發(fā)布時間：2021-08-17 10:46

　　航天信號傳輸系統(tǒng)是航天系統(tǒng)的生命線,而導(dǎo)電滑環(huán)是航天系統(tǒng)信號傳輸系統(tǒng)的重要組成部件,是整星少數(shù)幾個單點失效環(huán)節(jié)之一。由于導(dǎo)電滑環(huán)的工作環(huán)境中涉及電流和摩擦影響,使得滑環(huán)處于多場耦合的復(fù)雜環(huán)境,導(dǎo)致對其進行物理建模尤為困難;同時由于滑環(huán)價格高、試驗過程復(fù)雜的特點,更進一步增加滑環(huán)研究的難度。為了提升航天信號傳輸系統(tǒng)穩(wěn)定性與可靠性,對航天系統(tǒng)中重要的信號傳輸部件導(dǎo)電滑環(huán)進行失效物理建模,并基于模型對滑環(huán)工藝進行優(yōu)化。針對導(dǎo)電滑環(huán)運行原理和失效特點,將滑環(huán)失效的關(guān)鍵部位摩擦副產(chǎn)生的磨屑量作為滑環(huán)性能退化特征量;應(yīng)用赫茲接觸理論和傳熱學(xué)方法分別計算摩擦副磨損過程中的接觸區(qū)域變化和溫度變化,量化熱力電多場耦合對摩擦副磨損的影響;同時結(jié)合磨損計算方法建立多物理場耦合磨損模型,對摩擦副磨損壽命進行預(yù)測,達到對滑環(huán)可靠性與穩(wěn)定性提升的目的。通過與真實滑環(huán)磨損試驗數(shù)據(jù)進行對比,驗證模型的正確性,并將該模型應(yīng)用于實際的滑環(huán)摩擦副工藝設(shè)計。結(jié)果表明,多場耦合模型可有效揭示滑環(huán)摩擦副微觀運作機理并實施壽命預(yù)測,進而可靠地實施滑環(huán)工藝優(yōu)化,提高滑環(huán)壽命與運作可靠性,滿足新一代長壽命衛(wèi)星空間無故障長期可靠運行的需... 

【文章來源】：機械工程學(xué)報. 2020,56(16)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：12 頁

【部分圖文】：

空間用盤式導(dǎo)電滑環(huán)

月2020年8月孫遠航等：航天用導(dǎo)電滑環(huán)失效建模與工藝優(yōu)化研究7圖6基于導(dǎo)電滑環(huán)磨損模型的滑環(huán)工藝優(yōu)化3試驗驗證與結(jié)果分析為了驗證摩擦副多場耦合磨損計算模型的正確性，進行導(dǎo)電滑環(huán)摩擦副磨損試驗，將試驗結(jié)果數(shù)據(jù)與本文提出的多物理場耦合磨損模型的計算結(jié)果比較，驗證模型正確性與可靠性。本文將某廠制造的空間用盤式導(dǎo)電滑環(huán)作為試驗對象，導(dǎo)電滑環(huán)結(jié)構(gòu)如圖7所示，性能參數(shù)如表1所示。圖7盤式滑環(huán)環(huán)體組環(huán)示意圖滑環(huán)摩擦副磨損試驗分為大氣跑合試驗與真空環(huán)境跑合試驗兩個階段，試驗方案如圖8所示。其中大氣跑合試驗用于模擬導(dǎo)電滑環(huán)摩擦副在初始運行階段磨損跑合階段，使導(dǎo)電滑環(huán)進入穩(wěn)定磨損階段；真空跑合試驗?zāi)M導(dǎo)電滑環(huán)穩(wěn)定磨損階段，表1導(dǎo)電滑環(huán)組件性能指標項目技術(shù)指標功率環(huán)額定電流/A7信號環(huán)額定電流/A0.25環(huán)境溫度/℃20±5靜摩擦力矩/(N·m)≤1絕緣電阻/M≥200靜態(tài)接觸電阻變化值/m≤5動態(tài)接觸電阻變化值/m≤5觸頭材料AuCuAgZn導(dǎo)電環(huán)材料紫銅，表面覆Au-Co鍍層觸頭硬度HV300匯流盤硬度HV180額定壽命/轉(zhuǎn)50000圖8導(dǎo)電滑環(huán)摩擦副試驗流程圖

產(chǎn)生焦耳熱，電流經(jīng)過頭分兩條支路流經(jīng)匯流盤，最后經(jīng)過導(dǎo)線傳出，輸入到星體。電流流入過程中，電阻值隨著觸頭運動處于動態(tài)變化，電流通過左右兩側(cè)動態(tài)電阻產(chǎn)生熱量，則通過式(6)表示電阻變化規(guī)律12111RRR+=(6)1R=rθρ(7)2R=r(2πθ)ρ(8)式中，RB1B與RB2B分別為電流流經(jīng)盤面時的左側(cè)與右側(cè)盤道電阻，兩者隨著觸頭位置變化而處于動態(tài)變化；θ與r分別表示為觸頭對應(yīng)轉(zhuǎn)過角度和圓盤半徑，ρ為盤面鍍層材料電阻率。接觸過程簡化圖如圖4所示，R為摩擦副運行過程中的匯流盤動態(tài)總電阻。當轉(zhuǎn)速為nr/s時，則滑環(huán)摩擦副運轉(zhuǎn)產(chǎn)生的焦耳熱功率可表示為222222201(2)2/d23rPIRnIrnnρθθρρππ===ππ∫(9)圖4導(dǎo)電滑環(huán)電流傳輸過程2.2.2摩擦熱觸頭與匯流盤滑動摩擦，根據(jù)摩擦學(xué)計算兩者之間摩擦功率近似為3P=fFv(10)式中，v為滑環(huán)觸頭轉(zhuǎn)速，f為觸頭與匯流盤之間摩擦因數(shù)。2.3滑環(huán)摩擦副接觸熱平衡觸頭與匯流盤在動態(tài)接觸中由于焦耳熱、摩擦熱的產(chǎn)生，溫度一直處于上升狀態(tài)；同時，工作環(huán)境為真空，因此，熱傳遞方式為熱輻射，熱傳遞過程簡圖如圖5所示。通過匯流盤接觸面?zhèn)鬟f熱量，隨著溫度上升，傳遞熱量與產(chǎn)生熱量近似平衡，溫度將處于穩(wěn)定狀態(tài)，通過熱輻射公式P[19]P計算散熱速率40100tbTEC=(11)式中，CB0B為黑體輻射系數(shù)P[20]P，CB0B=5.76W/(mP2P·KP4P)，TBtB單位面積產(chǎn)熱功率與散熱功率相等時的穩(wěn)態(tài)溫度。

【參考文獻】：
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本文編號：3347618