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基本信息

GJB 1027A-2005
运载器、上面级和航天器试验要求
Test requirements for launch,upper-stage,and space vehicles
2005-12-12
2006-05-01
有效
朱凤梧;张小达;金恂叔;施修明;刘锋;王明宇;楚丽妍;
中国航天科技集团公司五院总体部;中国航天标准化研究所;中国航天科技集团公司五院总装与环境工程部;中国航天科技集团公司一院一部;
中国航天科技集团公司
中国航天标准化研究所
国防科学技术工业委员会
GJB 832A-2005>航天系统标准>系统试验与评定标准(XFL 1680)
飞行器;热循环试验;组件;鉴定试验;验收试验
【范围】 本标准规定了运载器、上面级、航天器及其分系统和组件的试验要求。 本标准适用于运载器、上面级、航天器及其分系统和组件试验计划的制定、实施与评价。
【与前一版的变化】 本标准代替 GJB 1027-1990《卫星环境试验要求》。 本次修订主要参考了美国军用标准 MIL-STD-1540B《航天器试验要求》、MIL-STD-1540C 和 E(草案)《运载器、上面级和航天器试验要求》、美国军用手册 MIL-HDBK-340A Vol I《运载器、上面 级和航天器试验要求 卷 I 基线》和欧洲空间合作组织标准 ECSS-E-10-03《空间工程:试验》。其 章条编排基本与美军标 MIL-STD-1540C 一致,其内容充分考虑了我国多年来各型号研制和试验中的 实践经验。 本标准与 GJB 1027-1990《卫星环境试验要求》相比,其内容有大幅度的补充和修改,主要变化 如下: ——标准名称改为《运载器、上面级和航天器试验要求》。环境试验要求扩展到试验要求,试验要 求的对象由卫星扩大到运载器、上面级和航天器。 ——第 3 章“术语和定义”分 5 部分:“产品”、“特殊产品”、“环境”、“结构”、“其它”,由 8 条增 加到 51 条。 ——第 4 章“一般要求”增加了“试验类别”、“试验原理”、“试验合格验证”、“试验计划和试验大 纲”、“试验前、后检查”、“剪裁”、“相似性鉴定”、“组件热真空试验的原则”、“推进装置试 验”等条。其中“试验计划和试验大纲”提出了按 QJ 3135-2001《导弹武器系统、运载火箭 和航天器环境工程大纲》进行环境试验计划的制定;根据型号的实践经验,“再试验”的内容 有较多补充,对“鉴定和验收过程中的再试验”、“鉴定后的再试验”、“验收后的再试验”和“发 射前合格认证试验过程中的再试验”做了原则性的规定。 ——第 5 章“研制试验”在原来第 5 章“初样试验”的基础上内容有较大补充。鉴于研制试验对保 证产品的设计和制造能满足合同规定要求的重要作用,对研制试验目的、各装配级别产品的研 制试验作了指导性的建议。 ——第 6 章“鉴定试验”对试验目的、试验产品、试验余量、热试验温度范围、热循环次数做了新 的规定,对鉴定试验矩阵中的试验项目、试验对象和试验要求做了修正和补充。 ——第 7 章“验收试验” 对试验量级、热试验温度范围、热循环次数做了新的规定,强调了用热 循环试验对产品进行环境应力筛选的重要作用,为达到验收试验目的规定了振动和声试验的最 低谱要求。 ——第 8 章“替代鉴定试验的策略”主要包括“鉴定产品用于飞行的策略”和“准鉴定级试验策略” 两节,对鉴定产品和没有鉴定试验件的飞行产品如何用于飞行做了规定。 ——第 9 章“出厂前、发射前合格认证和在轨兼容性试验”包括“出厂前、发射前合格认证试验” 和“在轨系统兼容性试验”两节,对飞行器在总装厂和发射场的试验内容做了规定。

包含术语

元器件(零件)由一个单件或多个单件连接组成。零件被拆开后将破坏或损坏它的设计用途。例如,电阻、集成电 路模块、继电器、轴承等。
部件由两个或两个以上元器件(零件)组成。部件可以被拆开或更换元器件(零件)。例如:装有元器件的 印刷电路板和齿轮组。
组件具有某种功能的产品。从制造、维修的角度看,组件是一个完整和独立的整体。例如:发射机、液 压作动筒、阀门、蓄电池、电缆等。
分系统由一些功能上相关连的二个或多个组件组成,并可能包括电缆或管路之类的连接件以及安装这些组 件的支承结构。如,电源、姿态控制、推进、数管分系统等。
飞行器一次性使用的或可回收重复使用的运载器、上面级飞行器和航天器。
运载器(运载火箭)运载器由一个或多个下面级火箭组成,它能将上面级飞行器和航天器送入预定的轨道。
上面级飞行器(上面级)能将航天器从准地球轨道送入预定轨道的飞行器。上面级飞行器先由运载器送入准地球轨道。
空间实验装置比航天器装配级别低的产品,它可以是航天器的一部分或是能执行某种任务的有效载荷。
航天器由能完成空间工作任务的分系统和组件组成。航天器可以是在轨道上运行的飞行器或是连接在运 载器或上面级上完成空间任务的有效载荷。
正样飞行器用于飞行的运载器、上面级和航天器。
系统能够执行或支持一项工作任务的设备、技术和技术人员的组合。
发射系统能将一个或多个航天器发射入轨的设备、技术和技术人员的组合。包括正样飞行器及有关设施、地 面设备、材料、软件、程序、辅助装置及所需操作人员。
在轨系统航天器在轨道运行所需的设备、技术和技术人员的组合。包括航天器、航天控制与通信网络及有关 的设施、地面设备、材料、软件、程序、辅助装置及所需操作人员。
空中保障设备装于正样飞行器内,在发射与轨道运行过程中为航天器或上面级提供保障功能和接口的设备。包括 为正样飞行器提供结构、电工与电子以及机械接口的硬件和软件。
关键组件失效后影响系统运行,使之不能完成飞行任务或不能全部完成飞行任务的组件,或是对发射场安全 十分重要的组件。
研制试验件专门用来获得设计和试验数据的飞行器模型、分系统或组件。包括工程试验模型、热试验模型、结 构静力学与动力学试验模型。
火工品装置使用炸药工作时产生的能量来执行和启动某一机构动作的装置。
机械活动组件完成飞行器上一个机械零件相对于另一个机械零件运动的机械或机电装置。如:万向节、作动筒、 消旋与分离机构、阀门、泵、马达、止动销、离合器、弹簧、阻尼器、轴承等。
最高和最低预示温度产品在工作寿命期间的所有工作模式下,可能经受的最高温度和最低温度。这些温度是由分析确定 的极端温度上高温加上热不确定余量、低温减去热不确定余量得到。分析确定的极端温度(高温和低温) 是由热模型预示,并考虑了仪器工作、内部加热、飞行器飞行姿态、太阳辐射、星蚀条件、上升段加热、 下降段加热以及使用寿命期间热表面特性下降等各种因素最坏组合情况下的影响。 对于航天器和上面级,分析模型应用热平衡试验的结果来验证,热平衡试验包括冷和热的最恶劣温 度条件下的各种试验工况。即使用热平衡试验验证了用分析确定的极端温度,也应在极端温度上加上热 不确定余量。热不确定余量是考虑一些参数的不确定性,如,复杂的角系数、表面特性、辐射环境、连 接部位的热传导、热试验中热边界条件的不真实性。被动热控和主动热控的热不确定余量是不同的。
被动热控分系统余量对于在轨飞行没有热控或仅有被动热控的组件,在分析模型未经验证前建议热不确定余量最小为 17℃。对于航天器和上面级,在分析模型用飞行器热平衡试验结果验证后,热不确定余量为 11℃。如 果 17℃的余量使得航天器和上面级设备的重量和功率明显增加,可以将 17℃减到 11℃。 对那些运行条件或环境条件有很大不确定性的组件,或者不要求做热平衡试验的组件,热不确定余 量可以大于上述值。如运载器的热屏蔽、外隔热层、装在尾裙内的组件。 在-70℃以下工作的被动低温分系统的热不确定余量可以减到表 1 中列出的数值。

主动热控分系统余量如果热设计采用了主动热控,对于最高和最低预示温度至少应该有 25%的多余的控制能力作为热 不确定余量。如使用 100W 比例式控制加热器,它应在低于 80W 的条件下工作,使用开关式加热器, 它应有低于 80%的持续工作负荷周期,以保持该组件最低预示温度。如果分析预示的组件温度有 11℃ 变化会造成主动热控的组件温度超过允许的温度范围时,应验证有超过规定的 25%的多余的控制能力。
振动、声和冲击环境的统计估计鉴定试验和验收试验的振动、声和冲击环境是以统计预示谱值为依据。鉴定试验用的极限预示环境 值是指用 90%置信度估计在至少 99%的飞行次数中不会被超过(P99/90 值)。验收试验用的最高预示环 境值是指用 50%置信度估计在至少 95%的飞行次数中不会被超过(P95/50 值)。进行统计估计时假定了 各次飞行之间的变化符合对数正态分布,并有 2dB 的标准偏差,除非证明它服从其它假设。 假设各次飞行之间的变化是对数正态分布的。则不超高 C 百分位置信度下 P 百分位概率的估计值为:
如果地面试验可以得到真实的飞行环境(如发动机地面试车、火工品起爆),并有足够的有用的试验 数据,可以用试验数据作出统计分布,然后用此分布求出 P99/90 和 P95/50。 对运载器、上面级飞行器和航天器应分区来确定极限预示谱和最高预示谱,对特定的组件可专门确 定预示谱。
极限和最高预示声环境由运载器起飞、动力段和再入段飞行期间在飞行器外表面产生的脉动压力环境引起的飞行器外部和 内部的声环境。极限和最高预示声环境相应为 P99/90(鉴定级)和 P95/50(验收级)值。声环境试验谱根 据 1/3 倍频程中心频率 32Hz~10000Hz 频率范围来规定。最高预示声环境的持续时间是总幅值不低于 最高总幅值 6dB 的时间总和。
极限和最高预示随机振动环境由声环境激励及运载器发动机工作时燃烧不稳定引起的飞行器组件的随机振动环境。声环境激励通 过空气和机械结构路径传递。极限和最高预示随机振动环境相应为 P99/90(鉴定级)和 P95/50(验收级) 值。随机振动环境是在 20Hz~2000Hz 频率范围内根据 1/6 倍频程(或更窄)分析带宽的功率谱密度来规 定。对于不同的组件安装区域或不同的轴向可能需要不同的谱。组件的振动量级是根据地面声试验或飞 行期间组件连接点处所作的振动响应测量确定。最高预示随机振动环境的持续时间是总幅值不低于最高 总幅值 6dB 的时间总和。
极限和最高预示正弦振动环境由重要的飞行瞬态事件(如,运载器起飞、发动机点火和关机、跨声速和最大动压飞行、风载荷、 飞行器分离等)引起的,或是旋转机械的周期激励、或是 POGO(结构和推进动力学相互作用)、颤振(结 构动力学和空气动力学相互作用)和燃烧的不稳定引起的飞行器组件的正弦振动环境。地面运输期间由 于车辆轮胎和悬挂系统的谐振响应也可产生周期激励的正弦振动环境。极限和最高预示正弦振动环境相 应为 P99/90(鉴定级)和 P95/50(验收级)值。正弦振动环境的频率范围,对于飞行激励,频率范围为 5Hz~ 2000Hz,对于地面激励,频率范围为 0.3Hz~300Hz。
极限和最高预示冲击环境由飞行器的火工品装置点火引起的飞行器组件的结构冲击响应环境。产生的结构响应加速度是复杂 的衰减的正弦波叠加而成,衰减的正弦波在 5ms~15ms 将衰减到它们最高加速度的百分之几。 冲击环境是用许多单自由度系统响应确定的最大绝对冲击响应谱来规定的。一般 Q=10,Q 是小阻 尼系统在谐振频率处的加速度放大因子。该冲击响应谱是在 100Hz~10000Hz 频率范围内以 1/6 或更窄 的频率间隔来确定。极限和最高预示冲击环境相应为 P99/90(鉴定级)和 P95/50(验收级)冲击响应谱值。
爆破系数乘在最高预示工作压力上的系数。
设计爆破压力充压组件在规定的工作环境下能够经受而不发生破裂的最大试验压力。设计爆破压力等于最高预期 工作压力乘以爆破系数。鉴定试验中用爆破压力试验验证充压组件设计的合理性。
设计安全系数在对结构强度或稳定性设计分析中,用于考虑材料特性、设计方法和制造工艺等方面的不确定性, 乘在最大使用载荷上的系数。一般规定了二种设计安全系数:屈服设计安全系数和极限设计安全系数。
极限设计载荷结构在适当的工作环境下能够经受而不发生断裂或失稳的载荷或载荷组合。极限设计载荷等于最大 使用载荷与极限设计安全系数的乘积。
屈服设计载荷结构在适当的工作环境下能够经受而不发生有害变形的载荷或载荷组合。屈服设计载荷等于最大使 用载荷与屈服设计安全系数的乘积。
最大使用载荷结构在它的工作寿命期间在所有预期的工作或使用条件下预料会作用在结构上的最大载荷或载荷 的组合。如果统计估计值适用,最大使用载荷是预计至少在 99%飞行次数的飞行中,用 90%置信度估 计时不会被超过的载荷。
最高预期工作压力充压组件在使用寿命期间所经受的最高表压,包括了压力最大损耗、由于飞行器准稳态和动态加速 度产生的液压头、水锤、晃动、压力瞬变及震荡、温度以及调节器或减压阀的运行变化等效应。
最高预示加速度由准稳态加速度、声振环境及对重要的瞬态飞行事件(如,运载器起飞、发动机点火和关机、跨声 速和最大动压飞行、风载荷、飞行器分离等)的动态响应组成的加速度环境,用于结构载荷分析和试验。 上述瞬态飞行事件对主结构产生的载荷频率范围低于 100Hz,振动和声环境对次级结构产生的载荷频率 范围低于 300Hz。 最高预示加速度在三个相互正交轴的每个轴的正负方向进行预示。如果统计估计值适用,最高预示 加速度是预计在至少在飞行次数的 99%的飞行中,用 90%置信度估计时不会被超过的加速度(极值)。
充压组件在充压分系统中使用的内部充有压力的组件,如管路、接头、阀门、压力调节器、泵及蓄压器等。 充压组件不包括压力容器、推进剂贮箱、固体火箭发动机壳体以及用玻璃材料制成的充压组件。
压力容器在以下一种或几种情况下使用的贮存充压气体或液体的结构部件: a) 根据理想气体绝热膨胀,含有 19309 焦耳或更多的贮存能量。 b) 经受大于 689.5kPa 的最大工作压力。 c) 含有压力大于 103.4kPa 的对人和设备有害的充压气体或液体。
充压结构能承受内部压力和飞行器结构载荷的结构。如,运载器推进剂贮箱。
充压分系统由压力容器或充压结构或由二者再加上充压组件构成的分系统,不包括该分系统工作所需的电子或 电气设备。
检验试验系数乘在最大使用载荷或最高预期工作压力上,以得到检验试验中所使用的检验载荷或检验压力的系 数。
检验试验用于检验飞行结构件完整性和制造工艺及材料质量的试验。
结构件能够承受和传递力载荷或对飞行器总装有精度要求的机械组件,包括飞行器主结构、次级结构和总 装结构支架。
污染允许量对产品的性能、可靠性或工作寿命有不利影响的污染量最高限值。污染主要包括尘粒污染、有机污 染。
微放电真空中二个分开的表面之间的射频电场所产生的一种真空放电现象,又称为电子二次倍增效应。出 现电子二次倍增效应时,电子通过微放电的二个表面之间距离的时间是加在二个表面上的交流电压半周 期的奇数倍。该效应需要一个电子冲击一个表面来激发,并需要在每个表面上有一个或更多的二次电子 发射维持这种效应,它能在压力小于 6.65Pa 下发生,在压力小于 1.33×10-2Pa 下稳定。
工作模式产品在它的工作寿命期间可能发生的所有工作方式或条件的组合。如工作状态、指令模式、读出模 式、姿控模式、冗余管理模式、安全模式。
鉴定余量在预期的工作寿命期间包括验收试验在内的环境条件上所要增加的量。该余量可以包括量值或范围 的增加,暴露持续时间或循环次数的增加,以及其它严酷度的适当增加。环境鉴定余量是用来在单件鉴 定产品上验证它能满足所有以下要求的能力: a) 允许由于在零件、材料性质、尺寸、工艺及制造方面的合理差异而造成飞行件与鉴定件之间在 坚固性及功能方面的差别。 b) 飞行产品在工作使用前经受规定的验收试验最高量值后不会产生过分的性能下降(如疲劳、磨 损、材料性能或功能的损失)。 c) 能满足用统计方法表示的 P99/90 飞行极端条件估计值下的要求。
相似性鉴定对产品 A 的鉴定能够用产品 B 的鉴定数据来证明,则称产品 A 按产品 B 相似性鉴定。
工作寿命产品从制造完成开始经历的验收试验、装卸、贮存、运输、发射前试验、发射、轨道运行、由轨道 返回或回收、整修、再试验、以及可能再次使用的全部时间历程。
温度稳定对于稳态热平衡试验,当具有最大时间常数的组件温度与由试验温度外推确定的温度稳态值相差不 大于 3℃,且温度变化率小于 1℃/h,或在连续 4h 内温度值变化不超过±0.5℃范围,或温度值单调变化 率小于 0.1℃/h。 对于热循环和热真空试验,除非另有规定,当组件监视点温度已到达规定的试验温度允许偏差范围 内时,并在前 1 小时温度变化已经小于 1℃/h。
试验异常指试件在试验过程中发生的不满足规范要求的功能或结构反常现象。试验异常可能是暂时的非重复 性的反常现象,也可能是永久性损坏。试验异常包括与工作性能有关的异常、提前工作、未能在规定时 刻运行或终止运行以及试件特有的其它异常现象。 试验异常可能由试件也可能由试验设备、测试仪器、测试软件、供电等原因引起。
热浸持续时间组件在热循环试验温度范围的高温端和低温端工作时使它的安装底板温度连续保持在规定试验温 度的允许偏差范围内并保持温度稳定的时间。

替代标准

引用文件/被引文件

军用设备环境试验方法 淋雨试验
军用设备环境试验方法 湿热试验
军用设备环境试验方法 盐雾试验
军用设备环境试验方法 砂尘试验
军用设备环境试验方法 爆炸性大气试验
军用设备、分系统电磁发射和敏感度要求
军用设备、分系统电磁发射和敏感度测量
卫星术语
载人飞船航天工程术语
航天系统电磁兼容性要求
卫星与运载火箭接口
有效载荷/运载火箭接口控制文件的编写要求
飞船与运载火箭接口技术要求
航天器和导弹武器系统可靠性大纲要求
导弹武器系统、运载火箭和航天器环境工程大纲
航天器模态试验方法
航天器星敏感器通用规范
包带弹簧式星箭连接分离装置通用规范
高可靠射频同轴连接器通用规范

相关标准

卫星与运载火箭接口
航天器热平衡试验方法
运载火箭卫星分配器测试发射规程
航天器防热结构通用规范
航天器测控和数据管理 第1部分:PCM遥控
航天器测控和数据管理 第2部分:PCM遥测
航天器测控和数据管理 第3部分:遥测信道编码
航天器测控和数据管理 第4部分:测距
航天器测控和数据管理 第5部分:射频和调制
航天器定轨精度评定

包含图表

被动低温系统的热不确
被动低温系统的热不确
概率的估计值
试验条件允许偏差
典型的鉴定试验量级和
典型的鉴定试验量级和
组件热循环(TC)和热真
热循环试验(TC)和热真
飞行器鉴定试验基线
分系统鉴定试验基线
组件鉴定试验基线
典型的组件热循环试验
湿度试验剖面图
典型的验收试验量级和
组件预示温度和试验温
飞行器和组件验收试验
组件验收试验最低随机
飞行器验收试验最低随
飞行器验收试验基线
分系统验收试验基线
组件验收试验基线
试验时间

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