[发明专利]一种基于钨顶孔失效对电推进空心阴极的寿命预测方法

说明书

一种基于钨顶孔失效对电推进空心阴极的寿命预测方法，涉及空心阴极检测技术领域。它是为了解决空心阴极寿命评估困难的问题。本发明所述的寿命预测方法，首先建立钨顶孔腐蚀模型，将模拟用空心阴极放入钨顶孔腐蚀模型中进行模拟，获得每次模拟的空心阴极钨顶孔内部气压随时间的变化曲线，然后对每个待预测寿命的空心阴极进行高加速应力退化试验，获得空心阴极钨顶孔内部气压随时间的变化曲线，最后将二者进行比较，若二者一致，则将待预测寿命的空心阴极中钨顶孔内部压力最大和最小值的空心阴极作为标准空心阴极，将两个标准空心阴极所对应的寿命作为待预测寿命的空心阴极的寿命范围端点值，进而获得待预测寿命的空心阴极的寿命范围。

技术领域

本发明属于空心阴极检测技术领域。

背景技术

随着越来越多的电推进装置由早期的设计研发阶段进入工程应用阶段，可靠性成为限制电推进装置进入太空的一个重要因素，电推进空心阴极是一种电子源，应用在离子和霍尔两种现今的主流空间电推进器上，是两种推进系统中必不可少的部件，空心阴极具有严酷的工作环境因而成为推力器系统中的薄弱点，其寿命直接限制了整套电推进装置的可靠性，可以说是整个电推进器的“心脏”，所以对空心阴极的寿命可靠性进行探究具有重要意义。

由于空心阴极具有造价昂贵、可靠性高、寿命长(寿命甚至可以达到几万小时)、各项性能参数变化极其缓慢等特点，因此在空心阴极的寿命探究过程中，1:1的地面试验时间、经济、人力、物力成本均相当高，实验中所允许投入的样本数量非常有限，地面试验时间也有限。传统的统计推断虽然方法简单直观，但在没有大量子样的情况下，对于空心阴极往往只能获得其性能衰退机理，得不到产品的确切寿命和失效置信数据，这给其寿命评估带来严重困难。

此外，当一批阴极生产出来后，因为无法进行大批量的长时间实验验证，如何判断其中有哪些阴极的寿命满足设计要求也是一个急需解决的问题，否则很难进行准确的筛选，因此探究一种新型的空心阴极寿命预测方法势在必行。

发明内容

本发明是为了解决空心阴极得不到确切寿命和失效置信数据，寿命评估困难的问题，现提供一种基于钨顶孔失效对电推进空心阴极的寿命预测方法。

一种基于钨顶孔失效对电推进空心阴极的寿命预测方法，所述寿命预测方法包括以下步骤：

建立模型：以阴极管内部气压作为钨顶孔的性能特征参数，将性能特征参数输入到COMSOL软件中，利用该软件对空心阴极建立钨顶孔腐蚀模型，

模拟实验：保持模拟用空心阴极钨顶孔的孔径均值为0.35mm，将模拟用空心阴极放入钨顶孔腐蚀模型中进行n次模拟，获得每次模拟的空心阴极钨顶孔内部气压随时间的变化曲线，n为正整数，

退化试验：对每个待预测寿命的空心阴极进行高加速应力退化试验，记录空心阴极钨顶孔内部气压随时间的变化曲线，和每个待预测寿命空心阴极的试验寿命，

寿命预测：将退化试验获得的变化曲线与模拟实验获得的变化曲线进行比较，若二者一致，则将待预测寿命的空心阴极中钨顶孔内部压力最大和最小值的空心阴极作为标准空心阴极，将两个标准空心阴极所对应的寿命作为待预测寿命的空心阴极的寿命范围端点值，进而获得待预测寿命的空心阴极的寿命范围，完成寿命预测；否则重新进行退化试验。

模拟实验中，根据空心阴极钨顶孔内部气压随时间的变化曲线，获得同一时间内n次模拟的气压值的方差，该方差是收敛的。

模拟实验中n为20。

退化试验中对每个待预测寿命的空心阴极进行10小时高加速应力退化试验。

为了解决空心阴极寿命预测问题，根据空心阴极的失效机理，本发明提出一种基于钨顶孔短期实验的寿命预测方法。本发明提出了一种借助阴极钨顶孔的在寿命试验过程中的失效规律，结合理论模型进行仿真预测，利用特征参数离散度(方差)的变化情况评估阴极寿命的方法，用于解决阴极筛选、设计验证等诸多寿命评估方面的问题。