[發明專利]一種加熱絲失效條件下對電推進空心陰極的壽命預測方法

有效

• 申請號: 201611257311.1
• 申請日: 2016-12-30
• 公開（公告）號: CN106650153B
• 公開（公告）日: 2019-08-23
• 發明（設計）人: 寧中喜;王亞楠;于達仁;王福峰;張海廣;韓星
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 哈爾濱市松花江專利商標事務所 23109
• 代理人: 岳昕

一種加熱絲失效條件下對電推進空心陰極的壽命預測方法，涉及空心陰極檢測技術領域。本發明是為了解決空心陰極壽命評估困難的問題。本發明所述的一種加熱絲失效條件下對電推進空心陰極的壽命預測方法，前期準備中確定模擬實驗的模型基礎，獲得模擬實驗元件；模擬實驗中建立加熱絲蒸發模型，利用該模型對實驗元件進行模擬，獲得模擬壽命；短期實驗中直接對待檢測的加熱絲進行檢測，獲得預測壽命。本發明所述的一種加熱絲失效條件下對電推進空心陰極的壽命預測方法適用于加熱絲的壽命預測。

技術領域

本發明屬于空心陰極檢測技術領域。

背景技術

隨著越來越多的電推進裝置由早期的設計研發階段進入工程應用階段，可靠性成為限制電推進裝置進入太空的一個重要因素，電推進空心陰極是一種電子源，應用在離子和霍爾兩種現今的主流空間電推進器上，是兩種推進系統中必不可少的部件，空心陰極具有嚴酷的工作環境因而成為推力器系統中的薄弱點，其壽命直接限制了整套電推進裝置的可靠性，可以說是整個電推進器的“心臟”，所以對空心陰極的壽命可靠性進行探究具有重要意義。

在陰極點火啟動時，需要有外部加熱器將發射體加熱到足夠高的溫度以實現氣體擊穿放電，這一過程中，加熱絲承受著極大的熱應力和電應力沖擊，溫度非常高，因此隨著點火次數的增加，加熱絲在高溫下將會不斷蒸發，并最終由于熱點效應而突然失效，從而導致整個電推進系統無法點火。因此需要對空心陰極的壽命進行評估。

由于空心陰極具有造價昂貴、可靠性高、壽命長(壽命甚至可以達到幾萬小時)、各項性能參數變化極其緩慢等特點，因此在空心陰極的壽命探究過程中，1:1的地面試驗時間、經濟、人力、物力成本均相當高，實驗中所允許投入的樣本數量非常有限，地面試驗時間也有限。傳統的統計推斷雖然方法簡單直觀，但在沒有大量子樣的情況下，對于空心陰極往往只能獲得其性能衰退機理，得不到產品的確切壽命和失效置信數據，這給其壽命評估帶來嚴重困難。

此外，當一批陰極生產出來后，因為無法進行大批量的長時間實驗驗證，如何判斷其中有哪些陰極的壽命滿足設計要求也是一個急需解決的問題，否則很難進行準確的篩選，因此探究一種新型的空心陰極壽命預測方法勢在必行。

發明內容

本發明是為了解決空心陰極壽命評估困難的問題，現提供一種加熱絲失效條件下對電推進空心陰極的壽命預測方法。

一種加熱絲失效條件下對電推進空心陰極的壽命預測方法，該方法為：

前期準備：將所有待測加熱絲的電阻值求平均值μ₀和方差σ₀²，并根據該平均值μ₀設定電阻值合理閾值，將所有待測加熱絲的電阻值與電阻值合理閾值進行對比，將不在閾值范圍內的加熱絲剔除；在符合閾值范圍的加熱絲中選取10個加熱絲作為模擬實驗元件，并保證所述10個加熱絲的電阻滿足正態分布X～N(μ₀,σ₀²)，

模擬實驗：建立加熱絲蒸發模型利用該蒸發模型對模擬實驗元件模擬蒸發過程，在模擬過程中等距選取k個時間點下每個模擬實驗元件的電阻值，獲得每個時間點下10個模擬實驗元件的均值μ_t與方差σ_t²，且該均值μ_t與方差σ_t²滿足正態分布X～N(μ_t,σ_t²)，記錄每個模擬實驗元件實驗結束的時間，選取最小時間值作為模擬壽命；

短期實驗：將待檢測的三個加熱絲放置于實驗裝置中進行短期試驗，獲得短期時間內的電阻的方差，判斷該電阻的方差隨時間的變化值是否小于等于模擬實驗中的每個時間點下10個模擬實驗元件的方差σ_t²，是則將模擬壽命作為待檢測的三個加熱絲的預測壽命；否則待檢測的三個加熱絲不符合實驗要求，結束壽命預測。