氦質(zhì)譜正壓累積檢漏不確定度評(píng)定的最小二乘法應(yīng)用研究

2014-04-10 薛長(zhǎng)利 .國(guó)防科技大學(xué)航天與材料工程學(xué)院

  通過(guò)對(duì)中國(guó)小衛(wèi)星所采用的氦質(zhì)譜正壓累積檢漏方法的分析,建立了正壓累積檢漏計(jì)算模型及不確定度評(píng)定模型。在試驗(yàn)數(shù)據(jù)計(jì)算分析及不確定度分析中引入最小二乘法,提出了應(yīng)用最小二乘法對(duì)一元一次方程的斜率進(jìn)行A類(lèi)及B類(lèi)不確定度評(píng)定的方法。通過(guò)實(shí)例展示了用不確定度評(píng)定的過(guò)程,驗(yàn)證了計(jì)算模型及不確定度分析模型的正確性及有效性。

  在中國(guó)航天器的研制過(guò)程中,為保證航天器推進(jìn)系統(tǒng)的密封性,提高在軌壽命周期,在一系列大型試驗(yàn)后,均對(duì)航天器進(jìn)行整體檢漏,并經(jīng)常采用氦質(zhì)譜正壓累積檢漏方法。小衛(wèi)星作為航天器新方向,具有尺寸小、重量輕的特點(diǎn),但受限于推進(jìn)劑容量,壽命較短。因此,真空技術(shù)網(wǎng)(http://www.13house.cn/)認(rèn)為更加科學(xué)、準(zhǔn)確地測(cè)量推進(jìn)系統(tǒng)的密封性,對(duì)評(píng)估其在軌壽命至關(guān)重要。隨著測(cè)量不確定度理論的發(fā)展,將小衛(wèi)星檢漏的數(shù)據(jù)處理與不確定度評(píng)定相結(jié)合,成為提高試驗(yàn)結(jié)果的科學(xué)性、準(zhǔn)確性的主要方向。

  最小二乘法是一種數(shù)學(xué)優(yōu)化技術(shù)。它通過(guò)最小化誤差的平方和尋找數(shù)據(jù)的最佳函數(shù)匹配。將大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)利用最小二乘法進(jìn)行計(jì)算處理,并分析檢漏的不確定度,可以方便的計(jì)算各環(huán)節(jié)參數(shù),并計(jì)算檢漏結(jié)果的不確定度。

  本文將結(jié)合小衛(wèi)星檢漏數(shù)據(jù)處理及不確定度評(píng)定的要求,對(duì)其中采用的最小二乘法進(jìn)行應(yīng)用研究,并通過(guò)有代表性的檢漏試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行應(yīng)用驗(yàn)證。

檢漏總不確定度評(píng)定

  在某衛(wèi)星檢漏全過(guò)程測(cè)試數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,按照檢漏計(jì)算模型及不確定度模型進(jìn)行計(jì)算合成,確定各變量的計(jì)算值、不確定度分量值及其相對(duì)不確定度值。數(shù)據(jù)匯總見(jiàn)表7。由表中分析,對(duì)檢漏結(jié)果影響最大的因素為衛(wèi)星漏率測(cè)量階段,通過(guò)進(jìn)一步對(duì)分量數(shù)據(jù)分析,由于衛(wèi)星漏率接近系統(tǒng)最小可檢,來(lái)自檢漏設(shè)備的B類(lèi)不確定度影響較大,造成分量的相對(duì)不確定度貢獻(xiàn)率很大。關(guān)于此問(wèn)題的研究將另文探討。

表7 某衛(wèi)星漏率計(jì)算及其不確定度評(píng)定

某衛(wèi)星漏率計(jì)算及其不確定度評(píng)定

  該衛(wèi)星真空檢漏結(jié)果為8.2×10-7,可認(rèn)為是其真值。表7所示結(jié)果及其不確定度涵蓋真值,且接近真值,但合成不確定度較大,這一方面反映了計(jì)算和評(píng)定模型的客觀(guān)性,同時(shí)也反映了該方法在此量級(jí)測(cè)量不確定度較大的客觀(guān)事實(shí)。因此本文所論述的模型是正確且可行的。

結(jié)論

  本文針對(duì)目前衛(wèi)星檢漏中試驗(yàn)數(shù)據(jù)的B類(lèi)不確定度對(duì)結(jié)果影響較大的情況,運(yùn)用最小二乘理論,通過(guò)合理簡(jiǎn)化,提出了適用于一般線(xiàn)性模型中斜率的B類(lèi)不確定度計(jì)算方法,解決了最小二乘法計(jì)算B類(lèi)不確定度的理論瓶頸問(wèn)題。在此基礎(chǔ)上研究建立了衛(wèi)星正壓累積檢漏的計(jì)算模型及不確定度分析模型,通過(guò)典型的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析實(shí)例驗(yàn)證了模型的正確性。

  文中提出的一元一次線(xiàn)性模型參數(shù)的B類(lèi)不確定度計(jì)算模型,同樣適用于各類(lèi)符合線(xiàn)性關(guān)系的物理模型參數(shù)的不確定度評(píng)定。