民航發(fā)動機性能可靠性評估與在翼壽命預(yù)測方法研究.pdf

1、作為飛機心臟的發(fā)動機，其健康狀態(tài)對保證飛機安全和降低航空公司的運營成本具有重要意義。發(fā)動機的可靠性評估在發(fā)動機的整個設(shè)計、制造、使用、維護等各個階段都非常重要，精確的可靠性評估可以有效的指導(dǎo)發(fā)動機的使用和維修管理任務(wù)，為提高飛機安全經(jīng)濟運營奠定基礎(chǔ)。傳統(tǒng)可靠性理論必須依據(jù)失效數(shù)據(jù)對產(chǎn)品進行可靠性評估，然而，對于發(fā)動機而言，在允許的時間內(nèi)很難獲取足夠的失效數(shù)據(jù)。因此，極少失效甚至零失效下的發(fā)動機可靠性評估已成為航空領(lǐng)域所面臨的關(guān)鍵問題。而

2、上世紀末興起的以性能退化數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的性能可靠性分析理論和方法為解決上述問題提供了有效途徑。本文以此為背景，結(jié)合航空發(fā)動機使用維護過程中所采集的性能數(shù)據(jù)，以性能可靠性分析理論為基礎(chǔ)，深入研究了發(fā)動機的性能可靠性評估理論和方法。主要內(nèi)容如下：
　　 (1)研究了基于性能數(shù)據(jù)的航空發(fā)動機機隊可靠性評估方法，根據(jù)航空發(fā)動機使用過程中的性能退化信息，通過影響因素分析，結(jié)合隨機過程理論，建立了基于帶漂移的布朗運動的性能退化量模型。同時，通過

3、分析性能退化過程與失效分布之間的關(guān)系，利用Kolmogorov向前方程以及布朗運動的性質(zhì)，建立了布朗運動過程首達時間分布即航空發(fā)動機達到失效閾值的失效分布，從而可以對發(fā)動機機隊的可靠性進行評估，而且獲得了很高的評估精度，顯示了極少失效情況下進行可靠性分析的優(yōu)勢。
　　 (2)研究了單性能參數(shù)條件下航空發(fā)動機在翼壽命預(yù)測模型。傳統(tǒng)的壽命預(yù)測方法都是建立在大量的壽命信息的基礎(chǔ)上，而對于高可靠性的航空發(fā)動機，很難搜集到足夠多的失效數(shù)據(jù)

4、，然而發(fā)動機使用過程中的性能退化信息中包含大量與壽命緊密相關(guān)的信息。故本文以性能可靠性分析理論為基礎(chǔ)，利用擬合優(yōu)度檢驗得到模型的先驗分布參數(shù)，然后分別通過貝葉斯更新方法和時間序列方法建立了航空發(fā)動機性能退化模型，從而獲得了發(fā)動機在失效閾值下的單一在翼壽命預(yù)測數(shù)據(jù)；最后利用免疫粒子群組合預(yù)計方法(IA-PSO方法)對發(fā)動機的在翼壽命進行組合預(yù)測，并對結(jié)果進行了比較，組合預(yù)測精度明顯提高。用此方法可以對投入使用但尚無壽命信息的產(chǎn)品壽命進行預(yù)

5、測，具有廣泛的適用性。
　　 (3)航空發(fā)動機是非常復(fù)雜的機電液系統(tǒng)，其健康狀態(tài)表現(xiàn)在多個性能參數(shù)上，而且各參數(shù)間具有復(fù)雜的相關(guān)性，為了全面評估發(fā)動機的可靠性，提高在翼壽命預(yù)測精度，提出了基于多性能參數(shù)的的航空發(fā)動機實時性能可靠性評估方法和壽命控制方法，利用狀態(tài)空間方法，建立具有時變參數(shù)的多性能退化量模型，通過卡爾曼濾波進行性能趨勢預(yù)測和模型參數(shù)實時更新估計。利用實時監(jiān)測數(shù)據(jù)，分析了各性能參數(shù)間的相關(guān)性，根據(jù)多維隨機變量的性質(zhì)，

6、建立了多參數(shù)性能可靠度聯(lián)合概率分布，進而對發(fā)動機的性能可靠性進行實時評估，同時預(yù)測在翼壽命，其預(yù)測精度要高于單參數(shù)條件下的在翼壽命預(yù)測。較之傳統(tǒng)可靠性評估方法僅能得到發(fā)動機機群平均可靠度水平而言，上述方法可以對單臺發(fā)動機的性能可靠性進行實時評估，根據(jù)每臺發(fā)動機不同的性能可靠度水平進行壽命控制。
　　 (4)以上主要研究了航空發(fā)動機氣路性能退化失效模式，然而航空發(fā)動機是具有多種失效模式的復(fù)雜系統(tǒng)，其失效是不同失效模式間競爭的結(jié)果，

7、因此，本文研究建立了多失效模式共存的航空發(fā)動機可靠性評估模型。首先，對于氣路性能退化失效部分，結(jié)合(3)介紹的方法建立了基于多參數(shù)的航空發(fā)動機退化失效模型；然后，對于其它典型失效模式，為了體現(xiàn)氣路性能衰退對其的影響，我們利用比例危險模型分別建立了三類典型失效模式的失效分布函數(shù)；最后，結(jié)合可靠性分析理論，給出了多失效模式共存的航空發(fā)動機可靠性分析模型。該方法能夠給出航空發(fā)動機在一定時期內(nèi)哪種失效模式更容易引起失效或者某種失效模式出現(xiàn)的概率