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。     

共因失效相关同级叶片系统可靠性分析

为了准确地分析航空发动机的可靠性,针对航空发动机失效模式多、相关性复杂的特点,在考虑失效模式相关性的基础上,建立了共因失效相关的结构系统可靠性模型。采用蒙特卡罗法和近似数值分析法对航空发动机同级叶片系统在叶片静强度不足失效、叶片外缘变形碰摩失效及考虑2种失效模式下的可靠度进行了计算分析。分析表明与共因失效相关的可靠性模型相比,传统的不考虑失效模式相关性的可靠性模型使可靠度评估过于保守。近似数值分析法在保持与蒙特卡罗法计算精度相同的情况下,能够大幅提高计算效率。     

竞争性故障模型可靠性评估的非参数估计方法

针对航空发动机现场数据的可靠性评估面临着小子样与随机删失问题,对可靠性评估中的非参数估计方法进行了对比分析.应用蒙特卡罗方法,在竞争性故障模型下,设计了一种对比可靠性评估方法优劣性的仿真方法.该方法以三重威布尔分布为例,通过模拟产生具有随机删失特点的航空发动机现场故障数据,分别对比4种可靠性评估非参数估计方法的优劣性.最后通过一个工程应用案例验证了模型的有效性.仿真结果表明:在三重威布尔竞争性故障模型下,非参数估计方法的优劣顺序依次是Kaplan-Meier估计、平均秩次法、Herd-Johnson估计、Nelson-Aalen估计.      

航空发动机结构系统的可靠性模型

为使航空发动机可靠性模型误差更小,对航空发动机传统可靠性模型进行误差分析,指出可靠性指标扩张的原因,建立了考虑航空发动机结构系统及其失效力学特征的基于结构系统失效模式的航空发动机可靠性模型,并给出了各层的可靠度计算方法.所建立的基于失效模式的航空发动机结构系统可靠性模型考虑了失效模式的相对独立性、时效性和失效率的时变性,可以避免重要失效模式的遗漏、可靠性指标的过度扩张等问题,具有较强的工程适用价值.      

蒙特卡罗故障树方法在某型飞机起落架系统可靠性分析中的应用

针对国产某型飞机起落架的可靠性问题,建立了顶事件为"地面支撑功能失效"的故障树,运用蒙特卡罗方法对起落架系统可靠性进行了分析,给出了各部件的重要度,揭示了起落架系统可靠性的薄弱环节。结果表明,蒙特卡罗仿真分析结果与顶事件公式计算方法结果一致。     

基于平衡流形展开模型的航空发动机健康参数估计

为提高航空发动机健康参数实时估计的精度,结合非线性卡尔曼滤波器从底层模型方面进行改进。以航空发动机部件 级模型为基础,提取运行数据,采用线性拟合法求解系数矩阵,建立传统状态空间模型;采用BP神经网络拟合调度参数,建立设计 点处包含健康因子的平衡流形展开（EME）模型。基于EME模型分别采用扩展卡尔曼滤波器和无迹卡尔曼滤波器进行多种参数 退化模式下的数值仿真估计。仿真结果表明：得益于EME模型对非线性系统的良好近似性,各参数退化模式下的估计结果准确, 稳态误差不超过3%;与采用部件级模型作为底层模型的方案相比,该方案的估计速度提升了1个量级。验证了基于航空发动机 EME模型结合非线性卡尔曼滤波器进行健康参数估计方法的实际可行性。     

基于Bayes方法的民机冗余系统可靠性评估

民机中常通过冗余设计提高系统的可靠性,研究冗余系统的可靠性评估具有工程实用性。民机故障发生具有随机性,本文采用马尔可夫链描述民机冗余系统的状态变化;考虑到民机可靠性信息较少,要充分利用多源信息,运用Bayes方法对两设备组成的冗余系统进行可靠性评估。假定设备故障间隔和维修时间均服从指数分布,在不同的先验分布下,评估了该冗余系统的平均无故障工作时间,并计算了相应的稳态可用度。针对具体数值例,采用蒙特卡罗仿真方法,评估了民机冗余系统可靠性,并对仿真结果进行了分析。     

基于贝叶斯网络的分层系统可靠性分析

由于分层系统的系统结构复杂,且系统不同层次可靠性信息具有不均衡性的特点,使得分层系统的可靠性建模较为困难.考虑二态情况,通过引入贝叶斯网络描述分层系统元素间的失效关系,并考虑了系统元素间级联失效问题,结合贝叶斯多源信息融合方法,以贝叶斯网络模型为基础整合了系统各层元素的可靠性信息,构成了一种较为通用的二态分层系统可靠性分析方法.算例结果表明:该方法在贝叶斯网络模型计算过程中能够融合系统各层元素可靠性信息并有效处理级联失效问题,提高了系统可靠性后验均值估计的准确性,减小了系统可靠性结论的后验方差.      

基于贝叶斯网络和共因失效的飞机电源系统可靠性分析

飞机电源系统中的冗余设计提升了飞机系统的可靠性，但同时也增加了共因失效发生的概率。为了准确分析飞机电源系统的可靠性，首先，采取α因子模型对共因失效部件的失效率进行分解计算，并利用贝叶斯网络（BN）建立考虑共因失效的飞机电源系统可靠性模型。然后，对比分析考虑与不考虑冗余部件之间的共因失效因素时飞机电源系统及其子系统的可靠性。结果表明，考虑冗余部件之间的共因失效因素时，得到的飞机电源系统及其子系统可靠度相对于不考虑冗余部件之间的共因失效因素时较低，更加吻合实际情况。     

基于Copula函数的单冷贮备串联结构可靠性分析

传统的系统可靠性模型不能很好地反映子系统间性能相依性对整机可靠性的影响,需要忽略系统组合初始可靠度问题。以串联结构为研究对象,研究了具有多个相依工作子系统和一个冷贮备单元的系统可靠性及平均失效前时间(MTTF),应用Copula函数描述了工作子系统之间复杂的寿命相依性,基于条件概率理论,建立了具有初始可靠度和冷贮备的子系统相依的系统可靠性模型,并给出了系统的MTTF显式。以单冷贮备的两串联结构系统为例,基于Farlie-Gumbel-Morgenstern(FGM)Copula函数及边缘寿命指数分布函数,分析了子系统之间的工作相依程度对整机系统可靠性的影响,将系统可靠性表示成不同失效率的指数可靠性函数的线性组合,验证了该建模方法的有效性,为工程系统的可靠性设计和可靠性管理提供了理论依据。     

A Bayesian approach for integrating multilevel priors and data for aerospace system reliability assessment

This paper investigates Bayesian methods for aerospace system reliability analysis using various sources of test data and expert knowledge at both subsystem and system levels. Four scenarios based on available information for the priors and test data of a system and/or subsystems are studied using specific Bayesian inference techniques. This paper proposes the Bayesian melding method for integrating subsystem-level priors with system-level priors for both system- and subsystem-level reliability analysis. System and subsystem reliability outcomes are compared under different scenarios. Computational challenges for posterior inferences using the sophisticated Bayesian melding method are addressed using Markov Chain Monte Carlo (MCMC) and adaptive Sampling Importance Re-sampling (SIR) methods. A case study with simulation results illustrates the applications of the proposed methods and provides insights for aerospace system reliability analysis using available multilevel information.     

飞机供电系统自动化仿真技术

飞机供电系统是现代飞机核心组成部分之一,其性能和可靠性对飞机安全至关重要,仿真方法为高品质飞机供电系统设计提供了重要手段。传统的手动仿真方法需要耗费大量人力和时间资源,且无法完全考虑系统的复杂性和不确定性,因此无法满足飞机供电系统全面分析和评估的需求。文中提出了一种将虚拟仿真和实物系统相结合的飞机供电系统自动化仿真技术,能够提高仿真效率和准确性,且可快速、高效地评估飞机供电系统的性能,发现潜在问题,指导系统的优化与改进,对提高飞机供电系统的设计、分析和优化具有重要意义。     

飞机电源系统故障诊断方法综述及发展趋势

飞机电源系统是机上一切用电设备的电能来源,其安全性与可靠性至关重要。在环保和高效发展需求的背景下,现代航空工业正在推进以电能为核心的多电/全电飞机技术的研究和应用。电驱动装置和电力电子器件的广泛使用导致飞机电源系统结构的复杂化,对飞机的可靠性、安全性、测试性和维修性提出了更高的要求,研究飞机电源系统的故障诊断技术具有重要意义。首先介绍了飞机电源系统的组成结构和各自功能,概述了飞机电源系统的发展历程,对比了国内外典型电源系统的特征,总结了飞机电源系统中的主要故障模式、故障特点和失效原因,并提出了一种飞机电源健康管理系统的设计架构,然后综述了国内外基于模型和基于数据的故障诊断方法研究进展,从准确度、数据需求量、适用性和实现难易程度等方面评述了各类诊断方法的特点,最后指出了飞机电源系统故障诊断技术面临的挑战和发展趋势。     

飞机整体驱动发电机可靠性与维修策略探究

针对飞机整体驱动发电机可靠性分析手段缺乏、故障样本小且维修策略相对保守的问题,提出了以历史故障数据为驱动的贝叶斯和马尔可夫链融合的可靠性分析方法。首先,利用蒙特卡洛方法对故障数据预处理以增大样本空间,并通过最大信息熵法求解飞机整体驱动发电机的先验分布;其次,利用马尔可夫链方法对复杂后验分布进行解算;最后,以可靠性为中心给出飞机IDG的维修建议。经过数值仿真软件计算后得IDG的累计失效函数参数估计误差分别为0.121 3和0.001 3,误差较小。仿真结果表明,提出的可靠性分析方法适用于小样本空间的飞机IDG可靠性分析,并根据结果给出了维修建议。     

基于蒙特卡罗模拟的飞机结构可靠度分析

飞机可靠度的分析要综合考虑各种因素的影响,由于各因素的影响较为复杂,很难通过解析的方法来计算飞机的可靠度.随着计算机速度的不断提升,通过蒙特卡罗模拟计算飞机结构的可靠性逐渐变得可行.本文基于蒙特卡罗法,将损伤、工作环境、检修周期等作为核心要素,提出了面向工程应用的飞机结构可靠度分析方法,最终得到了飞机全机结构失效概率的计算方法.本方法在计算机上得到了初步实现.     

无失效数据下航空轴承的可靠性分析

针对某型航空轴承可靠性试验过程中出现的无失效问题,在对轴承寿命分布进行分析的基础上,首先根据多层Bayes法,研究了无失效可靠性试验中的试验分组问题,发现分组数在6~9之间选择时评估效果相对较好,且航空轴承的寿命越长分组数可以越少.其次,分析了多层Bayes法和E-Bayes法的原理和计算过程,通过Monte Carlo仿真,以最佳分组数为基础,发现两种方法的估计结果相差不大,但从可靠度角度综合来看,E-Bayes法相对较优.最后讨论了超先验分布中参数c的选值问题,通过对比分析给出了相对较适合于航空轴承无失效数据分析时的参数值.