本发明提供一种弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，属于弹性驱动陀螺技术领域。
背景技术：
弹性驱动陀螺：一种利用蜗旋弹簧或发条弹簧所存的弹性势能来驱动陀螺转子高速运转的陀螺仪，具有无陀螺电源、启动速度快、工作时间短、耐高过载、一次使用、体积小、质量轻、结构简单等特点，常被用于要求体积小、无陀螺电源的战术导弹和制导兵器中。
弹性驱动陀螺所特有的发条弹簧常置于转子内腔，发条外端固定于陀螺转子上，发条弹簧内端与转子轴可靠相连，陀螺仪启动时，发条弹簧内端与转子轴脱离且不存在摩擦接触。在陀螺解锁信号作用下，电爆管起爆，使得发条弹簧松开，陀螺转子开始高速旋转。电爆管和发条弹簧在弹性驱动陀螺的可靠性评估上有着重要的意义。因弹性驱动陀螺具有一次使用、成本较高的特点，无法对其进行大样本试验，则很难直接评估其可靠性。目前暂无对弹性驱动陀螺的可靠性评估方法。
技术实现要素：
(一)发明的目的
本发明为了解决目前并无对弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，难以评估弹性驱动陀螺的可靠性的问题，从而提出了一种弹性驱动陀螺的可靠性评估方法。
(二)技术方案
本发明一种弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，它包括以下步骤：
步骤一：根据弹性驱动陀螺的功能结构分析得到弹性驱动陀螺失效的关键部件，建立弹性驱动陀螺失效的关联传递图；
所述的“弹性驱动陀螺失效的关键部件”为弹性驱动陀螺的电爆管和发条弹簧；
所述的“弹性驱动陀螺失效的关联传递图”包括：弹性驱动陀螺失效事件、电爆管失效事件和发条弹簧所导致的性能退化失效事件；其中的“发条弹簧所导致的性能退化失效事件”包括：启动时间性能退化失效事件和最大转速性能退化失效事件；
所述的“根据弹性驱动陀螺的功能结构分析得到弹性驱动陀螺失效的关键部件，建立弹性驱动陀螺失效的关联传递图”，其作法如下：
将弹性驱动陀螺失效分为电爆管失效和发条弹簧所导致的性能退化失效，电爆管失效和发条弹簧所导致的性能退化失效之间为串联关系；同时将发条弹簧所导致的性能退化失效分为启动时间性能退化失效和最大转速性能退化失效，启动时间性能退化失效和最大转速性能退化失效之间为串联关系；所述的“串联关系”为两者之间任何一个失效都将会导致整体失效；
步骤二：通过加速寿命试验得到电爆管的寿命分布和可靠度；
所述的“电爆管的寿命分布”为威布尔分布，则电爆管的可靠度r1(t)为：
式中：t为时间；
ηes为电爆管的威布尔分布的特征寿命；
ηes为电爆管的威布尔分布的形状参数；
所述的“通过加速寿命试验得到电爆管的寿命分布和可靠度”，其作法如下：
电爆管样品在多个高温度应力下进行定时截尾试验，得到电爆管试验数据；根据常用的加速模型处理试验数据可得到电爆管的威布尔分布的特征寿命ηes和形状参数ηes；
步骤三：得到启动时间性能的概率密度，进而得到启动时间性能退化失效事件的可靠度；
所述的“启动时间性能”是弹性驱动陀螺的性能参数，启动时间性能与发条弹簧的关系为：
式中：t是弹性驱动陀螺的启动时间性能；
k是发条弹簧的修正系数；
e是发条弹簧的弹性模量；
b是发条弹簧的宽度；
h是发条弹簧的厚度；
lg是发条弹簧的实际工作长度；
j是弹性驱动陀螺转子的转动惯量；
所述的“得到启动时间性能的概率密度，进而得到启动时间性能退化失效事件的可靠度”，其作法如下：
结合式(2)，建立概率密度方程，并进行离散和选点，得到启动时间性能的概率密度pt(b,h,lg,t)；设置启动时间性能的最大阈值tmax，得到启动时间性能退化失效事件的可靠度r2(t)：
其中的“设置启动时间性能的最大阈值”是指弹性驱动陀螺的启动时间需小于等于启动时间性能的最大阈值；
步骤四：得到最大转速性能的概率密度，进而得到最大转速性能退化失效事件的可靠度。
所述的“最大转速性能”是弹性驱动陀螺的性能参数，最大转速性能与发条弹簧的关系为：
式中：ω是弹性驱动陀螺的最大转速性能；
k是发条弹簧的修正系数；
e是发条弹簧的弹性模量；
b是发条弹簧的宽度；
h是发条弹簧的厚度；
lg是发条弹簧的实际工作长度；
j是弹性驱动陀螺转子的转动惯量；
n是发条弹簧的弹性变形圈数；
所述的“得到最大转速性能的概率密度，进而得到最大转速性能退化失效事件的可靠度”，其作法如下：
结合式(4)，建立概率密度方程，并进行离散和选点，得到最大转速性能的概率密度pω(b,h,lg,t)；设置最大转速性能的最小阈值ωmin，得到最大转速性能退化失效事件的可靠度r3(t)：
其中的“设置最大转速性能的最小阈值”是指弹性驱动陀螺的最大转速需大于等于最大转速性能的最小阈值；
步骤五：根据步骤一中的弹性驱动陀螺失效的关联传递图，得到弹性驱动陀螺的可靠度，其作法如下：
由步骤一可知，电爆管失效和发条弹簧所导致的性能退化失效之间为串联关系，启动时间性能退化失效和最大转速性能退化失效之间也为串联关系，则弹性驱动陀螺的可靠度r(t)为电爆管的可靠度r1(t)、启动时间性能退化失效事件的可靠度r2(t)和最大转速性能退化失效事件的可靠度r3(t)的乘值，即弹性驱动陀螺的可靠度r(t)为：
r(t)＝r1(t)*r2(t)*r3(t)(6)
通过式(7)得到可靠度为0.9时的可靠寿命t0.9；
r(t0.9)＝0.9(7)
上述获得的弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命即表示弹性驱动陀螺的可靠性；
其中，在步骤三和步骤四中所述的“发条弹簧的修正系数k”取值为0.84；
其中，在步骤三和步骤四中所述的“发条弹簧的弹性模量e”按时间呈线性退化，为e(t)；
其中，在步骤三和步骤四中所述的“发条弹簧的宽度b”服从于正态分布
其中，在步骤三和步骤四中所述的“发条弹簧的厚度h”服从于正态分布
其中，在步骤三和步骤四中所述的“发条弹簧的实际工作长度lg”服从于正态分布
其中，在步骤四中所述的“发条弹簧的弹性变形圈数n”为常数，取值为3.5；
其中，在步骤三和步骤四中所述的“弹性驱动陀螺转子的转动惯量j”为常数。
其中，在步骤三中所述的“启动时间性能的概率密度pt(b,h,lg,t)”具体为：
其中，在步骤四中所述的“最大转速性能的概率密度pω(b,h,lg,t)”具体为：
通过以上步骤，本发明建立了弹性驱动陀螺失效的关联传递图；运用加速寿命试验得到了电爆管的寿命分布和可靠度；得到启动时间性能的概率密度，进而得到启动时间性能退化失效事件的可靠度；得到最大转速性能退化失效事件的可靠度；最后根据弹性驱动陀螺失效的关联传递图，得到了弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命即表示弹性驱动陀螺的可靠性。本发明采用了弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，得到了弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命，解决了弹性驱动陀螺的可靠性评估难题。
(三)优点和功效
本发明采用了弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，得到了弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命，解决了弹性驱动陀螺的可靠性评估难题。
附图说明
图1为本发明所述的弹性驱动陀螺失效的关联传递图。
具体实施方式
具体实施方式一、结合附图1和具体实施方式对本发明弹性驱动陀螺的可靠性评估方法进行详细说明。
本发明一种弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，见图1所示，它包括以下步骤：
步骤一：根据弹性驱动陀螺的功能结构分析，分析得到弹性驱动陀螺失效的关键部件，建立弹性驱动陀螺失效的关联传递图。
所述的弹性驱动陀螺失效的关键部件为弹性驱动陀螺的电爆管和发条弹簧。
所述的弹性驱动陀螺失效的关联传递图包括：弹性驱动陀螺失效事件、电爆管失效事件和发条弹簧所导致的性能退化失效事件。
所述的发条弹簧所导致的性能退化失效事件包括：启动时间性能退化失效事件和最大转速性能退化失效事件。
所述的“根据弹性驱动陀螺的功能结构分析得到弹性驱动陀螺失效的关键部件，建立弹性驱动陀螺失效的关联传递图”，其作法如下：
将弹性驱动陀螺失效分为电爆管失效和发条弹簧所导致的性能退化失效，电爆管失效和发条弹簧所导致的性能退化失效之间为串联关系。同时将发条弹簧所导致的性能退化失效分为启动时间性能退化失效和最大转速性能退化失效，启动时间性能退化失效和最大转速性能退化失效之间为串联关系。
所述的“串联关系”为两者之间任何一个失效都将会导致整体失效。
步骤二：通过加速寿命试验得到电爆管的寿命分布和可靠度。
所述的电爆管的寿命分布为威布尔分布，电爆管的可靠度为：
式中：t为时间；
ηes为电爆管的威布尔分布的特征寿命；
mes为电爆管的威布尔分布的形状参数。
所述的“通过加速寿命试验得到电爆管的寿命分布和可靠度”，其作法如下：
电爆管样品在多个高温度应力下进行定时截尾试验，得到电爆管试验数据；根据常用的阿伦里乌斯模型，设置模型参数，利用极大似然方法处理试验数据可得到电爆管的威布尔分布的特征寿命ηes和形状参数ηes。
步骤三：得到启动时间性能的概率密度，进而得到启动时间性能退化失效事件的可靠度。
所述的启动时间性能是弹性驱动陀螺的性能参数，启动时间性能与发条弹簧的关系为：
式中：t是弹性驱动陀螺的启动时间性能；
k是修正系数；
e是发条弹簧的弹性模量；
b是发条弹簧的宽度；
h是发条弹簧的厚度；
lg是发条弹簧的实际工作长度；
j是弹性驱动陀螺转子的转动惯量。
所述的“得到启动时间性能的概率密度，进而得到启动时间性能退化失效事件的可靠度”，其作法如下：
结合式(2)，建立概率密度方程，并进行离散和选点，得到启动时间性能的概率密度pt(b,h,lg,t)；设置启动时间性能的最大阈值tmax，得到启动时间性能退化失效事件的可靠度r2(t)：
所述的设置启动时间性能的最大阈值是指弹性驱动陀螺的启动时间需小于等于启动时间性能的最大阈值。
步骤四：得到最大转速性能的概率密度，进而得到最大转速性能退化失效事件的可靠度。
所述的最大转速性能是弹性驱动陀螺的性能参数，最大转速性能与发条弹簧的关系为：
式中：ω是弹性驱动陀螺的最大转速性能；
k是修正系数；
e是发条弹簧的弹性模量；
b是发条弹簧的宽度；
h是发条弹簧的厚度；
lg是发条弹簧的实际工作长度；
j是弹性驱动陀螺转子的转动惯量。
n是发条弹簧的弹性变形圈数；
所述的“得到最大转速性能的概率密度，进而得到最大转速性能退化失效事件的可靠度”，其作法如下：
结合式(4)，建立概率密度方程，并进行离散和选点，进而得到最大转速性能的概率密度pω(b,h,lg,t)；设置最大转速性能的最小阈值ωmin，得到最大转速性能退化失效事件的可靠度r3(t)：
所述的设置最大转速性能的最小阈值是指弹性驱动陀螺的最大转速需大于等于最大转速性能的最小阈值。
步骤五：根据步骤一中的弹性驱动陀螺失效的关联传递图，得到弹性驱动陀螺的可靠度，其作法如下：
由步骤一可知，电爆管失效和发条弹簧所导致的性能退化失效之间为串联关系，启动时间性能退化失效和最大转速性能退化失效之间也为串联关系，则弹性驱动陀螺的可靠度r(t)为电爆管的可靠度r1(t)、启动时间性能退化失效事件的可靠度r2(t)和最大转速性能退化失效事件的可靠度r3(t)的乘值，即弹性驱动陀螺的可靠度r(t)为：
r(t)＝r1(t)*r2(t)*r3(t)(6)
通过式(7)得到可靠度为0.9时的可靠寿命t0.9。
r(t0.9)＝0.9(7)
上述获得的弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命即表示弹性驱动陀螺的可靠性。
具体实施方式二、本实施方式与具体实施方式一所述的弹性驱动陀螺的可靠性评估方法的区别在于，步骤三和步骤四所述的发条弹簧的各项参数具体为：
所述的发条弹簧的修正系数取值为0.84；
所述的发条弹簧的弹性模量按时间呈线性退化，为e(t)；
所述的发条弹簧的宽度服从于正态分布
所述的发条弹簧的厚度服从于正态分布
所述的发条弹簧的实际工作长度服从于正态分布
所述的发条弹簧的弹性变形圈数为常数，取值为3.5；
具体实施方式三、本实施方式与具体实施方式二所述的弹性驱动陀螺的可靠性评估方法的区别在于，步骤三和步骤四所述的弹性驱动陀螺转子的各项参数具体为：
所述的弹性驱动陀螺转子的转动惯量为常数。
具体实施方式四、本实施方式与具体实施方式一所述的弹性驱动陀螺的可靠性评估方法的区别在于，步骤三所述的启动时间性能的概率密度具体为：
具体实施方式五、本实施方式与具体实施方式一所述的弹性驱动陀螺的可靠性评估方法的区别在于，步骤四所述的最大转速性能的概率密度具体为：
弹性驱动陀螺所特有的发条弹簧常置于转子内腔，发条外端固定于陀螺转子上，发条弹簧内端与转子轴可靠相连，陀螺仪启动时，发条弹簧内端与转子轴脱离且不存在摩擦接触。在陀螺解锁信号作用下，电爆管起爆，使得发条弹簧松开，陀螺转子开始高速旋转。电爆管和发条弹簧在弹性驱动陀螺的可靠性评估上有着重要的意义。
通过以上步骤，本发明建立了弹性驱动陀螺失效的关联传递图；运用加速寿命试验得到了电爆管的寿命分布和可靠度；得到启动时间性能的概率密度，进而得到启动时间性能退化失效事件的可靠度；得到最大转速性能退化失效事件的可靠度；最后根据弹性驱动陀螺失效的关联传递图，得到了弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命即表示弹性驱动陀螺的可靠性。本发明采用了弹性驱动陀螺的可靠性评估方法，得到了弹性驱动陀螺的可靠度和可靠寿命，解决了弹性驱动陀螺的可靠性评估难题。