民航發(fā)動機性能可靠性評估與在翼壽命預測方法研究.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發(fā)動機的使用和維修管理任務，為提高飛機安全經濟運營奠定基礎。傳統(tǒng)可靠性理論必須依據失效數據對產品進行可靠性評估，然而，對于發(fā)動機而言，在允許的時間內很難獲取足夠的失效數據。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域所面臨的關鍵問題。而

2、上世紀末興起的以性能退化數據為基礎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，結合航空發(fā)動機使用維護過程中所采集的性能數據，以性能可靠性分析理論為基礎，深入研究了發(fā)動機的性能可靠性評估理論和方法。主要內容如下：
　　 (1)研究了基于性能數據的航空發(fā)動機機隊可靠性評估方法，根據航空發(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系，利用Kolmogorov向前方程以及布朗運動的性質，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)研究了單性能參數條件下航空發(fā)動機在翼壽命預測模型。傳統(tǒng)的壽命預測方法都是建立在大量的壽命信息的基礎上，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據

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的信息。故本文以性能可靠性分析理論為基礎，利用擬合優(yōu)度檢驗得到模型的先驗分布參數，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測數據；最后利用免疫粒子群組合預計方法(IA-PSO方法)對發(fā)動機的在翼壽命進行組合預測，并對結果進行了比較，組合預測精度明顯提高。用此方法可以對投入使用但尚無壽命信息的產品壽命進行預

5、測，具有廣泛的適用性。
　　 (3)航空發(fā)動機是非常復雜的機電液系統(tǒng)，其健康狀態(tài)表現(xiàn)在多個性能參數上，而且各參數間具有復雜的相關性，為了全面評估發(fā)動機的可靠性，提高在翼壽命預測精度，提出了基于多性能參數的的航空發(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，建立具有時變參數的多性能退化量模型，通過卡爾曼濾波進行性能趨勢預測和模型參數實時更新估計。利用實時監(jiān)測數據，分析了各性能參數間的相關性，根據多維隨機變量的性質，

6、建立了多參數性能可靠度聯(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，同時預測在翼壽命，其預測精度要高于單參數條件下的在翼壽命預測。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雜系統(tǒng)，其失效是不同失效模式間競爭的結果，

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，結合(3)介紹的方法建立了基于多參數的航空發(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；最后，結合可靠性分析理論，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