舵组件性能退化分析方法与流程

本发明涉及机械结构性能检测，尤其涉及一种舵组件性能退化分析方法。

背景技术：

1、舵组件是各类飞行器、弹体姿态控制的核心执行机构，其长期贮存后的展开可靠性、驱动力稳定性直接决定整机工作安全性与任务成功率。舵组件属于集成式精密结构，主要由扭簧驱动结构、铰接传动副、锁止限位机构等多个关键部件耦合配合完成展开动作，其整机性能退化并非单一部件劣化导致，而是多部件协同劣化的综合结果。

2、其中，铰接副装配于舵面与舵轴、舵轴与机身安装基座的转动配合位置，为舵组件收拢、展开运动提供旋转支撑约束；锁止机构紧邻铰接副同轴布置，集成于舵组件转动配合腔体内，用于实现舵面折叠贮存状态的锁紧固定与展开到位后的刚性限位。扭簧作为舵组件展开运动的动力输出元件，套装于舵轴铰接回转位置，分别与铰接副、锁止机构形成力学配合关系：扭簧贮存弹性势能并提供舵面展开驱动力，铰接副在扭簧回转运动过程中产生摩擦阻尼阻力，锁止机构在解锁过程中产生卡滞阻力与配合摩擦阻力。在舵组件长周期贮存过程中，扭簧弹性预紧力衰减、铰接副与锁止机构的阻尼劣化相互耦合，共同造成舵组件整体展开力性能衰减，是影响舵组件贮存寿命评估精度的核心结构诱因。

3、因此，在舵组件贮存性能退化分析过程中，理论上必须结合舵组件多关键部件的同步退化特性开展耦合分析，才能真实、完整地反映舵组件整机的实际退化规律。

4、但在工程实际应用中，舵组件为密封集成式精密构件，出厂后长期处于整机装配、封存贮存状态，存在不可拆机检测、结构装配精度要求高的客观限制。若强行拆机对内部部件进行拆解检测，极易破坏舵组件原有装配精度、结构配合关系与密封贮存状态，造成待测产品直接报废，检测成本极高且不具备批量工程实测条件。受限于该技术难点，现有技术难以直接开展舵组件各个内部关键部件的长期原位退化监测，无法获取多部件真实时序退化数据，进而难以实现多组件耦合式的整机性能退化分析。

5、为解决无法拆机实测的问题，现有技术普遍采用仿真模拟的方式对舵组件贮存性能进行预判。其中，传统仿真模拟方法仅能基于预设理想结构参数、固定边界条件进行理论推演，存在明显的技术缺陷：其一，仿真模型无法真实复现长期贮存环境下带来的结构随机劣化特性；其二，传统仿真多采用单因素分析模式，仅单独考虑单一结构衰减，忽略了多结构耦合退化作用，与真实工况下的多部件协同退化机理偏差较大；其三，仿真结果为理论推演数据，并非基于舵组件真实贮存退化的实测数据，导致最终性能退化分析结果失真、寿命预判精度低、可靠性差。

6、综上所述，当前舵组件性能退化分析技术存在拆机实测难以实现、多部件耦合分析落地难度大，而采用仿真模拟方式又存在性能退化分析结果失真、寿命预判精度低和可靠性差的技术问题。

技术实现思路

1、本发明目的在于公开一种舵组件性能退化分析方法，以提升不拆机情况下多部件耦合劣化分析的精准度。

2、为达上述目的，本发明公开的一种舵组件性能退化分析方法包括如下步骤：

3、步骤s10、获取舵组件在预设贮存周期内的扭簧展开驱动力时序监测数据，基于扭簧展开驱动力时序监测数据，拟合得到扭簧展开驱动力随贮存周期的时序衰减变量；

4、步骤s20、基于舵组件内部各阻力元件劣化机理，模拟舵组件内部各阻力元件随贮存周期的劣化规律；其中，舵组件内部的阻力元件包括铰接副和锁止机构，阻力元件劣化机理为长期贮存环境下铰接副和锁止机构性能改变引发的阻力随机波动和非线性劣变特性；

5、步骤s30、基于舵组件的力学传递逻辑，以实时扭簧展开驱动力抵消实时铰接副摩擦阻力、实时锁止机构卡滞阻力后的剩余驱动力，模拟舵组件的实际有效展开驱动力；

6、步骤s40、结合扭簧展开驱动力的时序衰减变量与舵组件内部阻力元件的劣化规律，提取力学裕度、响应速度和到位可靠度的时序序列分别对应的单指标退化曲线，对各单指标退化曲线进行关联性融合形成舵组件展开性能综合退化轨迹。

7、优选地，步骤s10包括：

8、步骤s11、根据舵组件的预设贮存寿命，划定完整贮存周期，设置时序监测的采样节点；

9、步骤s12、在每个采样节点，对舵组件内置扭簧对应的展开驱动力进行原位多轮复测采集，获得多组原始力学检测数据；

10、步骤s13、对原始力学检测数据进行预处理，结合舵组件预设性能正常区间剔除失效畸变数据，并通过多组复测数据择优筛选方式完成数据降噪优化；

11、步骤s14、将预处理后的有效展开驱动力数据与对应的贮存约化时间进行时序关联，构建形成时间-力学性能对应关系的连续时序监测数据集；

12、步骤s15、提取构建完成的连续时序监测数据集，以贮存时间为自变量、预处理后的扭簧展开驱动力为因变量，搭建时序拟合基础数据样本集；

13、步骤s16、结合扭簧金属材料长期贮存的应力松弛、时效老化本构特性确定衰减拟合方式，并确定衰减拟合方式的基础参数初值；

14、步骤s17、将连续时序监测数据集代入衰减拟合方式并进行衰减拟合方式校准；

15、步骤s18、基于校准完成的衰减拟合方式，输出连续的扭簧展开驱动力随贮存时间的动态时序衰减变量，得到全贮存周期内展开驱动力实时衰减数值及衰减速率变化规律。

16、优选地，步骤s20包括：

17、步骤s21、调取预设贮存周期内的时序环境工况参数，构建贮存环境工况参数-结构劣化-阻力增量的关联模型，基于时序环境工况参数匹配得到铰接副劣化系数和锁止机构劣化系数；

18、步骤s22、将铰接副劣化系数代入累计劣化量与摩擦阻力的非线性量化关系，结合与扭簧展开驱动力衰减时序同步的采样节点，确定各采样节点下铰接副摩擦阻力的基础增量和环境随机波动量；

19、步骤s23、基于锁止机构劣化系数更新动态卡滞阻力的动态波动区间，结合锁止机构的不可逆劣化机制，引入随机突变系数模拟生成瞬时卡滞阻力异常峰值；

20、步骤s24、融合各采样节点下铰接副摩擦阻力的基础增量和环境随机波动量，以及锁止机构动态卡滞阻力的动态波动区间和瞬时卡滞阻力异常峰值，分别获得铰接副摩擦阻力的劣化时序曲线和锁止机构卡滞阻力的劣化时序曲线，实现结构阻力劣化进程与扭簧展开驱动力劣化进程的时序同步推演。

21、优选地，步骤s30包括：

22、步骤s31、梳理舵组件的逐级力学传递路径，以构建扭簧展开驱动力、克服铰接副摩擦阻力和克服锁止卡滞阻力至有效驱动力输出的力学优先级逻辑；

23、步骤s32、将同一采样节点的实时扭簧展开驱动力、实时铰接副摩擦阻力和实时锁止机构卡滞阻力进行时序匹配；

24、步骤s33、根据力学传递路径，逐级进行力学差值计算，以抵消铰接副摩擦阻力的基础增量与环境随机波动量，以及抵消锁止机构动态卡滞阻力的动态波动区间及瞬时卡滞阻力异常峰值；

25、步骤s34、实时迭代更新全贮存周期各采样节点的有效展开驱动力数值，形成驱动力随时间双向劣化的连续时序变化数据集。

26、优选地，步骤s40包括：

27、步骤s41、提取核心劣化变量，其中，核心劣化变量包括扭簧展开驱动力的时序衰减变量、铰接副摩擦阻力随贮存周期的劣化规律、锁止机构卡滞阻力随贮存周期的劣化规律；

28、步骤s42、提取力学裕度、响应速度和到位可靠度的时序序列分别对应的差异化退化特征，进行时序拟合以构建对应单指标退化曲线；

29、步骤s43、对单指标退化曲线进行关联性融合，修正多指标间的退化耦合偏差，形成统一的舵组件展开性能综合退化轨迹。

30、优选地，步骤s40还包括：

31、步骤s44、通过识别综合退化轨迹中的临界衰减节点和突变劣化节点，表征舵组件性能从正常、弱化至临界失效的完整演变过程。

32、优选地，本发明方法还包括：

33、步骤s60、预存舵组件力学裕度、响应速度和到位可靠度的标准失效阈值，将舵组件性能退化轨迹与失效阈值进行对标匹配；

34、步骤s70、通过轨迹外推方法推演舵组件性能达到失效阈值的时间节点，以预判舵组件剩余可靠贮存寿命。

35、进一步地，本发明方法还包括：

36、步骤s80、分别量化计算扭簧预紧劣化和内部阻力元件劣化对舵组件性能退化的劣化贡献占比；

37、步骤s90、根据劣化贡献占比，区分核心失效诱因与次要影响因素，完成舵组件贮存可靠性分级评价与失效风险定位。

38、本发明方法至少具有以下有益效果：

39、首先：本发明以可原位采集的扭簧展开驱动力时序监测数据为基础，全程无需拆解舵组件，可在不破坏产品结构与贮存状态的前提下完成无损化的贮存退化分析，有效降低检测成本，适配批量产品长期贮存可靠性评估的工程场景，实用性与推广性更强。

40、其次：本发明以实测展开驱动力退化数据为核心驱动，结合舵组件内部阻力元件的真实贮存劣化机理，同步推演铰接副、锁止机构的协同劣化规律，复现多阻力元件的非稳态劣化特性，有效弥补了传统仿真结果与实际工况脱节的技术缺陷。

41、再次：本发明突破了仅以舵组件扭簧进行分析的单因素退化分析的片面性，实现了扭簧预紧劣化与结构阻力劣化的双因素耦合协同分析的性能综合退化轨迹，提升了不拆机情况下多部件耦合劣化分析的精准度。

42、下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。