一种航天器液路断接器分离装置的分离可靠性评估方法与流程

本发明属于航天器技术领域，具体涉及一种航天器液路断接器分离装置的分离可靠性评估方法。

背景技术：

对于配置流体回路热控系统的航天器，其流体回路通常需要跨舱段布局，并在舱段对接面设置舱间液路断接器及其分离装置，这种液路断接器分离装置用于在航天器舱段分离前预先完成舱间液路断接器的拔脱分离，可避免液路断接器对舱段分离姿态产生扰动，提高航天器舱段分离的可靠性与安全性。

所述液路断接器分离装置是一种基于分离螺母连接释放和弹簧分离的火工机构，其分离过程中，一方面液路断接器自身设有较大的插拔载荷，液路断接器管路具有较大的附加弯矩，另一方面多组液路断接器必然呈现载荷不均匀性和分离不同步性，因此分离过程的各不确定因素耦合关系复杂，单纯的可靠性理论分析并不全面。

为确保航天器舱段分离任务成功，对液路断接器分离装置的分离可靠性进行充分有效的地面试验验证是非常必要的。航天器火工机构可靠性的传统评估方法为基于成败型试验的计数法，但这种方法所需试验件数量和试验次数均非常庞大，试验成本高居天价，导致实际可靠性试验难以实施开展。

2011年2月第1期《中国空间科学技术》中刘志全等发表的《载人飞船某连接分离机构的可靠性验证试验方法》一文，针对载人飞船某分离机构，采用了基于可靠性特征量统计规律的计量法进行可靠性试验评估，相比计数法这大大减少了试验次数，但其可靠性特征量不易测量，需借助昂贵的高速摄像设备，并累计使用了几十余发真实火工品，试验成本依然没能得到有效节省。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的是提供一种航天器液路断接器分离装置的分离可靠性评估方法，能够显著降低试验件数量和试验次数，有效节省试验成本。

本发明是通过下述技术方案实现的：

一种航天器液路断接器分离装置的分离可靠性评估方法，包括以下步骤：

第一步，确定液路断接器分离装置的分离可靠性评估特征量为两个缓冲器变形尺寸的平均值或两者之间的小值；

第二步，开展液路断接器分离装置的地面分离试验，获取两个缓冲器变形尺寸实测数据，总共开展液路断接器分离装置地面分离试验n次，记在n次地面分离试验中，取每次试验中的两个缓冲器变形尺寸的平均值或两者之间的小值为缓冲器变形尺寸实测数据，得到n个缓冲器变形尺寸实测数据X_i(i＝1,2,…,n)，形成缓冲器变形尺寸实测数据样本集；

第三步，对第二步所得到的缓冲器变形尺寸实测数据样本集进行正态性检验，若所述缓冲器变形尺寸实测数据样本集经检验不拒绝正态性假设，则认为缓冲器变形尺寸实测数据样本集服从正态分布；若所述缓冲器变形尺寸实测数据样本集经检验拒绝正态性假设，则继续开展液路断接器分离装置地面分离试验，增加缓冲器变形尺寸实测数据的数量，直到所述缓冲器变形尺寸实测数据样本集经检验不拒绝正态性假设，则认为缓冲器变形尺寸实测数据样本集服从正态分布；

当缓冲器变形尺寸实测数据样本集服从正态分布后，计算得出缓冲器变形尺寸的样本均值和标准差S；

第四步，根据第三步所计算的缓冲器变形尺寸的样本均值和标准差S，计算正态容许限系数K，并结合试验次数n和设定的置信度γ，查表并经插值计算，获得液路断接器分离装置分离可靠性的评估值。

进一步的，在第二步中的开展液路断接器分离装置的地面分离试验时,通过分离螺母实现液路断接器的连接预紧或解锁释放；分离螺母采用可重复作动的气动式分离螺母，所述气动式分离螺母将火工式分离螺母的一端的点火器替换为密封堵塞，另一端的点火器替换为充气设备而形成。

有益效果：(1)本发明提供的航天器液路断接器分离装置的分离可靠性试验评估方法，选定容易测量获得的缓冲器变形尺寸作为为航天器液路断接器分离装置的分离可靠性特征量，进行样本采集和分析处理，不仅能够真实检验液路断接器分离装置的分离性能，便于掌握可靠性薄弱环节，而且特征量测量手段简单易行，有效节省试验成本。

(2)本发明基于计量法的可靠性验证思路，与计数法即成败型试验相比，可显著降低试验件数量和试验次数，缩短试验周期，节省试验成本。

(3)本发明使用可重复作动的气动式分离螺母，无需使用昂贵的单次作动火工式分离螺母，火工品使用数量和购置经费缩减为零，试验成本得到进一步节省。

附图说明

图1为本发明的分离可靠性评估方法的流程图。

图2为液路断接器分离装置连接状态下的剖面主视图。

图3为液路断接器分离装置连接状态下的剖面左视图。

图4为液路断接器分离装置连接状态下的立体构型示意图。

图5为液路断接器分离装置分离状态下的立体构型示意图。

图6为液路断接器分离装置分离状态下的剖面主视图。

图7为液路断接器分离装置分离状态下的剖面左视图。

图8是火工式分离螺母的结构示意图。

图9为本发明的气动式分离螺母的结构示意图。

其中，1-固定基座，2-定位锥座，3-分离支架，4-导向外筒，5-导向内筒，6-分离弹簧，7-弹簧套筒，8-弹簧端盖，9-随动导杆，10-关节球窝，11-关节球顶，12-缓冲器，13-分离螺母，14-连接螺杆，15-锁紧球垫，16-锁紧螺母，17-脱杆弹簧，18-弹簧压帽，19-固定端，20-分离端，21-点火器，22-密封堵塞，23-充气设备。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种航天器液路断接器分离装置，参见附图2-7，包括：两组分离动力组件、固定基座1、定位锥座2、分离支架3、导向外筒4、导向内筒5、分离螺母13、连接螺杆14、锁紧球垫15、锁紧螺母16、脱杆弹簧17及弹簧压帽18；

所述锁紧球垫15为球缺状结构；

所述固定基座1上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，其中心加工有用于安装锁紧球垫15的球缺槽；

所述定位锥座2上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，定位锥座2的安装孔内圆周面加工为圆锥面，定位锥座2的中心加工有中心孔；

所述分离支架3包括：安装板、设置在安装板中部的矩形架体及固定在矩形架体和安装板之间的三角形肋板；安装板上加工有用于安装两个液路断接器的安装孔，所述安装孔的端面加工有同轴的环形限位台，环形限位台外侧面为圆锥面；

所述导向外筒4一端的内圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；所述导向内筒5一端的外圆周面上设有环形分瓣凸台，另一端设有方形安装法兰；

所述分离动力组件用于提供分离支架3与固定基座1分离的动力；

整体连接关系如下：定位锥座2的一端固定在固定基座1上，定位锥座2的安装孔与固定基座1的安装孔相对；分离支架3的安装板压紧在定位锥座2的另一端，分离支架3的环形限位台的圆锥面与定位锥座2的安装孔的圆锥面相配合；定位锥座2与分离支架3之间为锥面副配合，不但可为相关零件的对接安装提供定位，并且能够传递横向载荷，避免外载作用后连接螺杆14承受弯矩影响其承载性能；

导向内筒5通过其方形安装法兰固定在分离支架3的矩形架体内，导向外筒4套装在导向内筒5的外圆周面上，其内圆周面设有环形分瓣凸台的一端向上，另一端通过其方形安装法兰固定在固定基座1上；其中，导向外筒4内圆周面上的环形分瓣凸台与导向内筒5的外圆周面相抵触，导向内筒5底部外圆周面上的环形分瓣凸台与导向外筒4的内圆周面相抵触；导向外筒4与导向内筒5为间隙配合的圆柱滑动副，配合结构为分瓣式互错凸台，具有末端限位功能且便于重复拆装，配合表面喷涂二硫化钼固体润滑膜，用于降低摩擦并防止真空冷焊；

分离螺母13安装在导向内筒5内，其一端固定在分离支架3的矩形架体顶部，另一端与连接螺杆14的一端连接；连接螺杆14的另一端穿过固定支座1后，固定有锁紧螺母16和弹簧压帽18，脱杆弹簧17安装在连接螺杆14上，且脱杆弹簧17的一端抵触在弹簧压帽18上，另一端抵触在固定支座1上，并使得锁紧螺母16与安装在固定支座1的球缺槽内的锁紧球垫15相抵触；锁紧球垫15与固定支座1之间为球面副配合，其转动自由度可弥补相关零件的制造及装配误差，防止预紧加载后连接螺杆14承受弯矩影响其承载性能；

两个分离动力组件对称安装在分离螺母13的两侧，每个分离动力组件的两端分别与分离支架3和固定基座1固定连接；

其中，所述分离动力组件包括：分离弹簧6、弹簧套筒7、弹簧端盖8、随动导杆9、关节球窝10、关节球顶11及缓冲器12；

所述分离弹簧6用于提供分离支架3分离运动的主要驱动力，通过弹簧力值设计，可满足不同的分离裕度和分离速度要求；

所述随动导杆9的一端加工为球状结构；

所述缓冲器12为薄壁多孔金属管，通过自身压溃变形实现缓冲吸能，降低分离运动到位冲击效应，通过调节缓冲器12壁厚可改变缓冲力特性，通过调节缓冲器12安装位置可改变分离行程；

弹簧套筒7固定在分离支架3的矩形架体顶部；关节球窝10固定在固定基座1上，关节球顶11安装在关节球窝10内，关节球窝10的内腔和关节球顶11的表面形成球形槽；随动导杆9位于分离支架3的矩形架体内，其一端的球状结构与所述球形槽配合，该端安装有弹簧端盖8，随动导杆9的另一端穿过弹簧套筒7后在该端端部固定有缓冲器12；分离弹簧6安装在随动导杆9上，且分离弹簧6的两端分别与弹簧端盖8和弹簧套筒7相抵触；

工作原理：两个液路断接器与两个分离动力组件呈正交对称布置，液路断接器的固定端19与固定基座1固定连接，液路断接器的分离端20与分离支架3的安装板固定连接；通过改变分离支架3与固定基座1之间相对位置即可实现液路断接器的固定端19和分离端20插接贯通或拔脱分离；

当液路断接器的固定端19和分离端20插接贯通时，利用连接螺杆14配合分离螺母6、锁紧球垫15及锁紧螺母16完成预紧加载，将分离支架3通过定位锥座2与固定基座1对接压紧，保证液路断接器的固定端19和分离端20插接贯通；

当液路断接器的固定端19和分离端20拔脱分离时，首先分离螺母13解锁释放连接螺杆14，分离支架3与固定基座1之间连接关系解除，随后连接螺杆14在脱杆弹簧17推力作用下向远离分离螺母13的方向进行拔杆运动，同时分离支架3在分离弹簧6推力作用下向远离固定基座1的方向进行分离运动，直到分离支架3上的弹簧套筒7抵触到缓冲器12，缓冲器12受压变形以吸收能量，最终缓冲停止后，分离支架3在分离弹簧6残余推力作用下稳定停驻，保证液路断接器的固定端19和分离端20拔脱分离；

其中，分离支架3与固定基座1之间通过导向外筒4和导向内筒5实现刚性导向分离，保证双组液路断接器分离同步且姿态对正。

随动导杆9与关节球窝10及关节球顶11装配组成关节轴承，作为分离弹簧6的浮动支承，避免对分离运动产生导向过约束；

脱杆弹簧17用于提供连接螺杆14拔杆运动的主要驱动力，避免其无约束大幅晃动引起动态干涉。

基于上述航天器液路断接器分离装置的分离可靠性评估方法，参见附图1，具体步骤如下：

第一步，确定液路断接器分离装置的分离可靠性评估的特征量：根据液路断接器分离装置的工作原理中的“分离支架3上的弹簧套筒7抵触到缓冲器12，缓冲器12受压变形以吸收能量，最终缓冲停止后，分离支架3在分离弹簧6残余推力作用下稳定停驻”，确定两个缓冲器变形尺寸的平均值或两者之间的小值为液路断接器分离装置的分离可靠性评估的特征量，记缓冲器变形尺寸为X；

第二步，进行特征量实测数据的采集：通过开展液路断接器分离装置的地面分离试验获取特征量(即缓冲器的变形尺寸)实测数据；当液路断接器分离装置产生分离运动并缓冲停止后，测量液路断接器分离装置的缓冲器变形尺寸，并取两个缓冲器变形尺寸中较小值或平均值作为该次地面分离试验的特征量实测数据；更换缓冲器并复位气动式分离螺母，按所述步骤重新进行下一次液路断接器分离装置地面分离试验；

总共开展液路断接器分离装置地面分离试验n次，记在n次地面分离试验中，获取得到n个缓冲器变形尺寸实测数据X_i(i＝1,2,…,n)，形成缓冲器变形尺寸实测数据样本集；

其中，分离螺母实现液路断接器的连接预紧或解锁释放，将液路断接器两端插接贯通或拔脱分离；分离螺母采用可重复作动的气动式分离螺母，其通过火工式分离螺母改造，即将火工式分离螺母的一端的点火器21替换为密封堵塞22，另一端的点火器21替换为充气设备23，参见附图8-9；然后通过充气设备23向气动式分离螺母的内腔进行压力供气使其解锁释放连接螺杆；

第三步，进行特征量实测数据的正态分布检验：按照国家标准GB/T4882所述方法，对第二步所得到的缓冲器变形尺寸实测数据样本集进行正态性检验，若所述缓冲器变形尺寸实测数据样本集经检验不拒绝正态性假设，则认为缓冲器变形尺寸实测数据样本集服从正态分布；若所述缓冲器变形尺寸实测数据样本集经检验拒绝正态性假设，则继续开展液路断接器分离装置地面分离试验，增加缓冲器变形尺寸实测数据的数量，直到所述缓冲器变形尺寸实测数据样本集经检验不拒绝正态性假设，则认为缓冲器变形尺寸实测数据样本集服从正态分布；

当缓冲器变形尺寸实测数据服从正态分布后，计算得出缓冲器变形尺寸X的样本均值和标准差S分别为：

第四步，进行液路断接器分离装置分离可靠性的评估：按照国家标准GB/T4885所述方法，根据第三步所计算的缓冲器变形尺寸的样本均值和标准差S，首先计算正态容许限系数K：

其中，X_L为缓冲器变形尺寸的下限值，本实施例中缓冲器变形尺寸的下限值为缓冲器不进行变形时的数值，即X_L＝0；

根据正态容许限系数K，试验次数n及设定的置信度γ，查表并经插值计算后，获得液路断接器分离装置分离可靠性的评估值。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。