航天电磁继电器稳健性设计研究

论文摘要

航天电磁继电器是应用于导弹、运载火箭、人造卫星、宇宙飞船、航天飞机及其配套地面测控设备中完成信号传递、执行控制、系统配电等功能的开关电器元件,是国防电子系统中的主要电子元器件之一。其可靠性直接影响军事国防电子系统的可靠性。广泛应用的电磁继电器在型号使用的元器件中是属于可靠性较差的一类。研究电磁继电器的可靠性问题对于避免经济损失、减少武器装备故障等具有可观的经济效益和社会效益。本文针对目前航天电磁继电器由于可靠性设计理论的不完善导致的输出特性抗干扰性差等问题,采用田口玄一提出的稳健性设计方法,从设计上对继电器产品参数及其容差进行优化,以提高其可靠性。动态特性计算是本文研究的基础。通过建立电磁继电器动态特性数学模型,利用磁路法从理论上计算了电磁继电器的动态特性;利用FLUX软件建立了继电器电磁系统的有限元模型,并采用暂态分析功能对继电器动态特性进行了仿真分析;利用ADAMS软件建立了继电器机械系统的多体动力学模型,对继电器动态特性进行了仿真分析并确定了触点分断速度与触点碰撞速度仿真结果的提取方法。仿真结果验证了理论计算的正确性,同时为本文试验研究的准确计算提供了保障。在稳健性参数设计环节,通过对显著影响电磁继电器工作寿命的电弧进行分析,确定了研究的目标函数为触点分断速度、触点碰撞速度和衔铁碰撞速度;基于磁路法计算电磁系统动态特性,通过分析电磁系统各设计参数连续变化时对目标函数的影响,确定了电磁系统的关键设计参数;采用内外侧正交表直积法安排试验,并利用仿真软件进行动态特性计算;通过对试验数据进行信噪比方差分析与灵敏度方差分析得到电磁系统的最优水平组合。最后对参数设计结果进行了实验验证。在稳健性容差设计环节,采用正交试验的手段安排试验,并利用仿真软件计算继电器的动态特性;通过对试验数据进行贡献率分析,分别得到了电磁系统和触簧系统的容差设计公式,并用于评价图纸的公差分配是否合理;以容差设计后目标函数质量特性的波动减小为原来的50%为目标,初步给出电磁系统和触簧系统改进后的方案。当明确各公差与成本或加工能力之间的对应关系后,可对其经济可行性作进一步验证。本文为航天电磁继电器的稳健性设计提供了必要的研究手段和研究基础,其相关方法与技术也可应用到其他电器产品的设计中。目前,研究结论正应用于对某型号航天电磁继电器的改进。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的研究背景
• 1.2 课题研究的目的和意义
• 1.3 国内外在该方向的研究现状及分析
• 1.3.1 继电器产品设计方法及其研究现状
• 1.3.2 稳健设计发展及研究现状
• 1.4 课题的主要研究内容
• 第2章 航天电磁继电器动态特性计算
• 2.1 引言.
• 2.2 研究方案
• 2.3 电磁系统动态特性计算
• 2.3.1 电磁系统数学模型
• 2.3.2 电磁系统动态特性理论计算
• 2.3.3 电磁系统动态特性仿真计算
• 2.4 触簧系统动态特性计算
• 2.4.1 触簧系统数学模型
• 2.4.2 触簧系统动态特性仿真计算
• 2.5 本章小结
• 第3章 航天电磁继电器参数设计
• 3.1 参数设计的目的及意义
• 3.2 参数设计的原理
• 3.3 参数设计流程
• 3.4 电磁系统参数设计
• 3.4.1 目标函数的确定
• 3.4.2 关键参数的确定
• 3.4.3 试验设计及仿真计算
• 3.4.4 数据分析
• 3.4.5 结果验证及结论
• 3.5 本章小结
• 第4章 航天电磁继电器容差设计
• 4.1 容差设计的目的及意义
• 4.2 容差设计的原理及方法
• 4.3 容差设计流程
• 4.4 电磁系统容差设计
• 4.4.1 试验设计及仿真分析
• 4.4.2 数据分析
• 4.4.3 评价及改进方案
• 4.5 触簧系统容差设计
• 4.5.1 试验设计及仿真分析
• 4.5.2 数据分析
• 4.5.3 评价及改进方案
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢