一种大气数据探头加速性能退化试验方法与流程

本发明属于性能分析，具体涉及一种大气数据探头加速性能退化试验方法。

背景技术：

1、大气数据探头属于飞机大气数据系统，其安装于飞机机头或机身外部，用于感受飞机总压、静压、表面压力、局部攻角(局部侧滑角)及大气总温等。大气数据探头通常包含总压探头、静压探头、总温探头、攻角传感器(侧滑角传感器)或多种大气数据探头的组合。

2、大气数据探头由于安装在飞机外部，直接暴露在飞机外部大气环境中，为保证大气数据探头在结冰气象条件下能正常工作，大气数据探头一般采用电加热方式实现防冰和除冰功能，并保证其工作性能。

3、大气数据探头是影响飞机安全的关键设备之一，为满足飞机安全性和可靠性要求，大气数据探头的寿命/可靠性指标一般要求不低于20000小时，大型客机用大气数据探头的寿命/可靠性指标更是要求不低于40000小时。

4、针对大气数据探头寿命/可靠性指标不低于40000小时的极高要求，为证明产品设计满足技术指标要求，如采用正常应力条件下(大气数据探头实际使用环境条件下的应力)的寿命/可靠性指标验证试验方法，约需连续进行4.5662年，这将导致产品试验周期和设备占用时间超长，研制试验经费极高，使大气数据探头的研制经费和研制周期不可接受。

5、大气数据探头主要由实现探头加热功能的加热丝(或加热器)和实现气动感受功能的机械结构两部分组成。由于机械结构的失效率远低于加热丝的失效率，因此，大气数据探头的寿命/可靠性指标主要由加热丝的寿命/可靠性及焊接工艺决定。

6、大气数据探头的主要失效模式及原因：(1)主要失效模式：加热丝烧断开路；(2)主要原因：大气数据探头在使用环境中，持续承受“高温”环境和“常温-高温-常温”的温度冲击，引起加热丝绝缘层的绝缘性能退化而下降，导致电压击穿，并最终导致加热丝局部温度过高而烧断。根据大气数据探头失效模式及原因分析，大气数据探头绝缘性能退化特征参数与环境温度和工作电源电压两种应力相关，其加速性能退化符合爱林模型。

技术实现思路

1、本发明为了解决以上问题，提出了一种大气数据探头加速性能退化试验方法。

2、本发明的技术方案是：一种大气数据探头加速性能退化试验方法包括以下步骤：

3、s1：构建大气数据探头加速性能退化试验系统；

4、s2：利用大气数据探头加速性能退化试验系统，获取大气数据探头的电应力极限、温度应力极限以及电应力和温度应力的综合应力极限；

5、s3：根据大气数据探头的电应力极限、温度应力极限以及电应力和温度应力的综合应力极限，利用大气数据探头加速性能退化试验系统进行大气数据探头加速性能退化试验，确定大气数据探头的使用寿命。

6、进一步地，步骤s1中，大气数据探头加速性能退化试验系统包括温度箱、测试箱、电脑、温度探针、绝缘电阻测试仪和电源电压调整设备；所述温度箱、电脑、温度探针、绝缘电阻测试仪和电源电压调整设备均与测试箱连接；所述温度探针设置在温度箱内。

7、进一步地，大气数据探头加速性能退化试验系统中，温度箱用于提供大气数据探头的温度应力；测试箱用于控制大气数据探头加温工作电源的开启和关闭，并将接收的大气数据探头的绝缘电阻和探头尖端温度传输至电脑；温度探针用于采集大气数据探头的探头尖端温度，并传输至测试箱；绝缘电阻测试仪用于测试大气数据探头的绝缘电阻，并传输至测试箱；电源电压调整设备用于调整大气数据探头的加温工作电源电压；电脑用于分析大气数据探头加速性能退化试验的实时数据。

8、进一步地，步骤s2中，获取大气数据探头的电应力极限的具体方法为：将大气数据探头放入温度箱中，所述温度箱不控温，将大气数据探头的加温工作电源电压升高至大气数据探头的额定工作电压后，对大气数据探头的加温工作电源电压进行升压，直至大气数据探头故障，并将大气数据探头故障前的最高加温工作电源电压作为电应力极限。

9、进一步地，步骤s2中，获取大气数据探头的温度应力极限的具体方法为：将大气数据探头放入温度箱中，加温工作电源处于额定工作电压，通过温度箱对大气数据探头进行升温，直至大气数据探头故障或试验系统的温度达到温度箱的最高施加环境温度，并将大气数据探头故障前的探头尖端温度或温度箱最高施加环境温度对应的探头尖端温度作为大气数据探头的温度应力极限。

10、进一步地，步骤s2中，获取电应力和温度应力的综合应力极限的具体方法为：将大气数据探头放入温度箱中，将大气数据探头的加温工作电源电压升高至大气数据探头的额定工作电压后，对大气数据探头进行升温和升压，直至大气数据探头故障，将大气数据探头故障前的最高施加环境温度、最高加温工作电源电压对应的探头尖端温度和最高加温工作电源电压作为电应力和温度应力的综合应力极限。

11、进一步地，步骤s3包括以下子步骤：

12、s31：根据电应力和温度应力的综合应力极限，确定大气数据探头加速性能退化试验的综合加速应力条件；

13、s32：通过电源电压调整设备将大气数据探头的加温工作电源电压上升至综合加速应力条件下的电源电压值，并通过温度箱将环境温度上升至综合加速应力条件下的温度值，生成大气数据探头加速性能退化试验包线；

14、s33：根据大气数据探头加速性能退化试验包线，利用大气数据探头加速性能退化试验系统进行大气数据探头加速性能退化试验，直至大气数据探头的绝缘电阻达到失效电阻阈值，构建大气数据探头性能退化模型；

15、s34：根据大气数据探头加速性能退化试验的绝缘电阻和大气数据探头性能退化模型，确定大气数据探头的绝缘电阻与温度应力、电应力和性能退化试验时间的目标函数；

16、s35：根据大气数据探头的绝缘电阻与温度应力、电应力和性能退化试验时间的目标函数，确定大气数据探头在正常应力下绝缘电阻达到失效电阻阈值的时间，并将其作为大气数据探头的使用寿命。

17、进一步地，步骤s33中，大气数据探头性能退化模型的表达式为：

18、

19、其中，r(t)表示经过时间t的性能退化后大气数据探头的绝缘电阻，r0表示大气数据探头绝缘电阻初始值，ξ表示绝缘性能退化量，a表示第一模型待定常数，b表示第二模型待定常数，n表示第三模型待定常数，t表示探头温度应力，k表示玻尔兹曼常数，s表示电源电压应力。

20、进一步地，步骤s34中，确定大气数据探头的绝缘电阻量与温度应力、电应力和性能退化试验时间的目标函数的具体方法为：根据大气数据探头加速性能退化试验得到的绝缘电阻和大气数据探头性能退化模型的表达式，确定大气数据探头性能退化模型中的第一模型待定常数、第二模型待定常数和第三模型待定常数，并根据大气数据探头性能退化模型、第一模型待定常数、第二模型待定常数和第三模型待定常数，确定大气数据探头的绝缘电阻与温度应力、电应力和性能退化试验时间的目标函数。

21、本发明的有益效果是：

22、(1)本发明采用温度箱、通用电源测试仪、通用电源调整设备和电脑等通用设备组成大气数据探头加速性能退化试验系统，易于实现，成本较低；

23、(2)本发明的大气数据探头加速性能退化试验方法可极大的减少大气数据探头的寿命和可靠性试验时间，可显著降低大气数据探头的研制经费。