涡扇发动机整机试验高压压气机流量计算方法研究

发展了一种涡扇发动机整机状态下高压压气机进口流量的计算方法。通过部件试验获得转速、压比、可调静叶（VSV）角度和级间引气对高压压气机进口换算流量的影响规律,基于此规律将核心机试验结果修正到设计要求状态,获得对应于设计要求工况的压气机“转速-流量基准数据”。基于该“转速-流量基准数据”和整机试验工况相对于设计要求状态的偏差,根据部件试验获得的各因素影响规律,修正得到整机试验实际工况下的高压压气机的进口流量。本方法经某大涵道比涡扇发动机部件试验和多台份核心机试验验证,方法可靠,流量计算偏差小于0.5%,应用于整机试验能够有效支撑试验的开展和整机性能的评估。     

基于部件特性的航空发动机性能模型修正

研究了基于部件特性修正的航空发动机稳态性能模型修正方法,并通过对部件特性的研究总结了部件特性修正因子选择原则。以此为基础,提出了基于多状态试验数据的发动机性能模型修正方法,并采用双轴涡扇发动机地面试验节流特性数据对稳态性能模型进行修正。结果表明,采用单个试验状态数据修正后的稳态性能模型不能完全满足工程使用要求,使用基于多状态试验数据修正后的节流特性转速范围内模型计算精度与修正前相比有很大提高,验证了该方法的有效性和实用性。     

动量轮在轨状态可靠性贝叶斯网络建模与评估

卫星动量轮在轨运行环境复杂,并且无失效数据,难以利用传统方法进行可靠性建模与评估。为此,提出一种利用贝叶斯网络融合动量轮各种试验信息及轴温和电流等遥测数据的可靠性建模与评估方法。基于失效分析建立贝叶斯网络拓扑结构,根据试验数据估计网络参数,而后,通过贝叶斯网络的推理得到动量轮可靠度的点估计和区间估计,并利用在轨遥测数据实时评估动量轮可靠性,获得动量轮可靠性变化趋势比较明显的遥测数据取值区间。该方法对动量轮实时状态监控具有一定的理论和实践意义。     

飞行试验阶段航空产品环境适应性评价方法

针对飞行试验阶段对航空产品的环境适应性开展定性定量评价,通过分析目前军用飞机所经历的环境条件,将其分为自然环境和平台环境两种,然后对所有影响因子进行了细分,总结出15种主要环境影响因子,最后给出了各环境因子的主要评价要求,为定性评价环境适应性垫定了基础;通过利用相应传感器测量环境载荷数据,对各环境因子定量化表征,完成了环境应力参数的采集获取,最后利用飞参数据、人工判读等方法来对产品工作状态进行判断,及时准确的判断出产品故障或性能下降。     

基于通道校准和HMM的机载雷达健康状态评估

性能退化与间歇故障是机载雷达健康状态的重要反映。针对传统机载雷达健康评估方法缺乏整机级的监测指标、未能综合考虑性能退化和间歇故障，传统BIT电路难以监测间歇故障等工程难题，提出了基于通道校准链路，综合运用通道校准仿真技术、正态云、HMM建立起健康状态评估流程。首先，对通道误差与间歇故障进行分析，得到4类校正系数，建立误差与间歇故障注入仿真流程；然后，基于正态云，利用校正系数的样本方差来表征雷达系统的健康状态，提出统一健康模型，并给出HMM拓扑结构与参数设计方法；最后，建立起基于数据驱动的评估流程并开展应用研究。仿真实验验证了误差和间歇故障仿真流程的可行性、健康状态评估方法的有效性，可获得大于95%的评估准确率；应用案例表明所提方法可行，能解决工程上机载雷达健康状态评估的问题。     

基于退化失效数据的环境因子问题研究

针对具有退化失效特性的高可靠性长寿命产品,在有限试验时间内难以获得大量失效数据进行环境因子研究的问题,通过对产品性能退化特性的监测和分析,研究退化失效环境因子的建模和估计方法.给出了退化失效环境因子的一般定义和数学描述;提出了复合Poisson过程退化轨道模型的退化失效环境因子模型,并给出了环境因子点估计的矩方法和区间估计的二项分布法;通过仿真实例,对方法在工程应用上的有效性进行了说明.      

BP神经网络在导弹试验干扰效果评估中的应用

导弹试验时,为了考核导弹的抗干扰性能,须要构建复杂的电磁环境。在分析复杂电磁环境影响导弹作战性能的干扰因素基础上,建立了干扰效果评估的BP神经网络模型,通过试验数据样本进行学习训练。利用训练好的模型对干扰效果进行检验评估,结果表明:基于BP神经网络的干扰效果评估模型具有一定实用性和可行性,可以对一定场景下的干扰效果作出快捷准确客观评价。     

发动机唇口电热防冰系统性能仿真

采用三维耦合传热方法对发动机唇口电热防冰系统进行了多状态下的性能仿真,获得了唇口表面平衡温度及动态温升响应时间,以此评估防冰系统性能,并通过与冰风洞试验结果对比,对仿真过程进行了修正。研究表明:唇口表面加热区平衡温度均高于273.15 K,温升响应时间小于60 s,满足防冰需要,较为严酷的防冰状态点主要为飞行速度较大、环境温度较低的状态点;修正唇口材料导热系数后,仿真与试验结果吻合良好。研究结果能有效指导工程研制,对提高防除冰仿真分析结果的准确性提供了很好的借鉴。     

多源数据驱动下的航空装备状态鉴定通用质量特性评估方法研究

在新的试验鉴定体系下，航空装备状态鉴定通用质量特性评估不应只停留在研制阶段的试验室试验验证，还应进一步开展性能鉴定试飞试验。航空装备状态鉴定过程中存在通用质量特性评估目标不明确、数据不完整和方法不完善等三大关键问题，严重限制了航空装备通用质量特性评估有效性。因此工程中迫切需要解决以上问题，重点围绕近实战环境下通用质量特性评估指标体系构建、数据收集内容与模板研究，以及状态鉴定多渠道数据融合的通用质量特性评估方法研究等，以便有效解决状态鉴定中通用质量评估无统一方法可依的现状。     

空间对接机构缓冲试验台分离性能分析

为了模拟空间的分离过程,在地面上研制了具备五自由度的大型缓冲试验台,以此研究在对接分离过程中运输飞船和空间站相对分离速度、姿态角及姿态角速度等的变化规律。地面五自由度状态试验台获得的试验数据能否代表空间零重力六自由度实际状态,需要对分离试验台做分离性能分析。建立了地面环境及空间零重力环境两种状态下的理论分离模型,对比了两种状态下的分离过程和结果;同时还建立了两种状态下的全数值样机仿真模型,依据某工况下的试验条件,计算分析了运输飞船和空间站在分离过程中的运动特性。从理论和数值仿真两方面阐述了缓冲试验台在模拟分离时的情况,论证了利用缓冲试验台模拟空间状态下两飞行器分离过程的有效性。     

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。     

Reliability estimation of rotary lip seal in aircraft utility system based on time-varying dependence degradation model and its experimental validation

With several attractive properties, rotary lip seals are widely used in aircraft utility system, and their reliability estimation has drawn more and more attention. This work proposes a reliability estimation approach based on time-varying dependence analysis. The dependence between the two performance indicators of rotary lip seals, namely leakage rate and friction torque, is modeled by time-varying copula function with polynomial to denote the time-varying parameters, and an efficient copula selection approach is utilized to select the optimal copula function. Parameter estimation is carried out based on a Bayesian method and the reliability during the whole lifetime is calculated based on a Monte Carlo method. Degradation test for rotary lip seal is conducted and the proposed model is validated by test data. The optimal copula function and optimal order of polynomial are determined based on test data. Results show that this model is effective in estimating the reliability of rotary lip seals and can achieve a better goodness of fit.     

Reliability estimation of mechanical seals based on bivariate dependence analysis and considering model uncertainty

The reliability estimation of mechanical seals is of crucial importance due to their wide applications in pumps in various mechanical systems. Failure of mechanical seals might cause leakage, and might lead to system failure and other relevant consequences. In this study, the reliability estimation for mechanical seals based on bivariate dependence analysis and considering model uncertainty is proposed. The friction torque and leakage rate are two degradation performance indicators of mechanical seals that can be described by the Wiener process, Gamma process, and inverse Gaussian process. The dependence between the two indicators can be described by different copula functions. Then the model uncertainty is considered in the reliability estimation using the Bayesian Model Average (BMA) method, while the unknown parameters in the model are estimated by Bayesian Markov Chain Monte Carlo (MCMC) method. A numerical simulation study and fatigue crack study are conducted to demonstrate the effectiveness of the BMA method to capture model uncertainty. A degradation test of mechanical seals is conducted to verify the proposed model. The optimal stochastic process models for two performance indicators and copula function are determined based on the degradation data. The results show the necessity of using the BMA method in degradation modeling.     

多样本时间序列的P-T曲线可靠性评估方法

提出一种用于评估固体火箭发动机内弹道压强—时间曲线(P-T曲线)的多样本时间序列方法.该方法可以综合利用单条样本曲线数据内的纵向信息和多条样本曲线数据间的横向信息, 提高固体火箭发动机内弹道性能曲线可靠性评估的精度.具体给出了等间距与非等间距情形下多样本P-T曲线模型参数的极大似然估计方法以及当给定压强满足可靠性要求的上、下限时可靠度的点估计与区间估计计算公式.文中最后给出了一个具体实例.      

基于混合Gamma分布的通用可靠性寿命数据拟合方法

 可靠性寿命数据分析是可靠性工程研究的重要基础。目前对于可靠性寿命数据分析的研究存在两个主要问题:一是凭经验选择的概率分布严重依赖于人的主观判断,不能保证所选分布的适用性;二是常用分布拟合能力有限,在很多情况下不能满足寿命数据处理的需要。针对这两个问题,在混合Gamma分布稠密性的基础上,提出了一种通用的可靠性寿命数据拟合方法,给出了基于期望极大化(EM)算法的混合Gamma分布的参数估计方法,并通过6个拟合实例验证了该方法的有效性。最后,结合WP-7乙型航空发动机I级导叶片故障数据分析问题,开展了应用研究,并且与目前常用的方法进行了对比。     

基于分解协调移动极值响应面法的多构件结构动态可靠性分析

多个构件装配而成的复杂结构可靠性分析存在计算流程繁琐、计算效率低的问题。基于极值响应面 法、移动最小二乘法和分解协调的策略,提出分解协调移动极值响应面法(DCMERSM),对考虑流-热-固耦 合作用的航空发动机高压涡轮叶盘径向变形进行动态可靠性分析,通过对比直接模拟和分解协调极值响应面 法(DCERSM),对 DCMERSM 在 建 模 特 性 和 仿 真 性 能 方 面 的 有 效 性 和 适 用 性 进 行 验 证。 结 果 表 明: DCMERSM不仅适用于转子机械动态可靠性分析,同时还可以用于复杂机械多构件结构可靠性分析。     

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。      

基于降维可视化与Kriging的齿轮振动可靠性分析

针对齿轮振动可靠性分析时计算量大、计算精度低等问题,提出一种基于降维可视化技术和Kriging模型的可靠性分析方法.通过Monte Carlo法生成抽样点,采用降维可视化技术将多维空间降至二维极特征空间,通过Kriging模型预测失效域与安全域的分界线,在预测分界线时,借助Kriging非线性预测和误差分析的特性,通过一种主动学习选点的方式建立Kriging预测模型,来提高样本点的利用率.通过齿轮振动可靠性的算例表明:相比于传统的降维可视化技术,调用极限状态函数由975次减少为149次,计算时间由12400s减小为1810s,可靠度与100000次Monte Carlo模拟计算结果基本吻合一致,验证了该算法的正确性和有效性.      

基于机器学习的飞机动力装置运行可靠性

为了研究分析飞机的动力装置在执行飞行任务过程中的运行可靠性,针对运行可靠性影响因素的多维、耦合的特点,采用机器学习方法对动力装置运行可靠性的时变规律及其相关影响因素进行分析。提出了考虑动力装置的工作状态、飞机的运行外界条件、飞机的飞行状态3类因素分析动力装置实时运行状态下的时变可靠性方法;并基于飞机实际运行的快速存取记录器（QAR）数据,梳理了动力装置运行可靠性分析相关的3类因素、16个主要特征。结合飞机运行的时空关系,采用数据包络分析（DEA）方法对飞机动力装置的工作状态特性与性能裕度进行非参数分析,基于提取的QAR数据特征,采用随机森林、多变量神经网络回归算法,建立2种基于机器学习的动力装置运行可靠性分析模型。以B737-800机型为例,对一次北京至珠海的飞行任务的动力装置相关运行数据进行分析,对2种机器学习分析模型进行训练与测试研究。分析结果表明：对动力装置工作状态特性贡献度最大的特征依次为计算空速、飞行时间与飞行高度;对动力装置性能裕度贡献度最大的特征依次为动力装置工作状态特性、雷达气象与飞行时间。所采用的2种机器学习方法能较好反映动力装置运行过程的时变可靠性规律,可为动力装置的运行与特情处理提供参考。     

Reliability analysis based on a novel density estimation method for structures with correlations

Estimating the Probability Density Function (PDF) of the performance function is a direct way for structural reliability analysis,and the failure probability can be easily obtained by integration in the failure domain.However,efficiently estimating the PDF is still an urgent problem to be solved.The existing fractional moment based maximum entropy has provided a very advanced method for the PDF estimation,whereas the main shortcoming is that it limits the application of the reliability analysis method only to structures with independent inputs.While in fact,structures with correlated inputs always exist in engineering,thus this paper improves the maximum entropy method,and applies the Unscented Transformation (UT) technique to compute the frac tional moments of the performance function for structures with correlations,which is a very efficient moment estimation method for models with any inputs.The proposed method can precisely estimate the probability distributions of performance functions for structures with correlations.Besides,the number of function evaluations of the proposed method in reliability analysis,which is determined by UT,is really small.Several examples are employed to illustrate the accuracy and advantages of the proposed method.