[發明專利]一種航空發動機渦輪葉盤系統可靠性分析方法有效

申請號：	201310228474.7	申請日：	2013-06-08
公開（公告）號：	CN103268388A	公開（公告）日：	2013-08-28
發明（設計）人：	黃洪鐘;朱順鵬;劉宇;何俐萍;李楠;汪忠來;張小玲	申請（專利權）人：	電子科技大學
主分類號：	G06F17/50	分類號：	G06F17/50
代理公司：	成都宏順專利代理事務所(普通合伙) 51227	代理人：	周永宏
地址：	611731 四川省成***	國省代碼：	四川;51
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摘要：
搜索關鍵詞：	一種航空發動機渦輪系統可靠性分析方法
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【說明書】：

技術領域

本發明涉及可靠性分析技術領域，具體涉及一種航空發動機渦輪葉盤系統可靠性分析方法。

背景技術

發動機是飛機的動力裝置，為其提供飛行推力，被譽為飛機的“心臟”。渦輪發動機是利用轉動的部件將內能轉化為動能的模式。高可靠發動機系統是飛機整體系統安全性的重要保障。近年來我國航空領域的機械故障中，80%是由轉動部件的失效而引起的。航空發動機渦輪葉盤系統可靠性的研究，對葉盤系統的設計和維修具有重要意義。隨著航空工業的發展，對航空發動機性能要求不斷提高，推重比不斷增加，使得航空發動機渦輪前溫度和轉速均不斷提高，導致航空發動機各部件特別是渦輪轉子部件在更加復雜的循環熱載荷和機械載荷下工作，其失效問題愈來愈突出。因此，要想設計出高效渦輪和在渦輪失效情況下快速找出失效原因，必須要有更準確、更完善的反映這類系統可靠性分析的網絡模型和系統可靠性推理方法。這對航空發動機復雜系統可靠性預測和診斷提出了嚴峻的挑戰。

航空發動機渦輪葉盤系統中，葉片數量多，發生故障的概率大，受力分析方面，轉子葉片需要在高速旋轉的工作狀態下，承受巨大的機械離心力和各種力矩的影響；熱分析方面，葉片的工作狀態不一致，有時處于低溫工作狀態，有時處于高溫工作狀態，溫度的巨大差異產生的熱應力會引起葉片的失效；振動分析方面，葉片的振動頻率廣，高速運作的發動機系統使得葉片受到強烈的非正常振動的影響。渦輪盤是支撐葉片并對葉片傳輸功率的結構，其失效會對整體系統的正常運作產生重大的影響，受力分析方面，渦輪盤承受著離心力和外載荷，不同位置的受力情況不同，是受力最為復雜的部件；熱分析方面，渦輪盤在高溫狀態下工作，由于體積龐大，渦輪盤受到不均勻的溫度影響，復雜的熱應力分布致使渦輪盤承受復雜的離心力和不同程度的膨脹；振動分析方面，渦輪盤主要承受傘形振動、扇形振動和復合振動三類振動，對渦輪盤造成巨大影響。渦輪軸件是重要的受力部件，實際運作過程中，發生斷裂的概率高，軸的工作條件非常復雜，受到雜物和潤滑劑等影響。渦輪葉盤系統中，軸件不是標準的圓柱體。受力分析方面，運轉的渦輪軸受到拉伸、壓縮、扭轉和復合載荷，載荷類型多；振動分析方面，渦輪軸運轉需要承受振動應力。除此之外，渦輪軸受到磨損和腐蝕等因素的影響，也會引起失效。

航空發動機渦輪葉盤系統的失效模式多樣，在所有失效模式動態參數條件下求解系統可靠性存在較大困難，現有的故障樹分析方法很難表述復雜的渦輪葉盤系統，最小路集法在求解大型系統可靠性方面，計算效率低，存在組合爆炸問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術中的上述問題，提供一種航空發動機渦輪葉盤系統可靠性分析方法。

為解決上述技術問題，本發明采用以下技術方案：

一種航空發動機渦輪葉盤系統可靠性分析方法，包括以下步驟：

步驟1：根據航空發動機渦輪葉盤系統試驗和維修的統計數據，將航空發動機渦輪葉盤系統的各類失效模式進行匯總和分析，得到所有失效模式的失效率，找出與各失效模式對應的航空發動機渦輪葉盤系統的元件，建立航空發動機渦輪葉盤系統框圖；

步驟2：根據步驟1得到的航空發動機渦輪葉盤系統框圖，建立航空發動機渦輪葉盤系統結構的動態貝葉斯網絡，在所得航空發動機渦輪葉盤系統結構的動態貝葉斯網絡的基礎上加入各元件的對應的失效模式，得到航空發動機渦輪葉盤系統失效模式的動態貝葉斯網絡模型；

步驟3：對步驟2得到的航空發動機渦輪葉盤系統失效模式的動態貝葉斯網絡進行離散化，將動態貝葉斯網絡轉化為多個靜態貝葉斯網絡；

步驟4：將步驟3得到的靜態貝葉斯網絡結構分解為單連通區域網絡和多連通區域網絡；

步驟5：對步驟4所得的單連通區域網絡，運用靜態貝葉斯網絡的推理方法進行雙向推導，得出該區域各元件的失效率和該元件對應各失效模式的故障率；對步驟4所得的多連通區域網絡，采用桶消元法進行雙向推導，得出系統的失效率、系統與元件的聯合失效率和各失效模式的故障率。

上述失效率表示失效模式或系統元件引發系統故障的概率，失效率越高，表明可靠度越低；故障率表示系統發生故障時，某失效模式引起系統故障的概率。

進一步地，對航空發動機渦輪葉盤系統失效模式的動態貝葉斯網絡進行離散化時，可根據等時間間隔、等頻率或根據數據概率的連續分布特點來選取離散劃分點。