[发明专利]航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法

权利要求书

1.一种航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法，包括以下步骤：

a.建立贮箱金属膜片变形面积与贮箱内推进剂体积波动量之间的关系模型；

b.计算贮箱内推进剂特定体积波动量的金属膜片疲劳寿命可靠度；

c.计算贮箱内推进剂任意体积波动量的金属膜片疲劳寿命可靠度。

2.根据权利要求1所述的航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法，其特征在于，所述贮箱具有球形内腔，所述贮箱内能够加注推进剂的体积为V₀＝4πR³/3；

在所述a步骤中，建立关系模型的方法及关系式为：

贮箱内推进剂输出ΔV₁后的剩余量为V₁，则ΔV₁＝V₀-V₁，此时金属膜片顶端下移量ΔH₁＝2R-H₁，其中H₁为贮箱底端到金属膜片顶端的距离，则体积变化ΔV₁与H₁、R的关系可表示为：ΔV₁＝4πR³/3-πRH₁²/2+πH₁³/12；参与变形的金属膜片环带高度为0.5ΔH₁，变形面积为：ΔM₁＝πRΔH₁；

贮箱内推进剂剩余量为V₁时，若贮箱内推进剂体积波动量为ΔV₂时的推进剂体积为V₂，则ΔV₂＝V₁-V₂，金属膜片顶端移动量ΔH₂＝H₁-H₂，其中H₂为贮箱底端到金属膜片顶端的距离，则体积变化ΔV₂与R、H₁、ΔH₂的关系如下式所示：ΔV₂＝(π/12)(-ΔH₂³+(3H₁-6R)ΔH₂²+(12RH₁-3H₁²)ΔH₂)；

参与变形的金属膜片环带高度为0.5ΔH₂，变形面积为：ΔM₂＝πRΔH₂。

3.根据权利要求1所述的航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法，其特征在于，在所述b步骤中，选取n个金属膜片贮箱进行定时截尾可靠性试验，截尾时间为t_R，参加试验的贮箱内推进剂填充量为V₁，试验中推进剂体积波动量为ΔV₂，则推进剂允许波动次数为t₀时的金属膜片寿命可靠度置信下限R₁(t₀)可由以下公式求得：

式中，F为截尾试验时间为t_R时的金属膜片疲劳失效数，威布尔分布形状因子m＝2.5，γ为置信度；

当失效数F＝0时，上式可简化为

4.根据权利要求3所述的航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法，其特征在于，金属膜片的特征寿命计算公式为：

5.根据权利要求1所述的航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法，其特征在于，在所述c步骤中，需要计算疲劳寿命的贮箱推进剂剩余量为V₁，推进剂体积波动量为ΔV₃，推进剂允许波动次数为t₁，且ΔV₃大于ΔV₂，由ΔV₃和R、V₁、H₁计算得到参与变形的膜片环带面积为ΔM₃，由ΔM₃/ΔM₂之商向上取整得到正整数k，建立k个单元串联的可靠性模型，每个单元的可靠度为R₁(t₀)、特征寿命为η，则推进剂体积波动量为ΔV₃、推进剂允许波动次数为t₂时的金属膜片疲劳寿命可靠度计算公式为：R_k(t₂)＝exp(-k(t₂/η)^m)。