空间铰接式伸展臂可靠性分析及仿真研究

【摘要】空间铰接式伸展臂是一种具有高精度、高收拢率和高稳定性的可重复锁解的空间展开机构，广泛应用于各类宇航空间活动，如展开太阳能帆板、支撑探测设备和建设空间站等。因空间铰接式伸展臂所处的工作环境为真空深冷太空环境，其可靠性面临严峻挑战：一方面受太空复杂环境效应影响，伸展臂系统的故障模式变得难以预测；另一方面受试验条件限制，完全模拟太空环境的地面可靠性试验难以实现。因此，从可靠性理论角度出发，以空间铰接式伸展臂为研究对象，对其进行系统、全面的可靠性分析。基于空间铰接式伸展臂的结构组成及工作原理，分析伸展臂在空间环境效应作用下所有故障模式，并根据FMEA流程，生成空间铰接式伸展臂的FMEA表格。权衡基于不同理论的动态故障树分析方法，采用基于贝叶斯网络的动态故障树分析法对空间铰接式伸展臂进行可靠性分析。根据已生成的FMEA表格，构建伸展臂系统的动态故障树模型，利用BNT将其转换为相应的贝叶斯网络模型，并进行伸展臂系统的可靠度计算。针对空间铰接式伸展臂折展单元的工作过程，分析运动过程中折展单元的力学特性，建立展开过程各阶段相应的力学模型，确定不同阶段的极限状态功能函数，构建折展单元在展开过程各阶段的可靠性数学模型，并采用MonteCarlo方法进行模拟仿真及可靠度计算，最后采用串联模型计算伸展臂折展单元在整个展开过程的工作可靠度。针对空间铰接式伸展臂的子样小、高可靠问题，根据计数序贯抽样检验方案的基本原理、理论依据以及判断准则，基于计数序贯抽样检验的方法及步骤流程，结合抽验空间铰接式伸展臂的样品数量极小子样实际情况，进行其可靠性试验方案设计。
【作者】黄丹敏；
【导师】胡明；钱萍；
【作者基本信息】浙江理工大学，机械设计及理论，2014，硕士
【关键词】空间铰接式伸展臂；机构可靠性；FMEA；动态故障树分析；贝叶斯网络；

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