摘要：登月比绕月的环境条件更加恶劣，更加严酷，对登月工程用超声波电机提出了更高的要求，作者从超声波电机本身及环境条件中的不可靠因素的分析入手，在结构、T艺和材料等多方面采取对策，以便确保运行的可靠性，从而保证整机和系统的正常工作。
关键词：登月工程；初期质量评价；可靠性；冷焊
O引言
超声波电机由于具有电磁感应电机所难以达到的特性，被航天及很多高科技领域所关注，尽管该门类电机至今尚未实现产业化，但是研究的深度和广度已经非常可观，全国20多个大专院校与科研机构都出了论文，出了成果，培养了数百名的研究生，南京航空航天大学在赵淳牛院士的指导下，开展了多种机型全方位的研究，清华大学、东南大学、浙江大学、吉林大学、哈尔滨工业大学、中国电子科技集团公司第二十一研究所等也各有特色，分别得到了国防科工委国家教育部及省部级科技进步奖。
目前研究人员都在努力开拓应用领域，航天领域被认为是科技创新，攀登高峰最诱人的领域，各研制单位争相列项，有的项目几所大学共同申请联合攻关，出现了非常喜人的火爆局面。
我们冷静地意识到，超声波电机在航天『E程中的应用具有不可估量的前景，但对其可靠性的评估及在可靠性研究方面的投入不容小视。
中国电子科技集团公司第二卜一研究所今年举办了微特电机可靠性专题研修班，主讲导帅何松波研究员编著了《微特电机可靠性工程技术》讲议Ⅲ，该讲议由施进浩所长作序，这是国内不多见的一本可靠性工程技术专著，下面我们将根据这些可靠性工程技术的原理，结合超声波电机本身的优点和弱点，建立我们的新品研制策略。
1超声波电机质量的初期评价
1 1超声波电机质量初期评价的必要性
从产品可靠性的角度可分为固有可靠性和使用可靠性。固有可靠性本自于设计与制造，它取决于设计方案和结构、零部件的原材料性能、制造工艺等因素。而使用可靠性是指产品在实际使用中表现出来的可靠性。产品工作的环境条件对产品使用的可靠性起决定作用，制造商与用户的沟通，产品合理选用，做到扬长避短，物尽其用至关重要。
超声波电机质量的初期评价主要针对固有可靠性而言。就我国目前情况来说，各大专院校和科研机构，对超声波电机的研制多数是刚刚脱离原理性研究，尚未投入批量生产，缺少完善的质量控制体系，缺少产品质量标准，一般来说固有可靠性的测量可以在产品标准中的出厂检验项目中予以体现，而使用可靠性的检验项日可引入型式试验。
超声波电机质量的初期评价非常必要，它可以为产品定型和投入批量生产提供依据；为制订产品技术条件最后上升为企业标准提供依据；为寿命试验打下基础；为用户选用提供依据。
1 2初期质量的表征
以行波型旋转电机为例，初期质量表征应设定如下试验项目：
1)空载电流；
2)空载转速；
3)予紧力矩；
4)空载转矩；
5)空载噪声；
6)额定转矩时的电流；
7)机械特性曲线；
8)堵转力矩；
9) 效率——转矩曲线。
有条件的单位可以在综合性能试验台上一次性测出一组曲线。
2登月工程用超声波电机可靠性分析
能够为航天工程提供超声波电机新产品，是很多超声波电机学者与科技工作者的梦想，有梦想有热情，锐意创新勇攀高峰，这种精神是难能可贵的，但我们电必须首先要树立可靠性理念，如果一个元件失效就可能造成部件和系统的故障，严重者可能是星毁人亡，我们不妨简单回顾一段令人不愉快的历史。1996 F俄罗斯的质子号火箭、美国的哥伦比亚航天飞机、法国的阿里安火箭、中国的长征火箭，均在发射中遭到重创。1996年2月15日新研制的长征三号l／l火箭载着国际通讯卫星起飞不久就一头撞在发射场的山坡上。1996年8月18日长征家族中资格最老的长征三号火箭在第11项飞行任务中，三级发动机提前48 s关机，未能将卫星送入预定轨道。这也难怪被国际航天界称之为“黑色96”。
1998年8月到1999年5月，美火箭发射6次失利。11)98 4~8月12日，美国大力神火箭4A起飞40—s后出现异常，由地面控制人员在2 s后启动了自毁装置，成为美国航天史上损失最惨重的事故之一，火箭价值3亿美元，携带的一颗间谍卫星价值8亿一10亿美元。1998年8月26日彼尔塔火箭在卡纳维拉尔角起飞后大约80S时爆炸，加上携带的美国通信卫星，经济损失2．25亿美元。其它4次发射失利经济损失约合20亿美元。
我们把登月的环境条件和超声波电机本身的薄弱环节加以对照不难发现如r不可靠的因素：
1)超声波电机的心脏——压电陶瓷、质脆、抗冲击强度较差。航天器发射时冲击加速度50g，而试验考核时取70g三个方向，每个方向冲击试验3次，不损坏为合格。
2)超真空下材料失重，美国N ASTME595标准要求，在真空度7×10-3pa,温度125o~C—b~}验24 h，挥发失重不大于1％，可凝挥发物不大于0 1％，水份回吸量不大于0．1％，目前这种试验设备围内并不多见，兰州510所、哈尔滨工大、中电21所具有达标的试验设备，而有些大学的设备只能进行常温超真空的材料测试，只能作为材料的初选。
3)超真空下转动部分的界面物质相互迁移和渗透，形成转矩增大，效率下降，严重时形成咬合，此现象被称之为“冷焊”，行波旋转电机转动部分有定转子表面及轴承。
4)超真空下摩擦表面容易造成热量积累，使电机温升增高，带来一些频率不稳，转速不稳等不良影响。
5)月球表面温度白天高，夜晚低，加上元件的工作温升约为-100～+170℃的跨距，材料的耐高低性能要求比绕月及其它航天工程要严酷一些。对压电陶瓷的退极化温度也应予以足够重视。
6)超声波电机价格贵，产量小，无法通过大量样本和长期试验来考核，所以可靠性确认有一定的风险性。
综上所述，要想保证登月工程用超声波电机的使用可靠性必须在结构设计、材料选择、制造工艺及试验考核等方面采取相应对策。
3研制策略
明确了超声波电机的薄弱环节和环境条件造成的不可靠因素，我们就可以有针对性的从结构、工艺、材料和试验等各方面采取可靠性对策。
3 1结构对策
1) 以环形行波电机为例，国际上已公认取消压簧结构，以转子的弹性变形来代替压簧；
2) 转子不再设置摩擦材料，而在定子振动体表面涂装减磨层；
3) 完善电机装配结构，予紧力应能定量控制，调试后胶封固定：
4) 尽量减轻结构件的质量，以减少发射燃料的消耗；
5) 采用防震减震结构，保护压电陶瓷和精密零件；
6) 电气连接采用印制电路和接插件结构，调试后胶封固定。
3 2材料对策
1)定子减磨层采用超真空下低失重材料，积21所45余年的经验，PTFE无疑是****，但是根据超声电机工艺性要求PPs也显示出更多的优越性，而很多资料报导PEEK在很恶劣的环境条件仍能保持机电性能的稳定，因此纳米多元复合涂层的开发势在必行：
2)转子材料的选择，仍以铝合金为主要方向：
3)压电陶瓷材料的选择，应重点考虑高居里点，低介电损耗，较高退极化温度的压电陶瓷，必要时可选择压电单晶材料；
4)采用防冷焊型轴承；
5)胶粘剂的选择，根据宇航胶粘剂发展的三个里程碑，现在应该选用****进的cE型结构胶(经过EP改性、BMI改性及纳米改性)。
3 3工艺对策
1)提高加工精度等级，研制初期多采用7级精度，航天电机零件的尺寸公差和装配形位公差要求9～11级：
2)装配工艺应保证一次装配成功率100％；
3)转子铝合金采用磷酸阳极化处理，维氏硬度按设计要求；
4)定子振动体采用POR表面处理工艺，确保定子铜合金的减磨层的附着力。3．4试验工作对策
1)固有可靠性项目列入出厂检验项目、完善初期质量评价。以研制方为主，实现批量生产的结构定型、工艺定型；
2)使用可靠性试验除了以研制方为主以外，还必须加强与用户的沟通，必要时采用用户方的专用试验设备；在使用可靠性方面充分听取用户意见；
3)在环境条件F进行寿命试验，并充分接受用户方专家的监督与指导。
4结语
为登月工程提供超声波电机元件是业界专家和广大科技工作者的荣誉，但又是责任，由于可靠性要求技术含量高、压力大、工作非常复杂艰巨，特别是超声波电机成本高、生产批量小，无法采用大样本试验，也无法使用威布尔曲线、对数正态分布曲线、正态分布曲线和指数分布曲线来考核失效率。
解决复杂的可靠性工程技术关键在于人，实现多专业的人才资源整合，增强科技创新能力是提高可靠性的根本保证。非电磁原理微特电机及作动器学会的组建，将为航天科技上作者提供一个交流平台，使广大会员得到信息，得到知识，得到技术，并通过学会把业界专家和精英联合起来，实现人才资源的整合，联合列项联合攻关，我们一定会为航天事业的发展作出新的贡献。
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