[發(fā)明專利]一種基于UKF的飛機(jī)疲勞結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710995498.3
• 申請(qǐng)日: 2017-10-23
• 公開（公告）號(hào): CN107577902B
• 公開（公告）日: 2020-11-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 林琳;羅斌;郭豐;王晨;鐘詩勝
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 哈爾濱工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F30/20
• 分類號(hào): G06F30/20;G06F119/04;G06F119/02
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

一種基于UKF的飛機(jī)疲勞結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)方法，本發(fā)明涉及基于UKF的飛機(jī)疲勞結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)方法。本發(fā)明為了解決現(xiàn)有方法飛機(jī)疲勞結(jié)構(gòu)剩余壽命低的缺點(diǎn)。本發(fā)明包括：步驟一：基于Paris疲勞裂紋擴(kuò)展公式，建立狀態(tài)空間評(píng)估模型；步驟二：對(duì)步驟一建立的狀態(tài)空間評(píng)估模型利用無跡卡爾曼濾波算法進(jìn)行濾波，得到準(zhǔn)確的狀態(tài)參數(shù)向量x_k；步驟三：利用步驟二得到的準(zhǔn)確的狀態(tài)參數(shù)向量x_k，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的裂紋擴(kuò)展剩余壽命預(yù)測(cè)。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)可知，本發(fā)明算法的預(yù)測(cè)結(jié)果優(yōu)于EKF算法，且預(yù)測(cè)得到的RUL絕對(duì)相對(duì)誤差小于10％。本發(fā)明應(yīng)用于飛機(jī)疲勞結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)領(lǐng)域。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及基于UKF的飛機(jī)疲勞結(jié)構(gòu)剩余壽命預(yù)測(cè)。

背景技術(shù)

由于多結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和飛行過程中承受隨機(jī)動(dòng)態(tài)載荷，疲勞損傷是飛機(jī)結(jié)構(gòu)的主要失效方式之一。由于材料的微觀結(jié)構(gòu)變化能夠?qū)Y(jié)構(gòu)的疲勞性能造成很大的影響，而且材料的微觀結(jié)構(gòu)很難在制造過程中得到控制，即使采用相同的材料制造相同的飛機(jī)結(jié)構(gòu)，制造出的構(gòu)件也會(huì)表現(xiàn)出不同的疲勞性能。特別是起飛和降落過程中的增壓/減壓循環(huán)載荷易使機(jī)身壁板產(chǎn)生疲勞裂紋。據(jù)統(tǒng)計(jì)，因交變載荷造成的疲勞斷裂事故占到機(jī)械結(jié)構(gòu)失效總數(shù)的95％(高鎮(zhèn)同,熊峻江.疲勞可靠性[M].北京航空航天大學(xué)出版社,2000)。而且在達(dá)到疲勞壽命時(shí)，結(jié)構(gòu)在斷裂失效前沒有變形等明顯先兆，具有極大的危險(xiǎn)性。

事實(shí)上，更多的疲勞裂紋并未造成事故，但卻由于需要對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行維修嚴(yán)重地影響了正常的飛行訓(xùn)練，削弱了部隊(duì)?wèi)?zhàn)斗力(劉芳,趙建印,宋貴寶.任務(wù)準(zhǔn)備階段機(jī)群戰(zhàn)備完好率評(píng)估模型[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,40(3):488-491)。因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)件查出疲勞裂紋而使大批飛機(jī)停飛的事時(shí)有發(fā)生，大大降低了飛機(jī)的戰(zhàn)備完好率，影響裝備可靠性。為避免疲勞裂紋可能產(chǎn)生的突然失效而需要對(duì)飛機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行復(fù)雜的檢查、探傷、維修，也會(huì)使得飛機(jī)的維護(hù)費(fèi)用、日常運(yùn)行費(fèi)用大大增加，導(dǎo)致飛機(jī)的經(jīng)濟(jì)性變差(WANG Y W,GOGU C,BINAUD N,et al.A cost driven predictive maintenance policy for structuralairframe maintenance[J].中國航空學(xué)報(bào)(英文版),2017,30(3):1242-1257.)。隨著傳感器技術(shù)的不斷發(fā)展，在飛機(jī)的設(shè)計(jì)上越來越多的傳感器被安裝來采集關(guān)鍵部位的疲勞信息(白生寶,肖迎春,劉馬寶,等.智能涂層傳感器監(jiān)測(cè)裂紋的工程適用性[J].無損檢測(cè),2015,37(1):42-44.PARK C,PETERS K.Optimization of embedded sensor placement forstructural health monitoring of composite airframes[J].AIAA Journal,2012,50(11):2536-2545.STASZEWSKI WJ.Fatigue crack detection using smart sensortechnologies[J].FatigueFracture of Engineering MaterialsStructures,2010,31(8):609-610.)，支持更為科學(xué)的視情維修。視情維修(周炳海,陶紅玉,綦法群.帶隨機(jī)突變的兩階段退化系統(tǒng)視情維修建模[J].哈爾濱工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2016,48(1):87-93.UN J Z,ZUO H F,WANG W B,et al.Prognostics uncertainty reduction by fusing on-linemonitoring data based on a state-space-based degradation model[J].MechanicalSystems and Signal Processing,2014,45:396-407.XIA T B,XI L F,ZHOU X J,etal.Condition-based maintenance for intelligent monitored series system withindependent machine failure modes.International Journal of ProductionResearch,2013,51(15):4585-4596.)由于能夠充分利用采集的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息來減少不必要的定期停機(jī)維修，被廣泛的應(yīng)用于飛機(jī)維修計(jì)劃的制定。由于視情維修計(jì)劃的制定需要參照待維修結(jié)構(gòu)的預(yù)期失效時(shí)間，因此結(jié)構(gòu)的剩余壽命(remaining useful life，RUL)預(yù)測(cè)對(duì)于基于視情維修的計(jì)劃制定十分的重要。