專利名稱：基于損傷基線的航空發(fā)動機(jī)硬件損傷分析與壽命預(yù)測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于損傷基線的航空發(fā)動機(jī)硬件損傷分析與壽命預(yù)測方法，屬于航空發(fā)動機(jī)檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航空發(fā)動機(jī)硬件損傷可能導(dǎo)致發(fā)動機(jī)工作效率的下降甚至導(dǎo)致災(zāi)難性事故的發(fā)生，發(fā)動機(jī)使用的安全性是決定航空發(fā)動機(jī)是否能夠安全使用的重要因素。航空發(fā)動機(jī)的硬件損傷主要是發(fā)動機(jī)核心機(jī)即壓氣機(jī)、燃燒室、渦輪等核心部件發(fā)生的損傷。由于航空發(fā)動機(jī)核心機(jī)通常工作在高壓、高溫等極端工作條件下，經(jīng)常會發(fā)生裂紋、燒蝕等硬件損傷。對航空發(fā)動機(jī)硬件損傷發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，進(jìn)而對發(fā)生硬件損傷的發(fā)動機(jī)的剩余在翼時間進(jìn)行有效預(yù)測，能為發(fā)動機(jī)維修計劃的制定提供重要的決策依據(jù)，這也是對發(fā)動機(jī)安全使用的重要保障。但航空發(fā)動機(jī)硬件損傷的形成機(jī)制非常復(fù)雜，難以建立精確的物理模型來進(jìn)行有效分析，且建立的模型經(jīng)常具有復(fù)雜的形式和復(fù)雜的求解方法，在航空公司的實(shí)際工程應(yīng)用中難以實(shí)施。但利用歷史損傷數(shù)據(jù)即孔探數(shù)據(jù)分析其發(fā)展規(guī)律，從而預(yù)測其變化趨勢卻是一種實(shí)際可行的方法。不過在實(shí)際使用過程中，對單臺發(fā)動機(jī)實(shí)施嚴(yán)密孔探監(jiān)控將大大降低發(fā)動機(jī)的利用率，從而增加了航空公司的運(yùn)營成本，因此，實(shí)際中獲得發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)樣本量偏少，而且獲得的均為非失效數(shù)據(jù)，這也就增加了建立基于歷史數(shù)據(jù)的硬件損傷分析模型的難度，特別是在損傷數(shù)據(jù)量特別小的情況下，難以對單臺發(fā)動機(jī)的損傷趨勢和剩余在翼時間進(jìn)行有效預(yù)測。因此，在航空發(fā)動機(jī)工程管理實(shí)際中，航空公司一般只能根據(jù)工程師的個人經(jīng)驗(yàn)對發(fā)生了硬件損傷的部件的剩余壽命進(jìn)行估計，一般都具有比較大的偏差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為解決實(shí)際中獲得發(fā)動機(jī)孔探數(shù)據(jù)樣本量偏少，而且獲得的均為非失效數(shù)據(jù)，特別是在損傷數(shù)據(jù)量特別小的情況下，難以對單臺發(fā)動機(jī)的損傷趨勢和剩余在翼時間進(jìn)行有效預(yù)測的問題。進(jìn)而提供一種基于損傷基線的航空發(fā)動機(jī)硬件損傷分析與壽命預(yù)測方法。本發(fā)明的方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、收集并整理硬件損傷數(shù)據(jù)首先根據(jù)發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)定義用于定位損傷的“位置描述語言”，并且定義損傷類型；根據(jù)損傷類型和損傷位置定義損傷狀態(tài)描述語言，即“狀態(tài)描述語言”，包括數(shù)值類型描述語言和邏輯類型描述語言，根據(jù)已定義的規(guī)范化發(fā)動機(jī)硬件損傷描述規(guī)則，收集每一臺發(fā)動機(jī)的硬件損傷數(shù)據(jù)；二、建立損傷基線模型將通過孔探檢查獲得的損傷數(shù)據(jù)作為退化數(shù)據(jù)，建立如下的基于線性退化軌道曲線的損傷模型YCti) = α + β tj+ ε (、)(1)其中Y(ti)在表示在、時刻的發(fā)動機(jī)的損傷觀測值，α表示損傷初始值，β表示增長速度因子，為隨機(jī)參數(shù)；ε (、)為觀測誤差，通常假設(shè)ε (t)滿足均值為0，方差為ο2 的正態(tài)分布，記為ε (、) Ν(0，σ2)；每一次循環(huán)的應(yīng)力沖擊對發(fā)動機(jī)造成的損傷量是隨機(jī)分布的，假設(shè)每一次循環(huán)的損傷增量為s服從正態(tài)分布，即s Ν(μ s，σ s2)，進(jìn)一步假設(shè) β服從均值為P1，方差SCT12的正態(tài)分布；假設(shè)α的值為0，式(1)所示的模型進(jìn)一步簡化為
權(quán)利要求
1. 一種基于損傷基線的航空發(fā)動機(jī)硬件損傷分析與壽命預(yù)測方法，其特征在于，通過以下步驟實(shí)現(xiàn)一、收集并整理硬件損傷數(shù)據(jù)首先根據(jù)發(fā)動機(jī)的結(jié)構(gòu)定義用于定位損傷的“位置描述語言”，并且定義損傷類型；根據(jù)損傷類型和損傷位置定義損傷狀態(tài)描述語言，即“狀態(tài)描述語言”，包括數(shù)值類型描述語言和邏輯類型描述語言，根據(jù)已定義的規(guī)范化發(fā)動機(jī)硬件損傷描述規(guī)則，收集每一臺發(fā)動機(jī)的硬件損傷數(shù)據(jù)；二、建立損傷基線模型將通過孔探檢查獲得的損傷數(shù)據(jù)作為退化數(shù)據(jù)，建立如下的基于線性退化軌道曲線的損傷模型
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于損傷基線的航空發(fā)動機(jī)硬件損傷分析與壽命預(yù)測方法， 其特征在于，在建立基于機(jī)隊(duì)損傷數(shù)據(jù)的損傷基線模型的基礎(chǔ)上，采用單臺發(fā)動機(jī)損傷數(shù)據(jù)更新模型得到體現(xiàn)單臺發(fā)動機(jī)損傷發(fā)展趨勢的退化軌道模型，進(jìn)而根據(jù)性能可靠性求得剩余壽命概率密度函數(shù)，取發(fā)動機(jī)剩余在翼時間分布的中值為發(fā)動機(jī)的剩余在翼時間。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種基于損傷基線的航空發(fā)動機(jī)硬件損傷分析與壽命預(yù)測方法。根據(jù)發(fā)動機(jī)手冊規(guī)定及發(fā)動機(jī)構(gòu)型定義規(guī)范化的損傷描述規(guī)則，建立損傷數(shù)據(jù)庫；建立基于線性退化軌道的損傷基線模型；對機(jī)隊(duì)發(fā)動機(jī)的損傷數(shù)據(jù)進(jìn)行線性擬合，利用極大似然估計求解損傷基線模型參數(shù)估計值；使用新獲得的單臺發(fā)動機(jī)的損傷數(shù)據(jù)更新?lián)p傷跡象模型，得到單臺發(fā)動機(jī)的損傷增長模型；對于求得的單臺發(fā)動機(jī)的硬件損傷增長模型，求得其概率密度分布函數(shù)，即發(fā)動機(jī)剩余在翼時間的概率密度分布函數(shù)，取其中值為發(fā)動機(jī)的剩余在翼壽命。本發(fā)明使得航空公司根據(jù)發(fā)動機(jī)硬件損傷對發(fā)動機(jī)的拆發(fā)時機(jī)進(jìn)行預(yù)測成為了可能，進(jìn)而能為發(fā)動機(jī)的維修計劃制定提供重要的決策支持。
文檔編號G01M15/00GK102288412SQ20111011334
公開日2011年12月21日 申請日期2011年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月4日
發(fā)明者付旭云, 林琳, 鐘詩勝, 雷達(dá) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)