[发明专利]一种重复使用运载器寿命评估及预测系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种重复使用运载器寿命评估及预测系统及方法，属于航天器维护保障技术领域。

背景技术

如何对重复使用运载器进行寿命评估及预测直接影响着运载器的任务目标、任务周期、再次执行任务准备时间和任务费用等。就重复使用运载器而言，需要经历①地面准备段->②上升段->③在轨运行段->④再入返回段->①地面准备段->……，各种飞行任务阶段恶劣的环境条件，导致运载器处于复杂的力、热及电磁与空间环境。与传统运载器不同，重复使用运载器需要实现再入返回和着陆检测维护后再次执行任务，需在运载器着陆后进行一系列的测试维护保障工作。

航天领域各型号大多采用到寿事后处理的方式进行维护保障规划，区别于传统航天型号，可重复使用运载器具备快速往返、重复使用的特点，服役周期长，若仍采用此种方式，则投入的人力、物理、财力将是非常巨大的。就重复使用运载器具体产品而言，如果能在设备性能退化的初期，尤其在还没有造成重大危害时，就对设备的剩余寿命(Remaining Useful Life,RUL)进行估计，并在此基础上确定对设备进行维护的最佳时机，不仅能够极大地提高安全性，避免故障的发生，同时能够有效地降低停机时间、减少维修周期、简化维修步骤，从而降低维修成本，因此对重复使用运载器进行剩余寿命评估及预测具有非常重要的意义。

发明内容

本发明的技术解决问题是：针对运载器重复使用问题，克服现有维护保障技术不足，提供一种重复使用运载器寿命评估及预测系统及方法，通过对重复使用运载器的结构、机构、防护、电气产品等各方面进行寿命评估及预测，进而支撑快速维护，以保证重复使用。

本发明的技术解决方案是：

一种重复使用运载器寿命评估及预测系统，该系统包括数据采集模块、故障判读模块、故障处置模块和寿命评估及预测模块，其中，

所述的数据采集模块用于收集重复使用运载器在线实时数据，并将收集到的在线实时数据发送给故障判读模块，供故障判别使用；

所述的故障判读模块用于接收并处理由数据采集模块发送的在线实时数据，进行在线实时判读，并将判读结果发送至故障处置模块和寿命评估及预测模块；

所述的故障处置模块用于接收由故障判读模块发送的判读结果，根据判读结果进行冗余容错切换与重构，实现对重复使用运载器的故障处置，并将处置结果发送给寿命评估及预测模块；

所述的寿命评估及预测模块用于接收由故障判读模块和故障处置模块发送的判读结果以及处置结果，进行重复使用运载器的寿命消耗记录、设计寿命评估与预测及在线实时寿命评估与预测。

所述的寿命评估及预测模块根据接收到的故障判读模块和故障处置模块发送的判读结果以及处置结果，进行故障报警，归入寿命评估进程记录，暂时搁置在线实时寿命评估及预测模块，故障处置结果用于提供故障恢复标志，重启在线实时寿命评估及预测模块，进而与重复使用运载器中部/组件属性信息进行比对，完善寿命评估，同时具备设计寿命评估及预测功能。

所述的在线实时数据是指重复使用运载器部/组件产品状态的传感器监测数据，包括表征重复使用运载器各部/组件产品状态的电压、电流、过载、温度等多种不同类型传感器监测数据。

所述的重复使用运载器中部/组件属性信息是指重复使用运载器部/组件产品的设计寿命、累计工作次数、累计工作寿命。

所述的设计寿命评估及预测功能的实现模型为：指数分布：R(t)＝e^-λt

式中：R为产品可靠度，λ为产品故障率，t为产品工作时间。

所述的设计寿命评估及预测功能的实现模型为：威布尔分布：

式中：R为产品可靠度，m为产品形状参数，η为产品尺寸参数，t为产品工作时间。

所述的设计寿命评估及预测功能的实现模型为：正态分布：

式中：R为产品可靠度，μ为产品工作时间总体平均数，σ为产品工作时间标准差，s为产品工作时间，U为时间上限，L为时间下限。

所述的在线实时寿命评估与预测的实现方法为：

由于重复使用运载器部/组件产品的在线实时寿命评估与预测，发生在重复使用运载器任务工作期间，寿命评估及预测模块对传感器多维数据进行降维处理，并拟合出数据隶属部组件的剩余寿命(RUL)曲线，从而实现重复使用运载器部/组件产品的在线实时剩余寿命评估及预测。

所述的寿命消耗记录的实现方法为：