[發明專利]一種重復使用運載器壽命評估及預測系統及方法

在審

• 申請號: 201711157139.7
• 申請日: 2017-11-20
• 公開（公告）號: CN107991552A
• 公開（公告）日: 2018-05-04
• 發明（設計）人: 陳洪波;代京;杜剛;黃喜元;楊勇;曹曉瑞;滿益明;陳尚;吳俊輝;韓金鵬;李昊;陳燦輝;張春陽;周正陽;劉海光
• 申請（專利權）人: 中國運載火箭技術研究院
• 主分類號: G01R31/00
• 分類號: G01R31/00;G01M99/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 張麗娜

技術領域

本發明涉及一種重復使用運載器壽命評估及預測系統及方法，屬于航天器維護保障技術領域。

背景技術

如何對重復使用運載器進行壽命評估及預測直接影響著運載器的任務目標、任務周期、再次執行任務準備時間和任務費用等。就重復使用運載器而言，需要經歷①地面準備段->②上升段->③在軌運行段->④再入返回段->①地面準備段->……，各種飛行任務階段惡劣的環境條件，導致運載器處于復雜的力、熱及電磁與空間環境。與傳統運載器不同，重復使用運載器需要實現再入返回和著陸檢測維護后再次執行任務，需在運載器著陸后進行一系列的測試維護保障工作。

航天領域各型號大多采用到壽事后處理的方式進行維護保障規劃，區別于傳統航天型號，可重復使用運載器具備快速往返、重復使用的特點，服役周期長，若仍采用此種方式，則投入的人力、物理、財力將是非常巨大的。就重復使用運載器具體產品而言，如果能在設備性能退化的初期，尤其在還沒有造成重大危害時，就對設備的剩余壽命(Remaining Useful Life,RUL)進行估計，并在此基礎上確定對設備進行維護的最佳時機，不僅能夠極大地提高安全性，避免故障的發生，同時能夠有效地降低停機時間、減少維修周期、簡化維修步驟，從而降低維修成本，因此對重復使用運載器進行剩余壽命評估及預測具有非常重要的意義。

發明內容

本發明的技術解決問題是：針對運載器重復使用問題，克服現有維護保障技術不足，提供一種重復使用運載器壽命評估及預測系統及方法，通過對重復使用運載器的結構、機構、防護、電氣產品等各方面進行壽命評估及預測，進而支撐快速維護，以保證重復使用。

本發明的技術解決方案是：

一種重復使用運載器壽命評估及預測系統，該系統包括數據采集模塊、故障判讀模塊、故障處置模塊和壽命評估及預測模塊，其中，

所述的數據采集模塊用于收集重復使用運載器在線實時數據，并將收集到的在線實時數據發送給故障判讀模塊，供故障判別使用；

所述的故障判讀模塊用于接收并處理由數據采集模塊發送的在線實時數據，進行在線實時判讀，并將判讀結果發送至故障處置模塊和壽命評估及預測模塊；

所述的故障處置模塊用于接收由故障判讀模塊發送的判讀結果，根據判讀結果進行冗余容錯切換與重構，實現對重復使用運載器的故障處置，并將處置結果發送給壽命評估及預測模塊；

所述的壽命評估及預測模塊用于接收由故障判讀模塊和故障處置模塊發送的判讀結果以及處置結果，進行重復使用運載器的壽命消耗記錄、設計壽命評估與預測及在線實時壽命評估與預測。

所述的壽命評估及預測模塊根據接收到的故障判讀模塊和故障處置模塊發送的判讀結果以及處置結果，進行故障報警，歸入壽命評估進程記錄，暫時擱置在線實時壽命評估及預測模塊，故障處置結果用于提供故障恢復標志，重啟在線實時壽命評估及預測模塊，進而與重復使用運載器中部/組件屬性信息進行比對，完善壽命評估，同時具備設計壽命評估及預測功能。

所述的在線實時數據是指重復使用運載器部/組件產品狀態的傳感器監測數據，包括表征重復使用運載器各部/組件產品狀態的電壓、電流、過載、溫度等多種不同類型傳感器監測數據。

所述的重復使用運載器中部/組件屬性信息是指重復使用運載器部/組件產品的設計壽命、累計工作次數、累計工作壽命。

所述的設計壽命評估及預測功能的實現模型為：指數分布：R(t)＝e^-λt

式中：R為產品可靠度，λ為產品故障率，t為產品工作時間。

所述的設計壽命評估及預測功能的實現模型為：威布爾分布：

式中：R為產品可靠度，m為產品形狀參數，η為產品尺寸參數，t為產品工作時間。

所述的設計壽命評估及預測功能的實現模型為：正態分布：

式中：R為產品可靠度，μ為產品工作時間總體平均數，σ為產品工作時間標準差，s為產品工作時間，U為時間上限，L為時間下限。

所述的在線實時壽命評估與預測的實現方法為：

由于重復使用運載器部/組件產品的在線實時壽命評估與預測，發生在重復使用運載器任務工作期間，壽命評估及預測模塊對傳感器多維數據進行降維處理，并擬合出數據隸屬部組件的剩余壽命(RUL)曲線，從而實現重復使用運載器部/組件產品的在線實時剩余壽命評估及預測。

所述的壽命消耗記錄的實現方法為：