基于星箭分离要素的高可靠性星箭对接分离试验方法与流程

本发明属于运载火箭总体，涉及基于星箭分离要素的高可靠性星箭对接分离试验方法。

背景技术：

1、为确保机械接口设计结果的正确性，需要开展一系列的大型地面试验进行验证，其中最重要的当属星箭对接分离试验。

2、国内外运载火箭在正式发射任务前会开展星箭对接分离试验，该试验为大系统间接口地面试验，旨在对大系统间接口进行验证和释放风险。其中，高密度发射运载火箭的发射任务多，发射周期短，生产进度快，出厂计划紧，需要开展的星箭对接分离试验数量繁多。在设计师系统长期以来对星箭对接分离试验及其影响因素认识不够全面深入，以及频繁试验的情况下，伴随着试验次数的增加，试验异常现象发生的概率随之增大，给发射任务带来十分不利的影响，暴露出一系列试验方法方面的问题。

3、因此，为解决对试验影响因素认识不全面、不深入导致试验异常现象频发的问题，亟需对影响星箭对接分离试验的各个要素进行探究和辨识，明确各要素的实际影响和权重，从而优化试验方法，从根源上减小试验异常现象发生的概率，形成基于星箭分离要素的高可靠性星箭对接分离试验方法，实现试验的高可靠性和消除试验异常现象。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出基于星箭分离要素的高可靠性星箭对接分离试验方法，解决由设计师系统对星箭对接分离试验和其影响因素认识不够全面深入所导致的试验异常现象发生概率居高不下的问题，并对星箭对接分离试验方法进行优化改进，提高试验可靠性。

2、本发明解决技术的方案是：基于星箭分离要素的高可靠性星箭对接分离试验方法，包括以下步骤：

3、根据包带式连接解锁装置的结构特征和星箭对接分离历史故障试验产生质量问题的原因，提炼星箭分离要素，所述星箭分离要素包括星箭分离弹簧作用、v形卡块与端框匹配性、爆炸螺栓起爆形式、v形卡块的连接螺栓安装状态、包带预紧力大小、包带预紧力加载方式、卫星端框轴向尺寸；

4、根据星箭分离要素的不同组合情况设计多种解锁分离试验工况，使星箭分离要素向不利于正常分离的方向进行极限拉偏，完成星箭分离解锁裕度试验；

5、根据星箭对接分离历史故障试验中星箭分离要素状态和对应的试验结果、不同工况下的星箭分离解锁裕度试验中星箭分离要素状态和对应的试验结果，对比判断各星箭分离要素对分离结果的影响权重大小；

6、根据各星箭分离要素对分离结果的影响权重大小，对星箭对接分离试验进行优化，将影响权重高于预设门限的星箭分离要素设置为有利于正常分离的状态。

7、进一步的，所述解锁分离试验工况包括工况一：将星箭分离弹簧作用、包带预紧力大小、卫星端框轴向尺寸三个星箭分离要素向不利于正常分离的方向进行极限拉偏，具体为：

8、星箭分离弹簧作动；

9、包带预紧力向下限进行拉偏，使包带预紧力处于半载状态；

10、卫星端框轴向尺寸为非“卫星与运载火箭对接尺寸型谱”规定的尺寸；

11、试验前v形卡块与端框已匹配；

12、爆炸螺栓起爆形式为双边双头正常起爆；

13、v形卡块的连接螺栓全部正常安装；

14、包带预紧力加载方式为均匀加载；

15、在工况一的状态下进行星箭分离解锁裕度试验，卫星支架正常下落。

16、进一步的，所述解锁分离试验工况包括工况二：将全部星箭分离要素均向不利于正常分离的方向进行极限拉偏，具体为：

17、星箭分离弹簧作动；

18、试验前v形卡块与端框未匹配；

19、爆炸螺栓起爆形式为单边单头异常起爆；

20、预设部位的v形卡块的连接螺栓安装异常；

21、包带预紧力取上限；

22、包带连续不间断加载使应力分布不均匀；

23、卫星端框轴向尺寸为非“卫星与运载火箭对接尺寸型谱”规定的尺寸；

24、在工况二的状态下进行星箭分离解锁裕度试验，卫星支架倾斜下落。

25、进一步的，所述解锁分离试验工况包括工况三：在工况二的设置基础上，星箭分离弹簧不作动，试验前v形卡块及端框已匹配，其他星箭分离要素的设置与工况二保持相同；

26、在工况三的状态下进行星箭分离解锁裕度试验，卫星支架正常下落。

27、进一步的，所述解锁分离试验工况包括工况四：在工况三的设置基础上，星箭分离弹簧作动，其他星箭分离要素的设置与工况三保持相同；

28、在工况四的状态下进行星箭分离解锁裕度试验，卫星支架倾斜下落。

29、进一步的，所述解锁分离试验工况包括工况五：在工况四的设置基础上，将v形卡块的连接螺栓全部正常安装，其他星箭分离要素的设置与工况四保持相同；

30、在工况五的状态下进行星箭分离解锁裕度试验，卫星支架正常下落。

31、进一步的，所述星箭对接分离历史故障试验，包括历史故障试验一、历史故障试验二；历史故障试验一中星箭分离弹簧作用、v形卡块与端框匹配性、爆炸螺栓起爆形式、卫星端框轴向尺寸四个星箭分离要素为不利于正常分离的状态，具体为：

32、星箭分离弹簧作动；

33、试验前v形卡块与端框未匹配；

34、爆炸螺栓起爆形式为单边单头异常起爆；

35、v形卡块的连接螺栓全部正常安装；

36、包带预紧力大小按照预设范围；

37、包带预紧力加载方式为均匀加载；

38、卫星端框轴向尺寸为非“卫星与运载火箭对接尺寸型谱”规定的尺寸；

39、历史故障试验二中星箭分离弹簧作用、v形卡块与端框匹配性、v形卡块的连接螺栓安装状态、卫星端框轴向尺寸四个星箭分离要素为不利于正常分离的状态，具体为：

40、星箭分离弹簧作动；

41、试验前v形卡块与端框未匹配；

42、爆炸螺栓起爆形式为双边双头正常起爆；

43、预设部位的v形卡块的连接螺栓安装异常；

44、包带预紧力大小按照预设范围；

45、包带预紧力加载方式为均匀加载；

46、卫星端框轴向尺寸为非“卫星与运载火箭对接尺寸型谱”规定的尺寸。

47、进一步的，所述对比判断各星箭分离要素对分离结果的影响权重大小，具体为：

48、对历史故障试验一、历史故障试验二、五种工况下的解锁分离试验的星箭分离要素和试验结果进行对比分析，当星箭分离弹簧作用、v形卡块与端框匹配性、爆炸螺栓起爆形式、v形卡块的连接螺栓安装状态这四个星箭分离要素的任意三个为不利于正常分离的状态时，试验结果异常的概率大，判断出星箭分离弹簧作用、v形卡块与端框匹配性、爆炸螺栓起爆形式、v形卡块的连接螺栓安装状态是引起试验异常现象发生的主要影响要素；

49、对解锁分离试验工况二、解锁分离试验工况四中的星箭分离要素和试验结果进行对比分析，在未匹配时卫星支架绕v形卡块连接螺栓安装异常位置的v形卡块倾斜下落，在匹配后卫星支架绕爆炸螺栓单边单头起爆点附近的v形卡块倾斜下落，而v形卡块连接螺栓安装异常位置的v形卡块脱离端框时间明显减小，判断出“v形卡块与端框匹配性”的影响权重大于“v形卡块的连接螺栓安装状态”的影响权重；

50、对历史故障试验一、解锁分离试验工况五中的星箭分离要素和试验结果进行对比分析，相比于历史故障试验一，解锁分离试验工况五在“试验前v形卡块与端框已匹配”的情况下，即使“包带预紧力大小”、“包带预紧力加载方式”为不利状态，卫星支架不仅没有倾斜下落、反而正常下落，判断出“v形卡块与端框匹配性”的影响权重大于“爆炸螺栓起爆形式”的影响权重，且“包带预紧力大小”、“包带预紧力加载方式”是引起试验异常现象发生的次要影响要素；

51、卫星端框轴向尺寸归类于引起试验异常现象发生的更为次要的影响要素；

52、根据各星箭分离要素的影响程度，建立各星箭分离要素对试验结果异常的综合影响函数如下：

53、pθ＝k(λ1δ1+λ2δ2+λ3δ3+λ4δ4+λ5δ5+λ6δ6+λ7δ7)

54、其中，pθ为试验结果异常的概率，0≤pθ≤1；k对应星箭分离弹簧作用，为放大系数，δ1对应v形卡块与端框匹配性，δ2对应爆炸螺栓起爆形式，δ3对应v形卡块连接螺栓安装状态，δ4对应包带预紧力大小，δ5对应包带预紧力加载方式，δ6对应卫星端框轴向尺寸，δ7对应其余的不可检验控制的因素；

55、δ1～δ7对应的星箭分离要素处于不利于正常分离状态时，设置为1，否则设置为0；

56、当星箭分离弹簧作动时，k设置为1；当星箭分离弹簧不作动时，k设置为0.5；

57、λ1～λ7分别为相应的星箭分离要素的影响系数，λ1～λ7满足以下数量关系：

58、λ1>λ2、λ3>λ4、λ5>λ6、λ7。

59、进一步的，星箭分离要素的影响系数具体为：λ1＝0.4、λ2＝0.3、λ3＝0.15、λ4＝0.05、λ5＝0.05、λ6＝0.025、λ7＝0.025。

60、进一步的，所述对星箭对接分离试验进行优化，具体为：

61、对于星箭机械接口符合“卫星与运载火箭对接尺寸型谱gjb/z 200-2001”标准的星箭对接分离试验，试验中设置星箭分离弹簧不作动，k设置为0.5，同时试验中增加v形卡块与端框匹配的流程，δ1设置为0，综合影响函数中的其它参数则向利于正常分离状态的方向进行设置；

62、对于星箭机械接口不符合“卫星与运载火箭对接尺寸型谱gjb/z200-2001”标准的星箭对接分离试验，试验中设置星箭分离弹簧作动，k设置为1，同时试验中增加v形卡块与端框匹配的流程，δ1设置为0，综合影响函数中的其它参数则向利于正常分离状态的方向进行设置。

63、本发明与现有技术相比的有益效果是：

64、(1)本发明提出了基于星箭分离要素的高可靠性星箭对接分离试验方法，以某高密度发射运载火箭的星箭对接分离试验为例，通过综合梳理各星箭分离要素开展不同工况下的分离解锁裕度试验，根据试验结果辨识各要素对试验的影响权重后，对试验方法行优化设计，有效提高试验可靠性和降低试验异常发生概率。

65、(2)本发明设计的五个工况和选择的历史试验能够实现各种星箭分离要素的权重比较，且设计的五个工况可以通过一套星箭对接分离试验装置完成，节约了试验成本。

66、(3)相较于传统试验方法，本发明解决了长期以来设计师系统对星箭对接分离试验影响因素认识不够全面深入的固有问题，大大降低了试验异常现象发生概率，具有极高的技术可行性和应用价值，有效提高了试验可靠性，已经成功应用于多次星箭对接分离试验中。