彈用渦扇發(fā)動機飛行可靠性評估工學論文

時間：2023-04-30 09:03:01 論文范文我要投稿

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　　摘要:對發(fā)動機進行可靠性評估是檢驗發(fā)動機是否滿足可靠性要求的重要手段.根據(jù)某型彈用渦扇發(fā)動機在研制過程中的各種地面試驗數(shù)據(jù)和少量的飛行試驗數(shù)據(jù),采用一種基于AMSAA模型的方法建立了環(huán)境因子模型,給出了環(huán)境因子的求解方法,并利用求得的環(huán)境因子獲得了等效的飛行數(shù)據(jù).在此基礎(chǔ)上分別建立了發(fā)動機在地面環(huán)境和飛行環(huán)境下的壽命分布模型,并實現(xiàn)了可靠性評估.

彈用渦扇發(fā)動機飛行可靠性評估工學論文

　　關(guān)鍵詞:彈用渦扇發(fā)動機可靠性評估壽命分布 AMSAA模型環(huán)境因子

　　彈用渦扇發(fā)動機作為導彈的重要組成部分,其可靠性直接影響到導彈的性能、壽命和費用,因此在發(fā)動機定型前必須對其可靠性進行定量的評估,以檢驗是否滿足提出的可靠性要求[1].確定發(fā)動機壽命分布及可靠性評估的依據(jù)是發(fā)動機在各種試驗中得到的時間失效數(shù)據(jù).彈用渦扇發(fā)動機在研制過程中所進行的試驗主要包括各種地面條件下的性能實驗(磨合試驗、加減速試驗、二次起動試驗、節(jié)流試驗)、可靠性摸底試驗、可靠性增長試驗和飛行試驗[2].如何利用地面試驗數(shù)據(jù)和少量的飛行試驗數(shù)據(jù)來對發(fā)動機的飛行可靠性做出合理評估,成為發(fā)動機飛行可靠性評估中一個急需解決的問題[3].本文首先給出了基于AMSAA模型的環(huán)境因子的確定方法,并利用優(yōu)化方法求得了不同地面試驗環(huán)境相對于飛行試驗環(huán)境的環(huán)境因子,在此基礎(chǔ)上實現(xiàn)了彈用渦扇發(fā)動機飛行環(huán)境下的壽命分布建模和可靠性評估.

　　1 環(huán)境因子的確定

　　在可靠性數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析中可以使用環(huán)境因子將各種試驗環(huán)境下的產(chǎn)品的試驗時間轉(zhuǎn)化為使用環(huán)境下的試驗時間.

　　1·1 基于AM SAA模型的環(huán)境因子

　　設(shè)某產(chǎn)品在研制階段共經(jīng)歷了m個(m≥2)試驗項目;產(chǎn)品在研制期間總故障數(shù)為N;產(chǎn)品第1個試驗項目起止節(jié)點為T0, T1,第j個試驗項目的起止節(jié)點為Tj-1, Tj(j=1,2,…,m);產(chǎn)品第q個故障的累計試驗時間為tq(q =1,2,…,N);各試驗項目的環(huán)境因子為k1,k2,…,km.則產(chǎn)品折合后在整個研制試驗過程中的第q個故障的累計故障時間tn,q可由下式計算:

　　式中:Tj-1≤tq≤Tj;Tn,0為產(chǎn)品折合后整個研制試驗的起始節(jié)點;Tn,j-1,Tn,j分別為產(chǎn)品折合后整個研制試驗中的第j個試驗項目的起止節(jié)點.此時環(huán)境因子的求解過程可表示為一個多約束極小形式的最優(yōu)化過程:min(C2N). (2)約束條件為

　　式中:U1-α/2和C2N,α為產(chǎn)品在顯著性水平為α下的增長趨勢檢驗統(tǒng)計量的臨界值及AMSAA模型擬合優(yōu)度檢驗統(tǒng)計量的臨界值,可查文獻[4]的增長趨勢分析臨界值表和克萊默-馮·梅賽斯檢驗臨界值表.U為產(chǎn)品增長趨勢檢驗統(tǒng)計量;C2N為產(chǎn)品AMSAA模型擬合優(yōu)度檢驗統(tǒng)計量,可由下式求得:

　　式(4)適用于定時截尾情形,其中Tn,m為產(chǎn)品折合后的整個研制試驗的截止時間,-b為產(chǎn)品的增長參數(shù).

　　式(5)適用于定數(shù)截尾情形,其中tn,N為產(chǎn)品折合后的整個研制試驗中最后一個失效時間,式中的產(chǎn)品增長參數(shù)-b為

　　1·2 環(huán)境因子的求解方法

　　1)環(huán)境應(yīng)力類型的劃分

　　擬將所進行的試驗項目分為:性能試驗(包括磨合試驗、加減速試驗、驗證試驗、濕啟動、干啟動試驗)、可靠性試驗和試飛3種環(huán)境應(yīng)力類型.

　　2)環(huán)境因子取值范圍的選取

　　本文取性能試驗的環(huán)境因子k1的取值范圍為0~1,可靠性試驗的環(huán)境因子k2的取值范圍為1~3;試飛的環(huán)境因子k3的取值為1.3)環(huán)境因子的求解算法式(2)和式(3)可寫成如下的一般形式:

　　采用外部罰函數(shù)法求解式(8)確定的多約束極小值問題.對可行域作一懲罰項p(x),有:式中:β為大于等于1的常數(shù),取β=2.構(gòu)造一個增廣目標函數(shù): 式中:σ為罰因子,σ>0.于是式(8)所示的帶約束的極小值問題轉(zhuǎn)化為無約束的極小值問題:

　　2 壽命分布模型

　　壽命分布建模是發(fā)動機可靠性評估的前提和基礎(chǔ).根據(jù)某型彈用渦扇發(fā)動機的故障性質(zhì),選擇威布爾分布來描述發(fā)動機的壽命分布.因兩參數(shù)威布爾分布是三參數(shù)威布爾分布的特例,本文僅給出三參數(shù)威布爾分布參數(shù)的點估計方法.三參數(shù)威布爾分布的累積分布函數(shù)為: 式中:β、η和γ分別為形狀參數(shù)、尺度參數(shù)和位置參數(shù),且β、η和γ均大于零.采用基于圖估法的極大似然估計法進行威布爾參數(shù)的點估計.概率密度函數(shù)和失效率函數(shù)為:

　　設(shè)數(shù)據(jù)列為(t1, t2,…, tn),既含有失效的數(shù)據(jù),也含有截尾的數(shù)據(jù).令θ為待估的模型參數(shù)列(β,η,γ),則對數(shù)似然函數(shù)為: i∈CF和C分別表示失效數(shù)據(jù)和截尾數(shù)據(jù)的子集合.將上式分別對β、η和γ求偏導數(shù),并令結(jié)果為0,可得如下非線性方程組:

　　解方程組(15)可得β,η,γ的估計值.解方程組時的β,η,γ初值由圖估法給出.

　　3 飛行可靠性評估結(jié)果

　　收集到的原始數(shù)據(jù)包括15個地面試驗數(shù)據(jù)和5個飛行數(shù)據(jù),如表1所示.其中地面試驗數(shù)據(jù)包括8個故障數(shù)據(jù), 7個截尾數(shù)據(jù),飛行數(shù)據(jù)均為截尾數(shù)據(jù).數(shù)據(jù)后面帶‘+’表示截尾數(shù)據(jù).

　　由表1可知,發(fā)動機的累積故障時間為:27·5, 36·3, 82·7, 419·98, 455·58, 463·18,548·08,946·48 min.性能試驗起始節(jié)點時間為0,終止節(jié)點時間為419·98 min;可靠性試驗起始節(jié)點時間為419·98 min,終止節(jié)點時間為946·48 min.利用上述數(shù)據(jù)求得環(huán)境因子k1=0·95,k2=1·03.將地面試驗中性能試驗數(shù)據(jù)乘以環(huán)境因子k1、地面試驗的可靠性試驗數(shù)據(jù)乘以環(huán)境因子k2、試飛的試驗數(shù)據(jù)乘以試飛環(huán)境因子k(k=1).折合后的數(shù)據(jù)見表2.

　　帶‘+’的為截尾數(shù)據(jù),帶‘*’的為實際試飛數(shù)據(jù).對表1和表2分別進行擬合優(yōu)度檢驗,確定了表1中的數(shù)據(jù)符合三參數(shù)威布爾分布,表2中的數(shù)據(jù)符合兩參數(shù)威布爾分布.對兩種壽命分布分別進行參數(shù)估計,結(jié)果如表3和表4所示.

　　發(fā)動機地面環(huán)境下的可靠性參數(shù)和飛行環(huán)境下的可靠性參數(shù)如表5和表6所示.其中,可靠度是指在時間為90min時的可靠度,可靠壽命是指可靠度為0·8時的可靠壽命.

　　發(fā)動機地面試驗環(huán)境下的可靠度函數(shù)曲線和飛行環(huán)境下的可靠度函數(shù)曲線如圖1所示.

　　4 結(jié) 論

　　1)基于AMSAA模型所確定的環(huán)境因子,是符合工程實際的.

　　2)利用地面試驗數(shù)據(jù)和經(jīng)環(huán)境因子折合后的數(shù)據(jù)得到的發(fā)動機的壽命分布模型是不同的.3)通過引入環(huán)境因子,可將地面試驗數(shù)據(jù)折合成飛行數(shù)據(jù),從而增大了發(fā)動機的飛行樣本容量,提高了發(fā)動機飛行可靠性評估的可信度.

　　參考文獻:

　　[1]韓慶田,楊興根,張杰.彈用渦噴發(fā)動機可靠性參數(shù)的選擇和評定方法[J].飛航導彈,2004(3):43-46.

　　[2]肖波平.彈用渦噴發(fā)動機性能監(jiān)視與診斷系統(tǒng)軟件研制[J].推進技術(shù), 2001, 22(2): 111-113.

　　[3]傅博,杜振華,趙宇,等.一種基于遺傳算法的環(huán)境因子的確定方法[J].北京航空航天大學學報, 2004, 30(5): 466-468.

　　[4]陳昭憲.AMSAA模型的增長分析.電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗, 19954(1): 66-72.

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