[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

说明书

本发明涉及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.建立贮箱内金属膜片的运动与贮箱内推进剂输出的量的关系模型b.计算贮箱内推进剂的特定体积波动量的金属膜片疲劳寿命可靠度；c.计算贮箱内推进剂的任意体积波动量的金属膜片疲劳寿命可靠度。根据本发明的航天器推进剂金属膜片贮箱疲劳寿命可靠度计算方法能够显著减少试验次数，缩短试验周期，降低试验成本，并且计算结果可信性高。

技术领域

本发明涉及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。

背景技术

金属膜片贮箱是一种常用的航天器推进剂贮箱，能够有效消除外界干扰引起的推进剂晃动。贮箱中的金属膜片将贮箱隔离成气腔和液腔两部分，借助气腔内增压气体对膜片产生挤压，使膜片向液腔方向发生弹塑性变形并移动，将推进剂向贮箱下游出口输送。

航天器在轨飞行时会面临推进系统在一定时期内不需要输出推进剂的情况，如通信卫星等用CMG、动量轮进行姿态控制，又如载人航天器停靠空间站后推进系统暂时停止工作等情况。

推进剂贮箱暂时停止工作期间，受到环境温度变化影响，推进剂体积会发生周期性的热胀冷缩，进而引起贮箱内金属膜片上下移动。金属膜片上下移动时会在膜片弯折处产生周期性的塑性变形。若这种塑性变形程度较大、次数较多，则可能导致贮箱膜片疲劳破损，造成贮箱气腔、液腔贯通，最终导致贮箱推进剂输送功能失效，危及航天器在轨运行安全。将这种推进剂贮箱内金属膜片疲劳失效前的推进剂允许波动次数作为贮箱的疲劳寿命指标。可见，航天器推进剂贮箱寿命可靠度主要取决于贮箱内金属膜片的疲劳寿命及其可靠度。推进剂贮箱研制单位需要计算推进剂贮箱金属膜片疲劳可靠度，以此证明贮箱可靠性设计满足用户要求。

地面试验表明，贮箱内不同的推进剂装载量、不同的温度变化范围对膜片的疲劳寿命均有影响。而航天器推进剂贮箱推进剂剩余量主要与停止工作前飞行任务的推进剂消耗量有关，贮箱平衡温度及温度变化范围与航天器轨道及飞行姿态、贮箱热控设计有关，因此不可能通过有限次的地面试验验证所有飞行工况下的贮箱膜片疲劳寿命寿命及可靠度。

另一方面，通过地面试验可以获得推进剂贮箱在某一推进剂剩余量、某一推进剂体积波动量下的金属膜片疲劳寿命试验子样并计算出其寿命可靠度。

因此，研究一种利用有限数量的推进剂贮箱膜片疲劳寿命试验子样，以对各种推进剂剩余量和推进剂体积波动量组合的贮箱金属膜片疲劳寿命及其可靠度进行准确计算的方法成为亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于解决上述问题，提供一种适应各种推进剂剩余量和推进剂体积波动量组合的航天器推进剂贮箱疲劳寿命可靠度计算方法。

为实现上述发明目的，本发明提供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。

根据本发明的一个方面，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：