基于蒙特卡罗方法的民用飞机故障风险评估方法

为提高航空安全,降低民用飞机运行过程中的故障风险水平,分别建立了单机风险和机队风险计算方法,指出单机风险计算的关键是确定部件故障分布及故障率,威布尔分布很好地描述了部件故障分布情况。针对部件故障机理,给出了部件故障的未检出概率、部件故障后果的条件概率及相应严重性后果,判定风险水平能否接受;机队故障风险在已知单机风险的基础上,取决于机队规模和当前飞行循环水平。基于机队运行数据预测故障飞机数量,获得不同参数分布、故障飞机数量和退役寿命下的机队风险水平。以某型发动机涡轮盘榫齿裂纹为例,通过蒙特卡罗方法,模拟单机及机队部件产生故障的时间,分析部件故障引起的单机风险水平和机队风险水平,基于运行数据给出民用飞机单机和机队在持续适航阶段的风险水平。     

基于随机维纳过程的航空发动机性能衰退研究

针对发动机下发间隔预测的问题,研究了发动机性能衰退规律。基于发动机排气温度裕度（EGTM）数据,建立了随机维纳模型,并使用严酷度因子修正模型,表征不同的工作条件对发动机的影响。利用期望最大化（EM）算法结合贝叶斯定理,对模型参数求解,最终得到了基于性能衰退的发动机平均下发间隔。研究结果表明,在严酷度因子为1.2696的使用条件下,某型号航空发动机性能衰退平均下发间隔为8219循环;基于该模型预测的发动机平均下发间隔与厂商建议的下发时间之间的误差仅为1.7%。     

航空发动机全寿命维修概率建模与仿真

由于生产制造、运行环境和使用条件等个体性差异,航空发动机部件性能/寿命不确定,进一步导致机队送修率和小时维修费率等运维指标不确定.为了量化评估部件设计可靠性、运行环境、维修决策等不确定性因素对机队运维指标(送修率、送修原因、平均拆换时间间隔、小时维修费率等)的影响,提出了一种航空发动机全寿命周期维修概率建模方法.该方法...     

阿赫耶2S系列发动机全寿命性能分析与研究

通过分析S76C系列飞机上装载的阿赫耶2S系列发动机的性能特点,确立能代表其性能衰退趋势的参数,通过选取合适的数学方法来处理数据并拟合性能指标的衰退模型,再结合机队运行经验,制定了指导维修工作合理开展的实际措施,如发动机性能衰退率监控、发动机合理大修时间预测等。     

CFM56—7B型发动机衰退模型建立与研究

发动机从投入使用到返厂大修整体性能衰退是一个连续性过程．研究目的在于建立能精确反映该过程的模型。收集大量CFM56—7B型发动机数据,通过解码、修正、换算得到大量的发动机排气温度裕度数据点．分段拟合并比较得到最优的该型发动机衰退数学模型,并运用另一机队数据验证模型。验证表明模型能较好地反映该型发动机衰退规律,给系统工程师分析该型发动机提供了指导依据,对研究该型发动机的性能衰退过程具有实用和理论指导意义。     

基于性能参数残差序列分析的发动机性能衰退研究

为研究发动机在使用过程中的性能衰退,提出了一种发动机部件性能参数残差序列分析方法。利用发动机模型进行发动机测量参数对部件性能参数的敏感度分析,优化选取充分表征发动机性能衰退的部件性能参数,建立性能参数多元线性回归模型,得到了性能参数的残差序列,通过对残差序列的统计量分析,成功地确定了发动机性能突变时刻,为发动机的维护起到了一定的指导作用。     

基于RF-SVR的燃油计量装置性能衰退检测和剩余寿命估计方法

为了实现航空发动机燃油系统的安全状态监测和健康管理,开展了燃油系统性能衰退检测和剩余使用寿命估计方面的研究。以燃油系统燃油计量装置为例,分析了其主要的性能衰退模式,设计了基于电流-速度数据的健康指标(HIs)选取方案,并考虑环境及模型参数不确定性,进行模型不确定性仿真,基于健康数据与性能衰退数据间的马氏距离对部件性能衰退进行检测。提出了基于随机森林-支持向量回归(RF-SVR)的剩余使用寿命(RUL)估计方法,利用通过RF特征选择优化的SVR模型实现部件RUL估计。最后基于某型民用涡扇发动机机械液压模型仿真数据对该方法进行了验证,结果表明:该方法的性能衰退检测虚警率及漏报率低于2%,RUL估计误差低于3%,可为航空发动机燃油系统的预测性维护提供参考。      

基于卡尔曼滤波和主元分析的发动机性能衰退

在给定测量参数基础上,通过非线性估计得到对应离散时刻的部件性能参数,利用数据插值方法扩充测量参数。利用主元分析方法对这些测量参数进行分解,提取反映性能衰退的成分,以此构造反映性能变化的统计量,假定该统计量服从,分布,对性能衰退情况做进一步分析,得到在10000时间点附近性能衰退最为严重,已超过阀值,与前面参数估计结果相符。用部件性能衰退分析方法对发动机性能状况监控,为及时采取维护措施提供了一定的指导作用。     

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。     

航空发动机推力衰退缓解的神经网络控制

针对航空发动机气路部件性能退化导致的推力下降问题,提出一种基于变增量线性规划(LP)优化 神经网络控制方法用于航空发动机推力衰退缓解控制。该方法通过内环控制转速和发动机压比,外环修正发动机指令信号以缓解发动机推力衰退。其中内环非线性自回归滑动平均(NARMA-L2)转速控制器由神经网络训练得到;外环指令修正回路利用变增量LP优化方法调整发动机指令信号。以某型小涵道比涡扇发动机为对象进行仿真验证,结果表明,在4组仿真条件下,设计的控制方法在保证性能退化的发动机不超限的条件下使推力衰退至少缓解了46.5%,验证了该方法的有效性。     

基于蒙特卡罗模拟法的航空发动机装配公差分析

讨论了蒙特卡罗法的基本原理,研究了利用蒙特卡罗模拟法进行装配尺寸链公差分析的实现方法,提出了基于蒙特卡罗模拟法的公差分析流程,并以某型航空发动机高压涡轮的一个径向尺寸链为实例进行了计算。计算结果表明：蒙特卡罗模拟法用于公差分析具有可行性,其精度随着模拟次数的增加而提高,在模拟次数达到200000次以上时,其精度已经较高。蒙特卡罗法作为一种统计分析方法,同时适用于线性和非线性尺寸链。     

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。     

基于非线性Wiener过程航空发动机性能退化预测

针对线性随机过程航空发动机剩余使用寿命预测精度不高的问题,提出一种漂移系数为指数形式的非线性Wiener过程发动机性能退化建模,进而预测航空发动机的剩余寿命。基于直接监测发动机性能退化数据,构建发动机性能退化模型,根据Wiener过程首达阈值时间的数学性质,推导出剩余寿命的概率分布。通过极大似然估计构建退化模型中未知参数的似然函数,利用遗传算法得到发动机总体模型参数的离线估计值。考虑到不同发动机个体间的差异性,采用贝叶斯公式,结合发动机的实时监测数据与总体模型参数的先验分布对模型中随机参数进行实时更新,从而对个体发动机的剩余寿命实时预测。最后,选择商用航空发动机仿真数据集(C-MAPSS)进行实验,结果表明：针对个体发动机基于非线性随机过程方法,实时更新非线性Wiener方法能够提高航空发动机循环中期剩余寿命预测的准确性,提供更加可靠的预防性维修决策。     

Weibull分布定时无失效数据可靠性分析方法

定时无失效数据的处理是当前工程中亟需解决的问题.为此,提出一种Weibull分布定时无失效数据可靠性分析方法,在形状参数下限已知的情况下,给出了可靠度和使用寿命的单侧置信下限,从而能够根据定时无失效数据对产品进行高置信水平的可靠性评定.大量Monte Carlo模拟验证结果表明,该方法既可以充分利用定时无失效数据,又能对Weibull分布无失效数据进行累加,所以增大了信息量,提高了预测精度.文中给出某型号高压容器定时无失效寿命试验数据的计算实例.      

基于加速退化模型的卫星组件寿命与可靠性评估方法

针对卫星产品长寿命、高可靠性的特点,提出了使用加速退化试验的方法来评估卫星用微波接收机的寿命与可靠性指标.首先,在确定微波接收机关键模块与相应失效机理的基础上,选择了适用的加速模型.然后,通过分析产品性能的实际退化过程,选择漂移布朗运动对此进行拟合,并结合漂移布朗运动首达时(first passage time)服从逆高斯分布的特点,建立了产品的可靠性模型.最后,采用极大似然结合最小二乘的评估方法,对该关键模块的恒定应力加速退化试验的蒙特卡罗仿真结果,进行了产品的寿命与可靠性评估并且得到了合理的结果,从而验证了本文方法的正确性.     

A model-based prognostics method for fatigue crack growth in fuselage panels

This paper proposes a model-based prognostics method that couples the Extended Kalman Filter (EKF) and a new developed linearization method. The proposed prognostics method is developed in the context of fatigue crack propagation in fuselage panels where the model parameters are unknown and the crack propagation is affected by different types of uncertainties. The coupled method is composed of two steps. The first step employs EKF to estimate the unknown model parameters and the current damage state. In the second step, the proposed efficient linearization method is applied to compute analytically the statistical distribution of the damage evolution path in some future time. A numerical case study is implemented to evaluate the performance of the proposed method. The results show that the coupled EKF-linearization method provides satisfactory results: the EKF algorithm well identifies the model parameters, and the linearization method gives comparable prediction results to Monte Carlo (MC) method while leading to very significant computational cost saving. The proposed prognostics method for fatigue crack growth can be used for developing predictive maintenance strategy for an aircraft fleet, in which case, the computational cost saving is significantly meaningful.     

基于多性能参数的民用航空发动机 实时性能可靠性预测

以民用航空发动机为研究对象,运用性能退化可靠性理论,对发动机的性能可靠性进行了研究.通过分析发动机性能退化过程,利用状态空间方法建立了时变性能退化模型,并通过卡尔曼滤波对性能趋势进行预测;然后考虑各性能参数之间的相关性,运用随机过程理论建立了基于多性能参数的实时性能可靠性预测模型,从而对发动机的退化时间进行实时预测;最后通过实例证明该方法是有效的,并且易于工程实现,同时,也为航空公司进行发动机机队科学管理提供了基础.      

基于Wiener过程的民用航空发动机性能可靠性预测

通过对民用航空发动机性能退化数据的分析,提出了一种有效融合先验退化数据和现场退化数据的性能可靠性评估和剩余寿命预测方法.首先在先验退化数据的基础上确定Wiener过程参数的先验分布,然后利用贝叶斯方法融合新增的现场数据,对Wiener过程参数进行更新,并在此基础上对单台发动机进行性能可靠性评估和剩余寿命预测.该方法能根据现场退化数据不断地对可靠性和剩余寿命进行更新.最后通过某航空公司发动机性能退化数据验证文中提出的方法,结果表明41号发动机在2000循环和3000循环时预测的剩余寿命相对误差分别为0.060和0.018,可以满足航空公司发动机下发计划制定的实际需要.      

一种双时间尺度函数Wiener过程性能退化模型

为通过性能退化数据评估产品的可靠性,基于广义Wiener过程提出了一种双时间尺度函数模型以描述产品退化过程。采用极大似然估计(MLE)法求解模型参数,推导了其寿命分布(FTD),进而进行可靠度分析和寿命评估。对模型进行了Monte Carlo模拟验证和实例应用,并将目前常用的混合效应Wiener过程模型作为参考方法进行了对比分析。结果表明:根据90%可靠度曲线的定义,该方法较参考方法的结果更为合理、准确。进一步的寿命评估结果表明,该方法与参考方法的平均寿命相差232.9h,90%可靠寿命结果相差109.4h,且参考方法计算结果偏于危险。