[發明專利]一種航空發動機適航安全性驗證方法

在審

• 申請號: 201810557848.2
• 申請日: 2018-06-01
• 公開（公告）號: CN108829955A
• 公開（公告）日: 2018-11-16
• 發明（設計）人: 黃志球;宛偉健;謝健;葛曉瑜
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 常州佰業騰飛專利代理事務所(普通合伙) 32231
• 代理人: 黃杭飛

本發明公開了一種航空發動機適航安全性驗證方法，屬于系統安全性驗證技術領域，一種航空發動機適航安全性驗證方法，通過動態故障樹中引入的描述時序邏輯關系的動態邏輯門來描述航空發動機系統的動態行為，對航空發動機組件故障之間的時序關系進行建模，并對生成的動態故障樹進行形式化規約，將其轉換成DTMC模型，然后通過概率模型檢測的方法對DTMC模型進行描述和表達，并對適航安全性要求屬性進行形式化驗證。本發明考慮了航空發動機系統故障發生之間具有的時序關系，解決了傳統分析方法中常常假設故障發生之間具有獨立性的問題。

技術領域

本發明涉及一種航空發動機適航安全性驗證方法，特別是涉及一 種故障樹與概率模型檢測相結合的航空發動機適航安全性驗證方法， 屬于系統安全性驗證技術領域。

背景技術

航空發動機結構復雜，經常在高速、高溫惡劣環境下工作，一旦 出現故障即可能導致災難性的后果，因此，在發動機研制過程中，必 須開展安全性設計、分析、評估與符合性驗證工作，最終確保研制出 的發動機能夠滿足相關的安全性要求。

CCAR33-R2《航空發動機適航規定》是航空發動機必須滿足的 最低安全標準。其中，第75項條款CCAR33-R2.75明確規定了發動 機的安全性要求。CCAR33-R2.75條款驗證要求如下：

1)危害性發動機后果的預期發生概率不超過定義的極小可能概 率(1E-7～1E-9次/發動機飛行小時)；

2)重要發動機后果的預期發生概率不超過定義的微小可能概率 (1E-5～1E-7次/發動機飛行小時)。

故障樹分析FTA作為安全性分析的傳統技術手段，被廣泛用于 航空電子、核能和化工領域等安全關鍵領域，但是傳統故障樹不能對 動態系統進行故障建模，因為傳統故障樹只描述了系統的靜態邏輯關 系，不能描述系統的時序邏輯關系。

動態故障樹DFT通過引入描述時序邏輯關系的動態邏輯門擴展 了傳統故障樹，從而能夠對動態系統進行可靠性和安全性分析，被廣 泛應用于動態系統的故障建模。但是動態故障樹是一個半形式化的模 型，不能直接對其進行安全性分析與驗證，因此，需要先對動態故障 樹進行形式化規約，然后再進行安全性分析與驗證。

針對航空發動機的安全性問題，國內外學者展開了一系列研究， 賓夕法尼亞大學的S Gupata教授等提出了基于數據驅動的飛機渦輪 發動機初期檢測方法，運用Markov模型對飛機起飛階段的瞬態數據 進行建模分析，最后通過NASA CMAPSS瞬態測試用例生成器驗證 了該方法的可行性與正確性。

皇家墨爾本理工大學S Arthasartsri等用FMEA對飛機發動機主 要模塊和功能進行分析，文章介紹了使用RCMcost仿真軟件進行 FMEA的分析步驟，從而找出所有潛在的失效模式，并分析其可能的 后果，在設計過程進行改進，提高發動機的安全性和可靠性。

大連理工大學魯嬈在其畢業論文中結合了可靠性分析與仿真技 術和故障樹分析法，實現了對航空發動機全權限數字式控制系統 FADEC的故障樹建樹、分析與仿真。

沈陽發動機設計研究所黃慶男等，運用故障樹分析方法，對某型 航空發動機進行了轉子包容性故障樹安全綜合分析。

南京航空航天大學李艷軍等提出了基于FEMECA和FTA的航空 發動機適航安全性驗證方法，首先選擇CCAR33-R2.75中危害的和重 要的發動機后果為頂事件，然后運用FMECA和FTA相結合的分析 方法對航空發動機進行安全性分析與驗證，利用IsographReliability 軟件畫出故障樹并計算出頂事件的發生概率。