基于失效概率的涡轮后机匣全局灵敏度分析

涡轮后机匣是航空发动机安全的关键部件,但是其具有工况复杂、不确定性因素多的缺点。为了探究输入随机变量的不确定性对涡轮后机匣结构失效概率的影响,建立参数化有限元模型进行确定性分析。考虑材料性能、几何参数及外部载荷的不确定性,对涡轮后机匣两种典型失效模式：强度失效以及刚度失效建立极限状态函数;通过构造自适应Kriging 代理模型并结合重要抽样方法评估涡轮后机匣结构失效概率,利用基于失效概率的全局灵敏度方法对涡轮后机匣结构可靠度的不确定性来源进行分析,对各输入随机变量重要性进行排序,构建一种涡轮后机匣全局灵敏度分析框架。结果表明：涡轮后机匣在两种失效模式以及系统失效模式下,发动机推力以及线性膨胀系数对结构失效概率影响最为显著,应对其重点考虑;内外机匣长度以及材料弹性模量对涡轮后机匣结构失效概率影响较小,可对其适当忽略。     

含故障统计相依组件的多态复杂系统故障树分析

为精确评估可重复使用火箭发动机系统可靠性,采用带约束变量的布尔算法将状态分析与故障树分析恰当结合,从而对含故障统计相依组件的复杂多态可重复使用火箭发动机系统进行可靠性分析.以航天飞机主发动机（SSME）为研究对象,对管路多态性及预燃室和涡轮泵之间的故障相依性进行深入研究.结果表明:该布尔算法能够很好地消除组件统计相依性从而简化复杂多态系统故障树,组件之间失效相依性对系统可靠性影响较大,因此需要加强组件多态及相依性的研究来获得更精确的系统可靠度.      

某型民机登机门功能危险性分析与故障树分析

针对舱门进行了功能危险性分析和故障树分析研究,以某型民机登机门为例,在考虑了舱门的事故统计,相关适航条款等情况下进行了功能危险性分析,得到登机门的主要故障模式及相应的安全性指标,作为故障树分析的顶事件,以登机门不能打开故障模式为例开展了具体的故障树分析,通过计算各底事件的失效概率,综合得到登机门不能打开故障模式的发生概率.所确定的分析方法与分析过程可为民机舱门安全性分析提供有益参考.     

基于故障树的蒙特卡罗仿真在可靠性评估中的应用

在某型飞机发动机可靠性评估过程中,通过对各子系统的可靠性分析,构建了系统的故障树模型,提出了基于蒙特卡罗算法的仿真运算。以发动机空中停车为例,通过故障树分析,建立了空中停车的失效模型,应用蒙特卡罗法对失效模型进行了仿真评估。结果表明,基于故障树分析的蒙特卡罗仿真方法,在可靠性评估中计算快捷,可以精确和客观地描述设备的重要度级别,为系统可靠性设计提供有力的支持。     

安全性分析在通用飞机航电系统架构设计中的应用

本文通过研究通用飞机航电系统的基本功能需求和系统特点,总结了通用飞机航电系统的基本组成。通过对相关适航规章的分析,研究了大气、航姿、通信、导航、监视等典型功能失效状态的分类要求;针对典型的II类涡轮螺旋桨式通用飞机,以满足功能失效概率要求为目标,采用故障树分析手段,研究了航电系统主要功能的备份需求,由此得出系统的基本逻辑架构。     

重复使用液体火箭发动机涡轮泵安全寿命预估方法

利用复杂系统寿命分布模型和故障树分析（FTA）理论建立了涡轮泵的安全寿命预估方法,并以航天飞机主发动机（SSME）高压液氢涡轮泵（HPFTP）的安全寿命预估为例,对该方法进行了说明。研究结果表明：(1)当待考核的HPFTP关键部件数大于10时,其寿命模型可以用指数分布近似表示,数目越多近似结果越可靠;(2)HPFTP的平均无故障工作时间（MTBF）为76 917 h,平均维修时间（MTTR）为8 879 h,0.998 8可靠度对应的安全寿命为25 575 s,可安全使用49次;0.999 6可靠度对应的安全寿命为8 521 s,可安全使用16次;安全使用11次对应的可靠度为0.999 7;(3)HPFTP涡轮叶片和喷嘴对应的关键重要度分别是0.217 5和0.216 6,集液器和叶轮对应的关键重要度都是0.174 2。该研究方法可为液体火箭发动机涡轮泵等复杂组件可重复使用性研究提供一定的参考。     

基于云粒子群算法的航空发动机性能衰退模型研究

压气机和涡轮是发动机的关键部件,其性能下降对发动机性能有重要影响。本文研究了压气机和涡轮的性能衰退,将部件性能衰退等价转化为部件失效因子,修正部件特性,建立了某型涡扇发动机的非线性性能衰退计算模型;提出了云粒子群优化算法,以改善迭代收敛速度慢、计算时间长的问题。基于非线性发动机性能衰退模型,进行了部件性能衰退对发动机性能影响的定量计算,所得结论为发动机状态监控提供了依据。     

基于故障树与马尔科夫分析模型的发动机系统安全性评估

安全性评估是发动机适航验证的重要方法之一,故障树与马尔科夫分析方法是安全性评估常用的方法,两种方法在安全性评估的不同时机具有各自的特点。针对故障树与马尔科夫在安全性评估中的应用时机行了深入的研究,分析结果表明:对于失效率为常数的顺序相关的系统,若部件是主动失效部件(即λ×t较小),应用故障树与马尔科夫分析方法均可准确评估系统的失效概率,采用故障树可以减少运算的复杂性;若部件是潜在失效部件,由于部件暴露时间较长(即λ×t较大),使用马尔科夫的分析方法可以更精确的评估系统的安全性。     

基于模糊理论的燃油流量计FMECA

针对传统FMECA对故障模式危害性分析主观化、经验化的缺点,应用模糊数学方法定量化传统定性评价指标。以燃油流量计为例,建立因素集、评价集,采用层次分析法确定因素权重、隶属函数法确定模糊评价矩阵,给出基于模糊理论的燃油流量计各故障模式的危害度等级,并与风险优先数法（ RPN）比较,表明前者具有较大优势。通过二级评判计算燃油流量计故障对发动机控制系统的危害度等级,结果对发动机控制系统的可靠性设计和验证有较大意义。     

涡轴发动机控制系统综合评价方法

为综合评价涡轴发动机的全权限数字式电子控制系统,在参考GJB 4078的基础上,结合涡轴发动机及控制系统自身特点,基于模糊层次分析法提出了适用的评价指标体系。通过专家打分确定评价指标体系中定性指标和定量指标的权重,建立评语集合,利用模糊层次分析法,解决了定性和定量指标混合评价时模糊量明显化的问题,有利于更加科学地综合出评价结果。同时,分别用某一定性指标和定量指标作为算例,验证了模糊层次分析法的合理性和可行性。     

TTCAN总线的节点设计

针对某燃气涡轮发动机发生的GH4169合金螺栓断裂故障,通过对故障螺栓进行断口宏微观观察、化学成分分析、硬度检测和金相组织分析,以及对未发生断裂失效的螺栓和螺母进行检查与分析,确定了该燃气涡轮发动机螺栓断裂性质为镉脆断裂;与螺母表面的镀镉层紧密接触、受到拉应力的作用以及工作温度较高,是导致螺栓发生镉脆断裂的主要原因。为此,提出了在涡轮后机匣连接部位选用GH4169合金螺母,并在发动机热端零部件连接件中避免使用镀镉层进行表面防护等建议,可供排除类似故障时借鉴。     

航天飞机主发动机高压燃料涡轮泵的故障模式

对航天飞机主发动机(SSME)高压燃料涡轮泵(HPFTP)的故障模式作了归纳总结,深入分析了HPFTP关键部件故障的问题及其解决办法.研究表明:①SSME的HPFTP故障模式与一次性使用液体火箭发动机液氢涡轮泵、航空燃气涡轮的故障模式存在很大的差异;②影响HPFTP寿命的重要故障模式是涡轮叶片的断裂与热防护装置的热机械疲劳故障;涡轮叶片的断裂主要由高温蠕变效应与高速旋转离心力所引起.HPFTP启动、关机瞬态效应对涡轮叶片的影响也很严重,在涡轮叶片寿命预估时必须考虑这些因素;③HPFTP次同步振动问题是SSME HPFTP设计初期面临的一个重要故障模式,主要由轴承与泵级间密封引起的;④启动隔离密封这类HPFTP专有密封件的故障模式也是HPFTP故障模式的重要组成部分.      

A new approach to fuzzy dynamic fault tree analysis using the weakest n-dimensional t-norm arithmetic

Dynamic fault tree analysis is widely used for the reliability analysis of the complex system with dynamic failure characteristics. In many circumstances, the exact value of system reliability is difficult to obtain due to absent or insufficient data for failure probabilities or failure rates of components. The traditional fuzzy operation arithmetic based on extension principle or interval theory may lead to fuzzy accumulations. Moreover, the existing fuzzy dynamic fault tree analysis methods are restricted to the case that all system components follow exponential time-to-failure distributions. To overcome these problems, a new fuzzy dynamic fault tree analysis approach based on the weakest n-dimensional t-norm arithmetic and developed sequential binary decision diagrams method is proposed to evaluate system fuzzy reliability. Compared with the existing approach, the proposed method can effectively reduce fuzzy cumulative and be applicable to any time-to-failure distribution type for system components. Finally, a case study is presented to illustrate the application and advantages of the proposed approach.     

大涵道比涡扇发动机涡轮监视温度容错解析

提出了对大涵道比涡扇发动机涡轮监视温度的容错解析方法,以避免由于涡轮监视温度传感器故障造成的发动机控制降级,或未检测到故障导致发动机超温.解析方法包含两种:一种是基于涡轮排气总温的解析方法作为主解析方法;另一种是基于空气流量模型的解析方法作为余度解析方法,用于在主解析温度与测量温度差异较大时进行比较取真.使用发动机试车数据进行了方法验证,结果显示:主解析方法的稳态计算误差不超过0.33%;余度解析方法的稳态计算误差不超过0.8%.这表明两种解析方法都是有效的,可以用于发动机容错控制.      

航空燃气涡轮发动机气路故障诊断现状与展望

燃气涡轮发动机在航空、地面和舰船上有着广泛的应用,对其进行性能评估和故障诊断有着重大的现实意义。本文对发动机气路诊断的发展以及当前的主要气路诊断方法如故障方程法,基于非线性模型的诊断方法,基于人工智能等方法进行了综述,最后对航空发动机气路诊断的发展进行了展望。      

基于T-S 模糊FTA 与仿真的舱盖机构故障诊断方法

针对高空舱舱盖机构系统故障源与故障程度难以判定以及故障特征值难以提取的问题,提出了基于T-S模糊故障树分析与仿真相结合的故障诊断方法。将T-S模型引入到舱盖机构不同步的典型故障分析中,用模糊可能性描述部件的故障概率;用T-S门来描述事件间的联系;用模糊数描述部件的故障程度,结合模型仿真模拟故障分析,获取部件发生故障时对顶事件的贡献或重要度,计算出顶事件发生故障的模糊可能性及其诊断决策。为高空舱舱盖机构的故障诊断和维修保养提供参考。     

航空发动机故障融合诊断研究

结合气路诊断与振动分析方法,建立发动机故障融合诊断模型,探讨气路与振动故障融合诊断方法的可行性。构建故障融合诊断3级体系(故障特征级、故障模式级以及故障决策级融合),实现基于性能参数和振动参数的综合评估方法,获得基于小偏差法的气路故障判据,形成基于动力学分析的振动故障判据,提出故障特征融合的方法,通过算法实现故障融合识别,并在模拟试验器上进行涡轮叶片掉块故障试验验证,获得相应的故障诊断决策。结果表明:设计的发动机故障融合诊断方法合理,算法正确。     

民用航空发动机顶层故障事件的概率计算研究

为满足民用航空发动机的安全性目标,发动机顶层故障事件(顶事件)的风险应被控制至可接受状态。针对顶事件的风险控制要求,细化为顶事件的预期发生概率应被控制至可接受值以下。基于顶事件的预期发生概率要求,提出了从上到下分析导致顶事件发生的潜在原因并逐级建造故障树的方法,阐述了故障树分析的开展时机及作用。然后,对顶事件发生概率的计算进行了研究,通过考虑顶事件的飞行阶段影响因素、故障树最小割集及其概率、底事件失效率及其风险时间,提出了顶事件发生概率的计算模型。同时,结合示例对顶事件发生概率的计算模型进行了应用,以验证顶事件概率计算方法的可行性。提出顶事件概率计算模型,为发动机顶层故障事件风险控制要求提供有力的技术支撑。     

基于模糊积分的航空发动机MTBF动态评估方法

针对传统评估方法无法解决航空发动机可靠性评估的滞后问题,采用模糊积分方法建立航空发动机动态可靠性评估模型.引入故障强度因子,建立降半正态型分布的故障强度因子函数表示故障纠正过程.通过故障强度因子得到模糊密度,采用Choquet模糊积分方法融合发动机各阶段可靠性指标,解决了航空发动机可靠性指标的动态评估问题.对在研的某小型涡扇发动机进行了应用研究,结果表明采用Choquet模糊积分数据融合方法进行动态评估能考虑到不同阶段故障数据的重要性,对发动机当前的可靠性水平能给予更加科学的评价.      

基于核主元分析方法的燃气涡轮发动机燃烧系统实时监测与诊断

针对燃气涡轮发动机燃烧室状态监测方法不足,故障定位难和故障早期发现难的问题,以涡轮排气温度场周向数据为分析依据,通过研究燃气在涡轮通流部分的偏转规律,利用核主元分析(KPCA)方法对经过有效性处理后的温度场数据进行分析,并结合两台发动机的故障数据,分别对燃烧系统自身故障和热电偶传感器故障进行检测与识别,验证了排气温度场燃气偏转规律与核主元分析相结合的方法对燃烧系统故障和传感器故障进行诊断的有效性.结果表明:该方法能够将安装了环管式分布火焰筒的燃气涡轮发动机燃烧室的故障诊断定位层次从目前的燃烧室这个大部件提高到火焰筒级别的小部件.