机载下投探空吊舱可靠性评估系统及方法与流程

1.本发明涉及气象探测领域，具体涉及一种机载下投探空吊舱可靠性评估系统及方法。


背景技术：

2.机载下投探空吊舱属于高空气象探测的关键设备，广泛应用于研究气候变化、气象科学及极端天气(如台风、龙卷风等)、灾害与应急气象保障、人工影响天气、边境气象管理、战场环境保障、气象海洋水文探测、远程作战气象保障及海洋大气波导诊断等方面。随着国家海洋战略的大力发展，作为空基气象设施的机载下投探空吊舱也逐渐成为主流装备，但其投放可靠性已成为制约下投探空吊舱执行任务成功率的重要因素。
3.机载下投探空吊舱在探测投放期间，通常存在投放准备时间短、一次投放多个样品、影响因素复杂、维修保障困难、用于试验考核的样本量小等特点。机载下投探空吊舱投放期间的上述特点，给设计定型阶段的机载探空吊舱投放可靠性考核带来极大的困难，且外场投放实验空域及飞行平台的协调，以及试验风险、试验成本较高。
4.目前暂无相关机载下投探空吊舱投放可靠性试验装备，工程上通常采用综合评估的方法来评估机载下投探空吊舱投放的可靠性，而实际投放试验，考核样本量不够、考核成本高、工程可实践性差等特点，不适用于验收阶段的快速评价需求。


技术实现要素：

5.因此，本发明要解决实际投放试验，考核样本量不够、考核成本高、工程可实践性差等特点，不适用于验收阶段的快速评价需求的技术问题，从而提供一种机载下投探空吊舱可靠性评估系统及方法，该技术方案如下：
6.一方面，本技术提供了一种机载下投探空吊舱可靠性评估系统，包括：
7.温压调节室，用于模拟待评估吊舱工作时周围环境的气压和温度；
8.风力单元，设置在所述温压调节室内，用于模拟所述待评估吊舱工作时周围环境的风力；
9.振动台，设置在所述温压调节室内，用于固定所述待评估吊舱，并模拟所述待评估吊舱工作时，机载平台所受到的震动。
10.可选地，所述风力单元包括：风力输出模块，用于向所述待评估吊舱输出预设风力；移动模块，与所述风力输出模块连接，用于带动所述风力输出模块在所述温压调节室内移动；角度调节模块，与所述风力输出模块连接，用于调节所述风力输出模块的输出角度。
11.可选地，所述系统还包括：循环单元，设置在所述温压调节室内，且位于所述待评估吊舱的一旁，用于回收所述待评估吊舱投放的探空仪，并将所回收的探空仪装载进所述待评估吊舱。
12.可选地，所述循环单元包括：进料模块，设置在所述待评估吊舱的投放口下方；循环提升模块，与所述进料模块连接；
13.出料模块，与所述循环提升模块连接，且位于所述待评估吊舱的补仓口一旁，用于将所回收的探空仪装载至所述待评估吊舱。
14.可选地，还包括：升降装置，设置在所述温压调节室内，用于将所述待评估吊舱从地面提升至在所述振动台所在高度，或用于将所述待评估吊舱从振动台所在高度下降至地面；
15.推送装置，设置在所述温压调节室内，用于将所述待评估吊舱由振动台外推送至振动台上，或将所述待评估吊舱从振动台上推送至振动台外。
16.另一方面，本技术还提供了一种机载下投探空吊舱可靠性评估方法，基于上述的系统对待评估吊舱进行评估，所述方法包括：
17.获取所述待评估吊舱工作时，周围环境的气压、温度、风力及机载平台所受的震动；基于所述气压、温度、风力及所述机载平台所受的震动，分别设置所述温压调节室、风力单元和振动台的参数；控制所述待评估吊舱进行测试，得到所述待评估吊舱的测试数据；基于所述测试数据，计算得到所述待评估吊舱的置信度。
18.可选地，风力单元包括风力输出模块、移动模块和角度调节模块，移动模块、角度调节模块分别与所述风力输出模块连接，所述方法还包括：
19.控制所述移动模块按照预设路线，驱动所述风力输出模块在所述温压调节室内移动；和/或控制所述角度调节模块按照预设角度，调节所述风力输出模块的输出角度。
20.可选地，包括循环单元，所述方法还包括：控制所述循环单元回收所述待评估吊舱投放的探空仪，并将所回收的探空仪装载进所述待评估吊舱。
21.可选地，所述循环单元包括进料模块、循环提升模块和出料模块，所述进料模块、出料模块分别与循环提升模块连接；所述控制所述循环单元回收所述待评估吊舱投放的探空仪，并将所回收的探空仪装载进所述待评估吊舱，包括：所述进料模块回收所述待评估吊舱投放的探空仪，并将所回收的探空仪传递给所述循环提升模块；所述循环提升模块将所回收的探空仪提升至所述出料模块；所述出料模块将所回收的探空仪装载进所述待评估吊舱。
22.可选地，还包括升降装置，所述方法还包括：控制所述升降装置将待评估吊舱从地面提升至振动台所在的高度；控制所述推送装置将所述待评估吊舱由振动台外推送至振动台上；或控制所述待评估吊舱从振动台上推送至振动台外；控制所述升降装置将待评估吊舱从振动台所在的高度下降至地面。
23.本发明技术方案，具有如下优点：
24.本发明提供的机载下投探空吊舱可靠性评估系统，利用所模拟的实际环境对待评估吊舱进行稳定性测试，相对于采用综合评估的方法，利用该评估系统能够减少考核成本，并且提高工程可实践性，可适用于吊舱验收阶段的稳定性快速评价，为机载下投探空吊舱的稳定运行提供安全保障。利用循环单元将所投放的探空仪重复利用，可减少探空仪使用的总数量，并保证所测试的数量达到要求，在一定程度上确保试验所得出的可靠性结果能够得到保障。
附图说明
25.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体
实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
26.图1为本发明实施例1机载下投探空吊舱可靠性评估系统的结构示意图；
27.图2为图1中风力单元的结构框图；
28.图3为本发明实施例2机载下投探空吊舱可靠性评估方法的流程图。
具体实施方式
29.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
30.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
31.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
32.此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
33.实施例1
34.本实施例提供了一种机载下投探空吊舱可靠性评估系统，如图1所示，包括温压调节室105、风力单元104和振动台101，风力单元104和振动台101均设置在温压调节室105内。温压调节室105具有温度和气压控制功能，用于提供模拟吊舱在高空时的低温、低压环境。例如，可通过温压调节室105将室内温度在-90℃至25℃之间可调，将室内气压在500hpa至1050hpa之间可调。风力单元104用于模拟吊舱在高空飞行时的风力，可产生均匀稳定、风速大小可调的风力。振动台101用于模拟吊舱在高空机载平台上投放时所遭受的震动环境，以评定吊舱在投放过程中结构的耐震性、可靠性和完好性等。
35.吊舱可由有人机、无人机或飞艇等机载平台载到空中，下投探空仪进行采集检测工作。设计好的吊舱如不提前开展投放可靠性试验，无法暴露产品缺陷并改进，会导致外场实际投放试验失败率增加，造成试验成本和时间的极大浪费。如图1所示，在对待评估吊舱102进行评估时，待评估吊舱102固定在振动台101上，温压调节室105模拟待评估吊舱102工作时周围环境的气压和温度，风力单元104模拟待评估吊舱102工作时周围环境的风力，振动台101模拟待评估吊舱102工作时，机载平台所受到的震动。利用所模拟的实际环境对待评估吊舱102进行稳定性测试，相对于采用综合评估的方法，利用该评估系统能够减少考核风险及成本，并且提高工程可实践性，可适用于吊舱验收阶段的稳定性快速评价，为机载下
投探空吊舱的稳定运行提供安全保障。
36.在一个或多个实施例中，如图1和图2所示，风力单元104包括风力输出模块1041、移动模块1042和角度调节模块1043。风力输出模块1041分别与移动模块1042、角度调节模块1043连接，风力输出模块1041可输出风力，以模拟出待评估吊舱102实际工作时周围环境的风力，移动模块1042驱动风力输出模块1041在温压调节室105内移动。例如，驱动风力输出模块1041左右移动或者上下移动。角度调节模块1043调节风力输出模块1041的输出角度，从而改变待评估吊舱102的所受风力的角度。移动模块1042和角度调节模块1041的设置，且可编程式控制，可使待评估吊舱102所受风力更加符合实际情况。
37.机载下投探空吊舱在探测投放期间，通常需投放多个样品，但用于试验考核的样本量小等特点，机载下投探空吊舱投放期间的这些特点，给设计定型阶段的机载探空吊舱投放可靠性考核带来极大的困难，且试验成本难以承受。在一个或多个实施例中，如图1所示，还包括循环单元103。循环单元103位于待评估吊舱102的一旁，可回收待评估吊舱102投放的探空仪，并将所回收的探空仪装载进待评估吊舱102。利用循环单元103将所投放的探空仪重复利用，可减少探空仪使用的总数量，并保证所测试的数量达到要求，在一定程度上确保试验所得出的可靠性结果能够得到保障。
38.如图1所示，循环单元103可包括进料模块1032、循环提升模块1031和出料模块1033，进料模块1032和出料模块1033分别与循环提升模块1031连接。进料模块1032设置在待评估吊舱102的投放口1022下方，出料模块1033待评估吊舱102的补仓口1021的一旁。待评估吊舱102将探空仪通过投放口1022投放出去，进料模块1032接住并回收所投放的探空仪。进料模块1032将所回收的探空仪传递给循环提升模块1031，循环提升模块1031将探空仪传递给出料模块1033，出料模块1033将所回收的探空仪装载至待评估吊舱102内。
39.在一个或多个实施例中，还包括升降装置(未示出)和推送装置(未示出)。升降装置设置在温压调节室内，可将待评估吊舱固定在升降装置上，通过升降装置将待评估吊舱从地面提升至振动台所在的高度，或者通过升降装置将待评估吊舱从振动台所在的高度下降至地面。推送装置设置在温压调节室内，可将待评估吊舱固定在推送装置上，通过推送装置将待评估吊舱从振动台外推送至振动台，并由操作人员将待评估吊舱固定在振动台上；或者由操作人员将待评估吊舱从振动台上松懈，并由推送装置将待评估吊舱从振动台上推送至振动台外。需要说明的是，升降装置和推送装置可结合在同一设备上。
40.待评估吊舱主要由舱体部分、探空仪自动投放部分组成。舱体部分可由壳体、回转框轮、整流罩等组成，壳体和回转框轮是吊舱机械部件的主要强度承载结构，整流罩由前、后两个整流保护罩构成，用内嵌工业保温棉的复合材料做成。前后两个整流保护罩与吊舱舱体配合在一起，使吊舱整体呈两头尖锥、中部圆筒状流线型结构，便于搭载至飞机外部优化迎风受载，后整流保护罩开设有探空仪的投放口。
41.探空仪自动投放部分主要由弹射筒单元、自动控制单元和通信控制单元等组成。弹射筒单元(主要包括弹射筒、弹射装置、复位弹簧等)，弹射筒单元主要固定于回转框轮间，依据待评估吊舱所配备的下投探空仪尺寸大小，一般包含4-10个弹射筒。每个弹射筒内依据待评估吊舱所配备的下投探空仪尺寸等，一般包含一个或多个发射装置和下投式探空仪；自动控制单元主要包括动作控制器、plc控制系统、步进电机、弹射舵机及推杆、舵机推杆位置传感器、吊舱舱门、舱门舵机、舱门位置传感器、舱门加热片等。以上部件等主要固定
于壳体或回转框轮上；通信控制单元主要用于控制命令、系统运行状态参数通信及控制等。在对所设计的吊舱进行可靠性测试时，可对吊舱进行适应改进，在吊舱上形成补仓口，从而形成待评估吊舱。
42.循环单元主要用于将投放的探空仪回收，并通过循环提升模块重新装载于待评估吊舱中的弹射筒单元，用来实现反复循环使用。
43.实施例2
44.本实施例提供了一种机载下投探空吊舱可靠性评估方法，图3是说明根据本发明某些实施例，基于实施例1所提供的评估系统，对吊舱进行可靠性评估的流程图。虽然下文描述的过程包括以特定的顺序出现的多个操作，但是应该清楚地了解到，这些过程也可以包括更多或者更少的操作，这些操作可以顺序执行或者并行执行。如图3所示，包括如下步骤：
45.s101、获取待评估吊舱工作时，周围环境的气压、温度、风力及机载平台所受的震动。
46.统计调研发现，机载下投探空吊舱在投放探空仪时，主要受到温度应力、气压应力、机载平台飞行所形成的风阻应力以及吊舱内部机械应力等环境因素的综合影响，发生一系列“物理时效”变化，造成功能失效或者性能超差，降低投放可靠性。
47.吊舱投放可靠性试验中，加速应力(即温度应力、气压应力、风阻应力以及机械应力)水平值可依据吊舱的历史失效数据和可靠性强化试验数据，开展失效物理分析确定。确定机载下投探空吊舱产品试验室投放可靠性试验的各应力水平值应满足以下原则：
48.(1)、选取的加速应力水平值应低于产品的应力极限且不改变产品的失效模式；(2)、在满足原则(1)的前提下，选取尽量高的加速应力水平值。
49.s102、基于气压、温度、风力及机载平台所受的震动，分别设置温压调节室、风力单元和振动台的参数。
50.将投放可靠性试验所需的探空仪等装载进待评估吊舱，并按照待评估吊舱使用要求进行相关参数设置，试运行稳定后，开始对环境舱进行设置。
51.按照前述加速应力值选取原则，确定相关先验试验和投放可靠性试验的环境气压、温度、风速及震动等技术参数等，对温压调节室、风力单元、振动台等进行参数设置，待其稳定并保持一定时间，之后准备进行下一步操作。
52.s103、控制待评估吊舱进行测试，得到待评估吊舱的测试数据。
53.基于用户实际需求确定吊舱的先验试验和投放可靠性试验的试验时间和样本数，主要是指依据吊舱所需搭载的下投探空仪尺寸大小、飞行平台(有人机、无人机及气艇等)等进行先验试验和投放可靠性试验的试验时间、试验样本数等。
54.按照所确定的试验时间和样本量进行待评估吊舱的可靠性试验，并按照所确定的试验时间和样本量进行可靠性试验，记录试验中出现的故障数。待环境舱的气压、温度、风力及震动等达到试验开展条件后，启动待评估吊舱，开始按照所设定的试验时间和样本量进行投放可靠性试验，直到达到试验时间或投放样本量为止，并记录试验中出现的故障数和故障情况等。
55.s104、基于测试数据，计算得到待评估吊舱的置信度。
56.将下投探空吊舱可靠性投放试验的试验时间和故障数作为后验信息，将下投吊舱
产品的先验试验的试验时间和故障数作为先验信息，计算得到待评估吊舱的置信度。具体计算方法可依据设备可靠性试验相关的标准，在此不做过多赘述。
57.在一个或多个实施例中，所述方法还包括如下步骤(s201～s202)：
58.s201、控制移动模块按照预设路线，驱动风力输出模块在温压调节室内移动。预先设置好风力输出模块的行驶路线，控制移动模块带动风力驱动模块在温压调节室内移动。
59.s202、控制角度调节模块按照预设角度，调节风力输出模块的输出角度。预先设置好风力输出模块的输出角度，控制角度调节模块及时调整风力输出模块的输出角度，以根据实际情况改变待评估吊舱所受的风阻。
60.在一个或多个实施例中，控制循环单元回收待评估吊舱投放的探空仪，并将所回收的探空仪装载进待评估吊舱。具体地，包括如下步骤(s301～s302)：
61.s301、进料模块回收待评估吊舱投放的探空仪，并将所回收的探空仪传递给循环提升模块。s302、循环提升模块将所回收的探空仪提升至出料模块。s303、出料模块将所回收的探空仪装载进待评估吊舱。
62.在一个或多个实施例中，控制升降装置将待评估吊舱从地面提升至振动台所在的高度；控制推送装置将待评估吊舱由振动台外推送至振动台上；或控制待评估吊舱从振动台上推送至振动台外；控制升降装置将待评估吊舱从振动台所在的高度下降至地面。即利用升降装置和推送装置将待评估吊舱从地面转移至振动台上，或者将待评估吊舱从振动台上转移至地面，从而保证实验的顺利进行。
63.本实施例结合工程实践提出了温度、气压、风力、震动等综合环境应力的加速试验方案，避免了传统多应力综合时加速因子简单相乘造成加速因子过大的情况，降低了产品接收风险。采用温压调节室试验可靠性评估方法，降低了外场开展投放实验验证的风险、空域及飞行平台等试验组织协调难度，又实现了投放可靠性指标的准确验证，具有试验时间短、经费少、试验组织协调便捷等优点。
64.显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。