民航發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)心臟的發(fā)動(dòng)機(jī)，其健康狀態(tài)對保證飛機(jī)安全和降低航空公司的運(yùn)營成本具有重要意義。發(fā)動(dòng)機(jī)的可靠性評估在發(fā)動(dòng)機(jī)的整個(gè)設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)等各個(gè)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(dòng)機(jī)的使用和維修管理任務(wù)，為提高飛機(jī)安全經(jīng)濟(jì)運(yùn)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(jìn)行可靠性評估，然而，對于發(fā)動(dòng)機(jī)而言，在允許的時(shí)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(dòng)機(jī)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(jì)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(dòng)機(jī)使用維護(hù)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)可靠性評估方法，根據(jù)航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)過程理論，建立了基于帶漂移的布朗運(yùn)動(dòng)的性能退化量模型。同時(shí)，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(yùn)動(dòng)的性質(zhì)，建立了布朗運(yùn)動(dòng)過程首達(dá)時(shí)間分布即航空發(fā)動(dòng)機(jī)達(dá)到失效閾值的失效分布，從而可以對發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)隊(duì)的可靠性進(jìn)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(jìn)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)，很難搜集到足夠多的失效數(shù)據(jù)

4、，然而發(fā)動(dòng)機(jī)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(yàn)得到模型的先驗(yàn)分布參數(shù)，然后分別通過貝葉斯更新方法和時(shí)間序列方法建立了航空發(fā)動(dòng)機(jī)性能退化模型，從而獲得了發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)方法(IA-PSO方法)對發(fā)動(dòng)機(jī)的在翼壽命進(jìn)行組合預(yù)測，并對結(jié)果進(jìn)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(jìn)行預(yù)

5、測，具有廣泛的適用性。
　　 (3)航空發(fā)動(dòng)機(jī)是非常復(fù)雜的機(jī)電液系統(tǒng)，其健康狀態(tài)表現(xiàn)在多個(gè)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)實(shí)時(shí)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(shí)變參數(shù)的多性能退化量模型，通過卡爾曼濾波進(jìn)行性能趨勢預(yù)測和模型參數(shù)實(shí)時(shí)更新估計(jì)。利用實(shí)時(shí)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(jī)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(jìn)而對發(fā)動(dòng)機(jī)的性能可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，同時(shí)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(dòng)機(jī)機(jī)群平均可靠度水平而言，上述方法可以對單臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)的性能可靠性進(jìn)行實(shí)時(shí)評估，根據(jù)每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)不同的性能可靠度水平進(jìn)行壽命控制。
　　 (4)以上主要研究了航空發(fā)動(dòng)機(jī)氣路性能退化失效模式，然而航空發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)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(xiǎn)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(dòng)機(jī)可靠性分析模型。該方法能夠給出航空發(fā)動(dòng)機(jī)在一定時(shí)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