并按照故障的严酷度和危害度,以及故障在危害度矩阵中的位置对太阳翼的Ⅰ,Ⅱ类故障进行排序。分析过程中还针对太阳翼各故障模式提出相应的改进措施,以及该故障模式未被消除的原因,为卫星太阳翼的可靠性设计和结构改进提供参考。第三,本文采用故障树分析(FTA)方法对太阳翼系统进行分析。相较而言,FMECA可以更加详细的描述零部件故障对系统的影响；而FTA可以通过故障分析得出系统的可靠度。同时应用二者可以更加清晰合理地解释零部件故障与系统失效之间的联系。第四,对太阳翼的展开机构进行了机构可靠性分析。分别对太阳翼展开机构进行了机构运动学的可靠性分析与机构动力学的可靠性分析。并采用Monte Carlo统计方法对太阳翼展开机构进行机构运动学和机构动力学可靠性的模拟分析。最后,对太阳翼的展开机构进行了可靠性分配。首先建立了太阳翼系统在随机载荷与极端载荷情况下的系统可靠性模型,以及太阳翼可靠度随时间变化的模型。然后,对太阳翼可靠性分配方法进行了讨论,并针对太阳翼的结构特点,采用综合评分分配方法与等分配方法相结合的方法,对太阳翼展开机构各单元的可靠度进行分配。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第1章 绪论
• 1.1 课题研究的背景、目的及意义
• 1.2 国内外研究的发展概况
• 1.3 太阳电池阵概述
• 1.3.1 太阳电池阵类型
• 1.3.2 太阳翼结构和机构的功能和构造
• 1.4 本课题研究内容
• 第2章 太阳翼FMECA
• 2.1 太阳翼故障模式及影响分析（FMEA）
• 2.1.1 定义分析系统
• 2.1.2 功能框图
• 2.1.3 任务阶段及任务功能
• 2.1.4 环境剖面
• 2.1.5 可靠性框图
• 2.1.6 严酷度类别
• 2.1.7 FMEA分析
• 2.2 太阳翼危害度分析（CA）
• 2.2.1 危害度分类
• 2.2.2 危害性分析
• 2.2.3 危害度矩阵
• 2.3 太阳翼FMECA报告
• 2.4 本章小结
• 第3章 太阳翼FTA
• 3.1 建立太阳翼故障树模型
• 3.2 FTA定性分析
• 3.3 FTA定量分析
• 3.3.1 顶事件发生概率
• 3.3.2 结构概率重要度
• 3.3.3 关键重要度
• 3.4 本章小结
• 第4章 太阳翼展开机构的机构可靠性分析
• 4.1 基本概念
• 4.1.1 机构误差
• 4.1.2 机构误差产生的原因
• 4.1.3 机构精度评定指标
• 4.2 太阳翼展开机构运动学分析
• 4.2.1 理想状况下机构运动关系
• 4.2.2 考虑尺寸误差的机构可靠度模型
• 4.2.3 位移误差的均值与方差
• 4.2.4 位移可靠性
• 4.2.5 考虑运动副间隙误差的计算模型
• 4.2.6 太阳翼展开机构运动学机构可靠性的局限性分析
• 4.3 太阳翼展开机构动力学分析
• 4.3.1 太阳翼展开机构静力矩可靠性分析
• 4.3.2 太阳翼展开机构力矩可靠性分析
• 4.4 太阳翼展开机构可靠性分析的Monte Carlo数字模拟法
• 4.4.1 Monte Carlo模拟的理论基础
• 4.4.2 Monte Carlo可靠性分析方法的计算步骤
• 4.4.3 基于Monte Carlo法的太阳翼展开机构运动学可靠性分析
• 4.4.4 基于Monte Carlo法的太阳翼展开机构动力学可靠性分析
• 4.5 本章小结
• 第5章 太阳冀系统可靠性分配
• 5.1 太阳翼系统可靠性模型
• 5.2 可靠性分配
• 5.2.1 等分配法
• 5.2.2 局部调整法
• 5.2.3 比例分配法
• 5.2.4 综合评分分配法
• 5.2.5 动态规划分配法
• 5.3 太阳翼机构可靠性分配
• 5.3.1 可靠度分配方法比较
• 5.3.2 太阳翼可靠性分配
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 6.1 工作总结
• 6.2 工作展望
• 附录
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间科研成果
• 致谢