[发明专利]基于加速栅数据的极小子样离子推力器可靠度确定方法

说明书

基于加速栅数据的极小子样离子推力器可靠度确定方法，步骤如下：1)采集离子推力器整机寿命试验数据；2)采集加速栅部组件试验数据；3)确定推力器寿命形状参数；4)对离子推力器的可靠性进行评估，得到可靠度。本发明通过加速栅部组件试验中加速栅寿命与整机寿命试验中推力器寿命之间的经验关系模型，利用加速栅部组件试验数据得到推力器寿命的形状参数，进而对离子推力器可靠性进行了评估，解决了整机寿命数据极少(仅1～2个)情况下离子推力器可靠性评估问题。

技术领域

本发明属于离子推力器可靠性评估技术领域，具体涉及基于加速栅数据的极小子样离子推力器可靠度确定方法，尤其涉及整机寿命数据极少的情况。

背景技术

电推进系统是一种先进的空间推进系统，具有高比冲、高效率、小推力的特点，能够有效提高卫星在轨服务寿命和承载能力，近年来在空间推进中的应用越来越普遍。电推进相对于化学推进具有高比冲的突出优势，可大幅降低卫星推进剂携带量，从而提高卫星有效载荷比、延长在轨寿命和降低发射重量。

离子推力器是电推力器家族的重要成员，比冲和效率尤为突出。作为离子电推进系统的核心单机之一，离子推力器同时也是影响电推进系统可靠性的主要薄弱环节。为验证离子推力器可靠性，需模拟在轨工况开展地面真空点火试验。但是，受限于研制进度、试验经费等因素，工程实际中通常仅安排1～2台推力器进行试验。根据工程研制经验，推力器寿命一般可采用威布尔分布描述。如果仅利用推力器整机寿命数据进行离子推力器可靠性评估，由于寿命离散性(即形状参数)信息贫乏，会出现无法进行可靠性评估的情况。

通过国外相关研究报道与前期工作发现，加速栅失效是决定离子推力器可靠性的关键失效模式。根据故障机理一致原理，整机寿命形状参数可采用具有相同故障机理的加速栅的寿命形状参数进行表征。相对离子推力器整机，加速栅已经积累了较多的部件级试验数据。基于此，本发明提出了一种基于加速栅数据的极小子样离子推力器可靠度确定方法，通过综合结构相同加速栅的寿命离散性信息(形状参数)，在整机寿命数据较少(小于3个)的情况下，对离子推力器可靠性进行评估。

发明内容

本发明解决的技术方案是：克服现有技术的不足，提供基于加速栅数据的极小子样离子推力器可靠度确定方法，解决离子推力器整机寿命数据极少、无法进行可靠性评估的问题。

本发明的技术方案是：基于加速栅数据的极小子样离子推力器可靠度确定方法，包括如下步骤：

1)采集离子推力器整机寿命试验数据

设共有n_u个台离子推力器进行整机寿命试验，对于第j，j＝1,2,…,n_u；台推力器，采集以下数据：

加速栅厚度h_u,j、栅孔直径初始值D_0,u,j和加速栅电流I_u,j；其中，h、D₀和I分别表示加速栅厚度、加速栅栅孔直径初始值和加速栅电流，角标“u”表示数据来自推力器整机寿命试验，角标“j”表示来自第j台推力器；

2)采集加速栅部组件试验数据

设共有n_p个加速栅试件进行部组件试验，对于第k(k＝1,2,…,n_p)个加速栅试件，采集以下试验数据：加速栅厚度h_p,k、栅孔直径初始值D_0,p,k和加速栅电流I_p,k；其中，角标“p”表示数据来自加速栅部组件试验，角标“k”表示来自第k台推力器；

3)确定推力器寿命形状参数

31)计算寿命比例系数

对于第k个加速栅试件，部组件试验与整机寿命试验的寿命比例系数C_k根据下式计算。