● 摘要
用于测量载体的角位移和角速度的光纤陀螺是导航、制导与控制惯性系统的核心器件,当光纤陀螺应用于航天领域时,空间环境中存在的特定的物理场作用在光纤陀螺及其材料上,会产生电光、磁光、声光、热光等物理效应,已有的研究结果表明,其中对光纤陀螺精度影响较大的空间环境主要是空间温度场、交变磁场和空间辐照等,其中,温度、辐照等会导致光源、电子器件等发生某些缓慢而不可逆的损耗,进而影响光纤陀螺的零偏和标度因数,产生性能参数的退化。而且光纤陀螺属于高可靠长寿命产品,传统的地面模拟试验很难观测其失效或性能变化,因此,本论文主要针对空间用的光纤陀螺,研究了其加速试验方法。主要开展了以下工作:
首先,分析了光纤陀螺的结构、工作原理和主要的性能参数,调研了空间存在的物理场,研究空间环境对光纤陀螺性能产生的影响,确定光纤陀螺在空间环境中的失效模式和失效机理。另外还结合了论文前期的试验数据分析了辐照和温度条件下光纤陀螺的失效机理。
然后,在确定了光纤陀螺在空间环境中的失效模式和失效机理的前提下,结合光纤陀螺的精度参数,确定光纤陀螺的敏感应力与性能参数的映射关系,例如温度与零偏稳定性的关系,辐照与标度因数的关系等,研究光纤陀螺空间环境应力加速模型,其中除了分别研究了温度和辐照单应力的加速模型,还考虑了耦合作用的影响,研究多物理场耦合加速模型,并结合蒙特卡罗仿真分析确定模型的正确性。
最后,针对空间应用光纤陀螺,结合加速模型,分别进行了单应力条件(温度、辐照)和多应力条件下的加速退化试验优化设计。对于单应力条件下的加速退化试验优化设计,首先要选择其退化模型,然后根据优化目标和约束条件来确定加速退化试验方案集合,在此基础上进行优化设计选出最优方案。对于多应力条件下的加速试验,主要是确定多种应力的组合方式,然后类似于单应力加速退化试验优化设计方法,进行优化设计。另外还通过仿真计算验证了该优化方案的稳健性。
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